İŞ-ENERJİ
29/1/2007 · Kategori: fizik
İŞ
İş kelimesi, günlük hayatta çok kullanılan ve çok geniş kapsamlı bir kelimedir. Fiziksel anlamda işin tanımı tektir.
|
Yola paralel bir F kuvveti cisme yol aldırabiliyorsa iş yapıyor demektir. Yapılan iş, kuvvet ile yolun çarpımına eşittir. İş W sembolü ile gösterilirse, |
|
|
|
| Burada F ile Dx yolunun paralel olması gerekir. Eğer F kuvveti yola paralel değilse işi yapan kuvvet F kuvvetinin yola paralel olan Fx bileşenidir. |
|
W = Fx . Dx dir. Fx = F . cosa dır.
Hareket doğrultusuna dik olan kuvvetler iş yapmazlar.
Duran ya da hareket eden bir cisme uygulanan F kuvveti cismin başlangıç şartlarına bağlı olarak değişik hareketlere neden olabilir.
Örneğin duran bir cisme sabit bir kuvvet uygulanarak iş yapılırsa, cisim düzgün hızlanan hareket yapar.
Herhangi bir kuvvet yönünde yapılan iş pozitif ise, ters yönde uygulanan kuvvetin yaptığı iş negatiftir.
W = F . Dx bağıntısına göre, iş yapılabilmesi için kuvvet cisme yol aldırmalı ve kuvvet ile yol paralel olmalıdır.
|
Bir cisim yerden yukarı doğru cismin ağırlığına eşit bir kuvvetle hareket ettirilirken yerçekimine karşı iş yapılır. Yapılan iş kuvvet ile kuvvete paralel h yolunun çarpımına eşittir. W = F . h W = mg . h dir. |
|
Eğer cisim h yüksekliğinden serbest bırakılıp aşağı doğru düşerse, yerçekimi iş yapmıştır.
|
Bir cismi h yüksekliğine çıkarmak için yapılan iş, cismi çıkarırken izlenen yolun şekline ve uzunluğuna bağlı değildir. Yani yapılan bu iş yoldan bağımsızdır. SI (MKS) birim sisteminde iş birimi Joule dir. İş bağıntısından görüleceği gibi Joule = N . m dir. |
|
rGÜÇ
Birim zamanda yapılan işe güç denir.
|
|
SI (MKS) birim sisteminde güç birimi
|
|
1 kw = 1000 watt tır.
ENERJİ
Fizikte iş yapmanın hedefi enerji aktarımıdır. Kuvvet uygulayarak gerçekleştirilen enerji alış-verişine iş denir. Sistemin iş yapabilme kabiliyeti enerji olarak tanımlanabilir.
Enerji skaler bir büyüklüktür. Yani enerjinin yönü, bileşeni ve uygulama noktası gibi vektörel özellikleri yoktur.
Bir sisteme uygulanan kuvvet iş yapıyorsa yapılan iş enerjideki değişime eşittir.
Wdış = DEsistem = E2 – E1 dir.
Buna göre, sistemin enerjisinde bir değişme var ise iş yapılmıştır, değişme yok ise iş yapılmamış demektir. Bir sisteme uygulanan kuvvetler bu sistemin enerjisini artırıyorsa, pozitif iş yapar. Bu kuvvetler sistemin enerjisini azaltıyorsa, negatif iş yapar.
Enerji çeşitleri oldukça fazladır. Mekanik enerji, ısı enerjisi, Güneş enerjisi, nükleer enerji, rüzgar enerjisi, bazı enerji çeşitleridir. İş birimleri ile enerji birimleri aynıdır.
Kinetik Enerji
Hareket halindeki cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.
Kütlesi m, hızı v olan bir cismin kinetik enerjisi,
şeklinde tanımlanır. Kinetik enerji kütle ile hızın karesinin çarpımı ile doğru orantılıdır. Birimi Joule dir.
|
Kinetik enerji-hız grafiği şekildeki gibidir. Düz bir yolda cisme F kuvveti uygulandığında, yapılan iş cismin kinetik enerji değişimine eşit olur. |
|
Potansiyel Enerji
Potansiyel enerjiyi, yer çekim potansiyel enerjisi ve esneklik potansiyel enerjisi olmak üzere iki çeşidi incelenecektir.
Yerçekim Potansiyel Enerjisi
|
Bu enerji yerçekimi kuvvetinden kaynaklanır. m kütleli bir cismi yer seviyesinde h kadar yükseğe sabit hızla çıkarmak için yapılması gereken iş,
dir. Yapılan işin enerji değişimine eşit olduğunu biliyoruz. |
|
Cisim sabit hızla çıkarıldığı için kinetik enerji değişmemiştir. O halde yapılan iş, cismin potansiyel enerji değişimine eşittir. Buna göre, yerden h kadar yükseklikte cismin yere göre potansiyel enerjisi,
Ep =mg.h
bağıntısı ile bulunur. Burada h yüksekliği, cismin potansiyel enerjisi nereye göre soruluyorsa, oraya olan yüksekliktir. Küçük cisimlerin potansiyel enerjisi yazılırken ağırlık merkezinin yeri dikkate alınmaz. Fakat büyük cisimlerde ağırlık merkezinin yeri değiştirildiğinde cismin potansiyel enerjisi değişir.
Türdeş ve m kütleli cismi I. durumdan II. duruma getirmek için iş yapılır. Yapılan iş cismin potansiyel enerjisindeki değişime eşittir.
Potansiyel enerji değişimi cismin kütle merkezinin değişiminden bulunur. Cisim I. konumdan II. konuma getirildiğinde, kütle merkezi h/2 kadar yükselir. Buna göre, potansiyel enerji değişimi ve yapılan iş
|
|
|
Esneklik Potansiyel Enerji
| Esnek cisimleri denge konumundan
ayırmak için iş yapılır ve yapılan iş kadar enerji aktarılır. Denge konumundaki
bir yay x kadar sıkıştırılır ya da gerilirse, yayda enerji depolanır. Daha önce
öğrenildiği gibi, yay x kadar sıkıştırılır ya da gerilirse yayın geri çağırıcı
kuvveti F = – k . x olur. k : Yay sabiti olup yayın cinsine ve uzunluğuna bağlıdır. x kadar sıkıştırılan ya da gerilen yayda depolanan esneklik potansiyel enerji, |
|
|
|
bağıntısı ile bulunur. Yaydaki uzama ya da sıkışma arttıkça depolanan enerjide artar.
Sürtünmeden Dolayı Isıya Dönüşen Enerji
| Sürtünmeli bir ortamda hareket eden cisimlere sürtünme kuvveti uygulandığını öğrenmiştik. Tekrar hatırlayalım. Sürtünme kuvveti yüzeyin cisme gösterdiği tepki kuvveti ile doğru orantılıdır. Ayrıca yüzeyin cinsine yani sürtünme katsayısına bağlıdır. Hareket halindeki bir cisme uygulanan sürtünme kuvveti fs = k . N bağıntısından bulunur |
 |
Sürtünme kuvveti hareketi engelleyici özelliği olduğu için cisimlerin mekanik enerjilerini azaltıcı etki yapar. Azalan mekanik enerji kadar enerji, ısı enerjisine dönüşür.
Isı enerjisine dönüşen enerji iki yoldan bulunur.
| 1. İki nokta arasında hareket eden cismin,
sürtünmeden dolayı ısıya dönüşen enerjisi, her iki noktadaki mekanik enerjiler
arasındaki farktan bulunur. Cismin ilk enerjisi E1, son enerjisi
E2 ise, sürtünmeden dolayı ısıya dönüşen enerji, Eısı = E1 – E2 den bulunur. |
|
2. İlk ve son durumdaki mekanik enerjiler bilinmiyor, fakat sürtünme kuvveti ile yer değiştirme biliniyorsa, ısıya dönüşen enerji sürtünme kuvvetinin yaptığı işe eşit olur.
Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş,
Eısı = W = fs . Dx dir.
Buna göre, sürtünmeden dolayı ısıya dönüşen enerji, sürtünme kuvveti ve yer değiştirme miktarı ile doğru orantılıdır.
ENERJİNİN KORUNUMU
Bir sistemdeki enerji; kinetik ve potansiyel gibi çok farklı türler halinde bulunabilir. Bu enerji türleri kendi aralarında dönüşüme uğrayabilir. Örneğin elektrik enerjisi ütüde ısıya, ampülde ışığa, çamaşır makinesinde hareket enerjisine dönüşür.
Enerji kaybolmadan bir türden başka bir tür enerjiye dönüşür. Toplam enerji daima sabittir. Toplam enerji sabit ise, bir tür enerji azalırken başka bir tür enerji aynı oranda artar.
1. Sürtünmelerin ihmal edildiği sistemlerde kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı sabittir. Sürtünme olmadığı için ısıya dönüşen enerji olmaz. Mekanik enerji toplam enerjiye eşittir.
Etop = Ek + Ep = sabit
Kinetik enerjideki artış, potansiyel enerjideki azalışa ya da, kinetik enerjideki azalış, potansiyel enerjideki artışa eşittir.
2. Sürtünmenin olduğu sistemlerde mekanik enerji (Ek + Ep) sabit değildir. Zamanla mekanik enerji azalır. Azalma miktarı kadar enerji, sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşür. Toplam enerji ise sabittir.
Etop = Ek + Ep + Eısı = sabit
BASİT MAKİNELER
29/1/2007 · Kategori: fizik
Basit
Makineler
Bir
işi daha kolay yapabilmek için kullanılan düzeneklere basit
makineler denir. Bu basit makineler kuvvetin doğrultusunu, yönünü
ve değerini değiştirerek günlük hayatta iş yapmamızı
kolaylaştırır.
Basit
Makinelerin Genel Özellikleri :
1.
Basit makine ile, kuvveten, hızdan ve yoldan kazanç sağlanabilir.
Fakat aynı anda hepsinden kazanç sağlanamaz. Birinden kazanç
varsa, diğerlerinden aynı oranda kayıp vardır.
2.
Kuvvet kazancı, yükün kuvvete oranı olarak ifade edilir. Yük
kuvvet ile dengede ise,
3.
Hiçbir basit makinede işten kazanç yoktur. Hatta sürtünme gibi
nedenlerden dolayı kayıp vardır. Sürtünmenin olmadığı ideal basit
makinelerde işten kayıp yoktur. Bu durumda makine tam kapasite
ile çalışır. Yani verim % 100 olur.
Bir
basit makinenin verimi,
4.
Basit makinelerde moment ve iş prensipleri geçerlidir.
a.
Moment Prensibi
Sistem
denge iken,
Kuvvet
. Kuvvet kolu = Yük . Yük kolu
|
b. İş Prensibi Bir
cisme uygulanan kuvvet ile, kuvvete paralel yolun çarpımı F
kuvvetinin yaptığı işe eşittir. W
= F . x dir. İş prensibi ise, Kuvvet
. Kuvvet yolu = Yük . Yük yolu dur. |
|
KALDIRAÇLAR
a.
Destek ortada ise,
Sağlam
bir destek etrafında dönebilen çubuklara kaldıraç denir.
Bir
kaldıraçta kuvvetin desteğe olan uzaklığına (y) kuvvet kolu,
yükün desteğe uzaklığına (x) yük kolu denir.
|
Şekildeki desteğin ortada olduğu ağırlığı
önemsiz kaldıraç dengede iken, yük ile kuvvet arasındaki ilişki
moment prensibinden bulunur. |
|
F . y = P . x dir.
Burada
P ile F kuvvetleri paralel olduğu için çubuğa dik bileşenlerini
almaya gerek yoktur. Kuvvet kolu, yük kolundan büyük (y > x)
ise, kuvvetten kazanç sağlanır ve cisimler ağırlığından daha
küçük kuvvetlerle dengede tutulabilirler.
Bu
tip basit makinelere örnek olarak pense, makas, tahtarevalli,
kerpeten, manivela ve eşit kollu terazi sayılabilir.
|
b. Destek uçta ise, Şekildeki
ağırlığı önemsiz olan kaldıraçta, F ile P arasındaki ilişki
moment prensibinden bulunur. F
. y = P . x dir. Bu
tip kaldıraçlarda, y > x olduğundan kuvvetten kazanç
sağlanır. El arabası, gazoz açacağı, fındık kırma makinesi,
kağıt delgi zımbası bu tip kaldıraca örnek olarak verilebilir. |
|
|
c. Yük ve destek uçta ise, Şekildeki
ağırlığı önemsiz olan kaldıraçta, F ile P arasındaki ilişki
yine moment prensibinden bulunur. F
. y = P . x dir. x > y olduğundan kuvvetten kayıp, yoldan
ise kazanç vardır. Cımbız ve maşa bu tip kaldıraçlara örnek
olarak verilebilir. |
|
MAKARALAR
Makaralar
sabit bir eksen etrafında serbestçe dönebilen, çevresinde ipin
geçebilmesi için oluğu olan basit bir makinedir.
|
a. Sabit makaralar Çevresinden
geçen ip çekildiğinde yalnızca dönme hareketi yapabilen
makaralara sabit makara denir. Moment
prensibine göre F
. r = P . r => F = P dir. Makara
ile ip arasında sürtünme önemsiz iken aynı ipin bütün
noktalarındaki gerilme kuvveti aynı olduğundan F = P dir.
Kuvvetten kazanç yoktur. |
|
|
b. Hareketli Makara Çevresinden
geçen ip çekildiğinde hem dönebilen hem de yükselip alçalabilen
makaralara hareketli makara denir. Aynı
ipin bütün noktalarındaki gerilme kuvveti aynı olduğundan,
dengenin şartına göre,
|
|
Hareketli
makarada makara ağırlığı ihmal edilmez ise, makaranın ağırlığı P
yüküne dahil edilir. Ağırlığı ihmal edilen hareketli makarada
kuvvetten kazanç vardır. Ağırlığı ihmal edilmiyor ise ağırlığa
göre kuvvetten kazanç olabilir de olmayabilir de. Hareketli
makarada F kuvveti ile ipin ucu h kadar çekilirse, karşılıklı
paralel iplerin herbirinden h/2 kadar kısalma olur ve cisim h/2
kadar yükselir.
|
Şekilde, makara ağırlıkları önemsizise, F
ile P arasındaki ilişki denge şartından bulunabilir.
Sürtünmeler önemsiz iken aynı ipin bütün noktalarındaki gerilme
kuvvetleri eşit olur. Yukarı yönlü kuvvetlerin toplamı aşağı
yönlü kuvvetlerin toplamına eşit olduğundan,
|
|
PALANGALAR
Hareketli
ve sabit makara gruplarından oluşan sistemlere palanga denir.
Makara
ağırlıkları ve sürtünmelerin önemsiz olduğu palanga
sistemlerinde, kuvvet ile yük arasındaki ilişki, makaralarda
olduğu gibi denge şartlarından bulunur.
Makara
ağrılıkları ihmal edilmiyor ise, hareketli makaraların
ağırlıkları yüke ilave edilerek aynı işlem yapılır. Sabit
makaraların ağırlıkları ise, tavana bağlı olan iplerle ya da
bağlantı maddeleriyle dengelenir.
Şekil – I
de
Şekil – II de
EĞİK
DÜZLEM
|
Ağır yükleri belli yüksekliğe kaldırmak
zor olduğu zaman eğik düzlem yardımıyla yükten daha az bir
kuvvet ile cisimler istenilen yüksekliğe çıkarılabilir. Sürtünmeler
önemsiz ise, eğik düzlemde iş prensibi geçerlidir. |
|
Kuvvet . Kuvvet yolu = Yük
. Yük yolu
F . S = P . h
Kuvvet
yolu, kuvvete paralel olan S yolu, yük yolu ise, yüke paralel
olan h yoludur. Kuvvetten kazanç sağlanır. Fakat aynı oranda
yoldan kayıp olur.
ÇIKRIK
Dönme
eksenleri aynı yarıçapları farklı iki silindirin oluşturduğu
sisteme çıkrık denir.
|
Şekilde görüldüğü gibi yük, yarıçapı küçük
olan silindirin çevresine dolanan ipin ucuna asılır. Kuvvet
ise, silindire bağlı kolun ucuna uygulanır. |
|
Moment
prensibine göre,
F
. R = P . r dir.
R
> r olduğundan kuvvetten kazanç vardır. Daha küçük F kuvveti
ile dengede tutmak veya yükü sabit hızla çıkarmak için 
oranını küçültmek gerekir.
Et
kıyma makinesi, el matkabı, araba direksiyonu, tornavida, kapı
anahtarı gibi araçlar çıkrığa örnektir.
|
VİDA Vida,
iki yüzeyi birbirine birleş-tirirken, en çok kullanılan, basit
makinelerden birisidir. Vidada iki diş arasındaki uzaklığa vida
adımı denir. Vidayı tahtaya vidalamak için tornavida ile kuvvet
uygulayarak döndürmek gerekir. Vida
başı bir tam dönüş yaptığında vida, vida adımı (a) kadar yol
alır. N kez döndüğünde ise N . a kadar yol alır. |
|
Vidayı
döndürmek için uygulanan F kuvvetinin yaptığı iş, vida tahtaya
girerken R direngen kuvvetinin yaptığı işe eşittir.
İş
prensibinden
Kuvvet . Kuvvet yolu = Yük
. Yük yolu
F . 2pr = R . a dır.
Vidanın
baş kısmı daire olduğu için bir turda kuvvet yolu dairenin 2pr
çevre uzunluğu kadar olur.
DİŞLİLER
Dişli
çarklar, üzerinde eşit aralıklarla dişler bulunan ve bir eksen
etrafında dönebilen silindir şeklindeki basit makinedir. Dişler
çarkların birbirine geçmesini sağlar. Dişlilerden birine
uygulanan kuvvet dişler yardımı ile diğerine iletilir. Dişlilerin
çalışma prensibi çıkrığınkine benzer.
|
Eş merkezli dişliler birbirine perçinli olduğu
için hep aynı yönde dönerler ve devir sayıları da eşittir. |
|
|
Şekildeki gibi birbirine temas halinde
olan dişliler için, herbir dişli bir öncekine göre, a.
Zıt yönlerde dönerler. Dolayısıyla K ve M aynı yönde döner. b.
Devir sayıları yarıçapları ile ters orantılıdır. c.
K ve M nin aralarındaki devir sayıları oranı L nin yarıçapına
bağlı değildir. |
|
|
KASNAKLAR Kasnaklar
dişleri olmadığı için kayış ya da iple birbirlerine
bağlanırlar. |
|
|
Devir sayıları yine yarıçapları ile ters
orantılıdır. Dönme yönleri ise, şekilde görüldüğü gibi
kayışların bağlanma şekline göre değişir. |
|
MADDE VE ÖZELLİKLERİ
29/1/2007 · Kategori: fizik
MADDE
Uzayda yer kaplayan, kütlesi, hacmi olan ve eylemsizliğe uyan varlıklara madde denir. Maddeler katı, sıvı ve gaz halinde bulunabilir. Maddenin şekil almış haline de cisim denir.
Maddelerin Ortak Özellikleri
Bütün maddelerde bulunan özelliğe ortak özellik denir. Bir maddenin yalnız kendine ait özelliğine ise, ayırt edici özellik denir.
Maddelerin ortak özellikleri,
1. Eylemsizlik
2. Hacim
3. Kütle
Bir maddenin sahip olduğu hareket ve şekil durumunu koruma meyline eylemsizlik denir. Arabadan inmek isteyen bir yolcu, araba henüz durmadan önce inerse, arabanın hareket yönünde gitmek zorunda kalır. Arabada iken hızı olan yolcu inincede bu hızını devam ettirmek isteyecektir. Bu durum bütün maddeler için geçerlidir. Duran madde durmak ister, hareket halindeki ise hareketini devam ettirmek ister.
2. Hacim
Maddelerin uzayda kapladığı yere hacim denir. İki madde birlikte aynı hacmi işgal edemez. Örneğin bir bardağa su konulduğunda bardağın içindeki hava, kabı terkeder.
Katı maddelerin belli bir şekli ve hacmi vardır. Sıvı maddelerin belli bir hacimleri olmasına rağmen belirli bir şekilleri yoktur, konuldukları tabın şeklini alırlar. Gazların ise hem belirgin hacimleri hem de belirgin şekilleri yoktur. Konuldukları kapların hacmini ve şeklini alırlar.
|
Geometrik Biçimli Cisimlerin Hacimleri Geometrik şekilli, dikdörtgenler prizması, küp, silindir, küre ve koni şeklindeki katı cisimlerin hacimleri, boyutları ölçülerek hesaplanır. Dikdörtgenler prizmasının hacmi farklı üç kenarının çarpımına eşittir. |
|
Hacim = En . boy . yükseklik
V = a . b. c dir.
Üç kenarı da eşit ve a kadar olan küpün hacmi
V = a3 dür.
| Taban yarıçapı r, yüksekliği h olan silindirin
hacmi, taban alanı ile yüksekliğinin çarpımına eşittir.
V = pr2 . h dir. Yarıçapı r olan kürenin hacmi
|
|
Düzgün Olmayan Cisimlerin Hacimleri
Düzgün geometrik yapıda olmayan katı cisimlerin hacimleri, dereceli kaplardaki sıvılardan yararlanılarak bulunur.
| Bu tür cisimler tamamen sıvı dolu olan bir kaba batırıldığında, sıvıda erimemek şartıyla hacmi kadar hacimde sıvı taşırır. Eğer cisim tamamen batmıyorsa, taşan sıvının hacmi batan kısmın hamine eşit olur. |
|
Tamamen dolu olmayan dereceli kaptaki sıvıya bir cisim atılırsa, cismin hacmine eşit hacimde sıvıyı yer değiştirir.
Eğer katı bir cisim sıvı içine atıldığında çözünüyorsa, cismin gerçek hacmini bulamayız. Çünkü, cismin katı haldeki hacmi ile sıvı haldeki hacmi eşit olmadığı gibi, katı içinde hava boşlukları olabilir ve eridiğinde hava çıkar ve hacim azalır.
Dereceli kapta bulunan kuru kumun üzerine su döküldüğünde, karışımın hacmi, su ve kumun ayrı ayrı hacimlerinin toplamından daha küçük olur. Bunun nedeni, kum tanecikleri arasında hava boşluğu olması ve suyun bu boşlukları doldurmasıdır. Buna göre, kumun gerçek hacmi, karışımın hacminden suyun hacmi çıkarılarak bulunur.
Hacim Birimleri
Hacim V sembolü ile gösterilir. SI birim sisteminde hacim birimi m3 tür. Pratikte maddelerin hacmini ölçmek için m3 ün alt katları olan cm3 ve dm3 kullanılır. Bir cismin hacmi bulunurken, üç boyutu çarpıldığı için, hacim birimleri de uzunluk birimlerinin küpü olarak ifade edilir.
Kütle
Kütle madde miktarı ile ilgili bir özelliktir. m sembolü ile gösterilir.
Ağırlık ve kütle kavramları birbirine karıştırılmamalıdır. Ağırlık gezegenin maddeye uyguladığı kütle çekim kuvvetidir. Kütleleri eşit olan cisimlerin farklı gezegenlerde ağırlıkları eşit olmayabilir. Kütle eşit kollu terazi ile ölçülür, ağırlık ise dinamometre denilen yaylı kantarla ölçülür.
Eşit Kollu Terazi
Kütle eşit kollu terazi ile ölçülür. Eşit kollu terazi moment prensibine göre çalışır. Eşit kollu terazinin kolları eşit uzunlukta ve kefeleri özdeştir.
Eşit kollu terazinin duyarlılığını artırmak
için binici denilen bir alet kullanılır. Ölçülebilecek en küçük kütle, o terazinin
duyarlılığını gösterir. Binicinin kütlesi m gram ve terazinin bir kolu N tane
eşit bölmeye ayrılmış ise,
oranı, binicinin bir bölme hareketi durumunda
sağlayacağı katkının gram karşılığını verir. Ayrıca bu değer terazinin duyarlılığına eşittir. |
|
Binici sağ koldaki kefeye doğru 1 bölme kaydırılırsa,
sağ kefeye
kadar gram ilave edilmiş olur. Binici 5. bölmede iken katkısı ise
kadar olur.
Binicinin ardışık bir bölme yer değiştirmesi
1 gram karşılık geliyor denilirse,
olarak
verilmiş demektir.
Ağırlık
Yeryüzünden belli bir yükseklikten serbest bırakılan cisimler yer yüzeyine doğru düşerler. Bu durum cisimlere yere doğru bir kuvvet uygulandığını gösterir.
Bir cisme, bulunduğu noktada etki eden kütle çekim kuvvetine o cismin ağırlığı denir.
|
Ağırlık vektörel bir büyüklük olup, dinamometre denilen yaylı kantarla ölçülür. Ağırlık kuvvetinin yönü daima dünyanın merkezine doğrudur. Kütlesi m olan bir cismin ağırlığı, G = m . g eşitliği ile hesaplanır. Buradaki g, yerçekim ivmesidir. |
|
Özkütle
Bir maddenin birim hacminin kütlesine o maddenin özkütlesi denir.
Kütle m, hacim V, özkütle d ile gösterilmek üzere
olur.
SI birim sisteminde özkütle birimi kg/m3 dür. g/cm3 de özkütle birimidir. Aynı şartlarda özkütle, maddeler için ayırt edici özelliktir.
Şekildeki grafiklere göre, katı ve sıvı maddelerin sıcaklığı sabit kalmak şartı ile kütle ile hacmi doğru orantılıdır. Kütle – hacim grafiğinde doğrunun eğimi özkütleyi verir.
Özkütle, maddelerin hacmine ve kütlesine bağlı değildir. Hacim arttıkça kütle de artar, veya kütle arttıkça hacim de artar ve özkütle sabit kalır.
Maddelerin özkütleleri iki nedenden dolayı değişebilir.
1. Kütle sabit kalmak şartıyla, basıncın etkisiyle hacmi değişen maddelerin özkütlesi değişebilir. Basınçla madde sıkıştırılıp hacmi azaltılırsa özkütlesi artar.
2. Sıcaklık ve basınç sabit iken kütle ve hacim doğru orantılı olarak değişir. Kütle sabit iken sıcaklık etkisiyle hacim değişikliği olursa, özkütle değişir. d=m/V bağıntısına göre, bir cismin sıcaklığı artarsa, hacmi de artar. Kütle sabit kalmak şartı ile hacim artarsa özkütle azalır. Sıcaklık azalırsa hacim azalır ve özkütle artar.
| Kütle ile hacim doğru orantılı değil de şekildeki gibi değişiyorsa, eğim dolayısıyla da özkütle artıyor demektir. Bu da kütle ile hacim artarken aynı zamanda sıcaklık azalıyor demektir. |
|
| Eğer kütle hacim grafiği şekildeki gibi değişiyorsa, kütle ve hacim artarken sıcaklık da artıyor, dolayısıyla özkütle azalıyor demektir. |
|
|
Sıcaklık özkütleyi etkileyen bir faktör olduğu için ,maddenin aynı sıcaklıktaki özkütleleri karşılaştırılabilir farklı sıcaklıklarda özkütleleri eşit olan iki cismin , aynı sıcaklıktaki özkütleleri eşit olmaz |
Özağırlık
Bir maddenin birim hacminin ağırlığına özağırlık denir.
Karışımın Özkütlesi
Birbirine türdeş olarak karışabilen aynı sıcaklıktaki sıvıların karıştırılmasıyla, karışan sıvıların özkütlelerinden farklı özkütleli bir karışım elde edilir. Karışımın özkütlesi, birbirine karışan sıvıların özkütlelerine ve karışma oranlarına bağlıdır.
İki ya da daha fazla sıvının karıştırılmasıyla meydana gelen karışımın özkütlesi,
eşitliği ile bulunur.
| Karışımın özkütlesi, karışan sıvıların özkütleleri arasında bir değer alır. Örneğin d1 ve d2 özkütleli sıvıların karışımlarının özkütlesi dK olsun. Eğer d1>d2 ise karışımın özkütlesi d1>dK>d2 olacak şekilde arada bir değer almak zorundadır. Hangi sıvıdan hacimce fazla karışım olursa, karışımın özkütlesi o sıvının özkütlesine daha yakındır. |
|
Özel Durumlar
I. Özkütleleri d1 ve d2 olan sıvılardan eşit hacimde karışım yapılmış ise, karışımın özkütlesi,
Karışımda özkütlesi büyük olan madde kütlece fazla demektir.
II. Karışımı meydana getiren maddelerden eşit
kütlede karışım yapılmış ise, karışımın özkütlesi,
bağıntısı
ile bulunur.
Bu tip karışımlarda özkütlesi büyük olan maddeden hacimce az karıştırılmış demektir.
SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ
Sıvı içerisine kısmen veya tamamen batan cisimler sıvı tarafından yukarı doğru itilirler. Bu itme kuvveti, sıvıların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvvetidir.
|
Sıvıya batırılan bir tahta parçası yukarı çıkmak ister. Tahta parçasının tamamını batacak şekilde sıvı içinde tutabilmek için üstten bir kuvvet uygulamak gerekir. Cismi yukarı çıkmaya zorlayan kaldırma kuvveti, cisim tarafından yeri değiştirilen sıvının ağırlığına eşittir. Yeri değişen sıvının hacmi, cismin batan kısmının hacmine eşit olduğundan, kaldırma kuvveti. |
|
Fkal = Vb . rsıvı
bağıntısı ile hesaplanır. Burada rsıvı = d . g dir. Yani sıvının özağırlığı, sıvının özkütlesi ile çekim ivmesinin çarpımına eşittir.
Cisimlere uygulanan sıvı kaldırma kuvveti sıvının özkütlesine bağlıdır. Yukarıdaki şekillerde de görüldüğü gibi aynı cismin farklı sıvılardaki konumları farklı olabilmektedir.
Sıvı içindeki serbest cisimlere ağırlık kuvveti ile kaldırma kuvveti etki eder. Bu iki kuvvet düşey doğrultuda ve zıt yönlü kuvvetlerdir. Cisimlerin sıvı içinde batmaları veya yüzmeleri yani sıvıdaki durumları bu iki kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır.
| Şekil – I de saf su içine atılan yumurta dibe batar. Suya tuz ilave edilerek karıştırıldığında yumurta Şekil – II deki gibi yüzmeye başlar. Bunun nedeni suya tuz karıştırıldığında suyun özkütlesinin artması ve F = Vb . d . g bağıntısına göre, kaldırma kuvvetinin büyümesi, dolayısıyla bileşke kuvvetin yukarı doğru olması ve yumurtayı yukarı yönde hareket ettirmesidir. |
|
|
Yüzen Cisimler Sıvıya bırakılan bir cismin hacminin bir kısmı sıvı dışında kalacak şekilde dengede kalıyorsa bu cisme yüzen cisim denir. Cismin yüzebilmesi için özkütlesi sıvının özkütlesinden küçük (dcisim < dsıvı) olmalıdır. |
|
Yüzen cisim dengede iken cisme uygulanan kaldırma kuvveti ile cismin ağırlık kuvveti büyüklükçe eşit olur. Bir cisim sıvı içine iyice daldırılıp bırakılırsa tekrar bir kısmı sıvı dışında olacak şekilde yüzer. Böyle yüzen cisimlerde
G = FK olduğundan
bağıntısı elde edilir. Bu bağıntıya göre cismin batan hacminin bütün hacmine oranı, cismin özkütlesinin, sıvının özkütlesinin oranına eşittir.
Askıda Kalan Cisimler
| Şekildeki gibi hacminin tamamı sıvı içinde olacak biçimde bir yere temas etmeden dengede kalan cisimlere askıda kalan cisimler denir. Cismin askıda kalabilmesi için özkütlesi, sıvının özkütlesine eşit olmalıdır. Bu durumda cisim kabın tabanına bırakılsa bile cismin tabanla irtibatı kesilir. Yani askıda kalan cisim herhangi bir yere temas etmez. Askıda kalan cisim dengede olduğu için cisme uygulanan kaldırma kuvveti cismin ağırlığına (Fk = G) eşittir. |
|
|
Batan Cisimler Özkütlesi sıvının özkütlesinden büyük olan (dC > dS) cisimler sıvıya bırakıldığında bir engelle karşılaşıncaya kadar yoluna devam ederler. Bu tür cisimlere batan cisimler denir. Batan cisimlerin ağırlık kuvveti cisme etki eden kaldırma kuvvetinden daha büyüktür (Fk < G). |
|
ÖZEL DURUMLAR
1. Bir cismin aynı sıvı içinde hacminin tamamı batmak şartıyla kaldırma kuvveti cismin sıvı içindeki derinliğine bağlı değildir.
|
2. Sıvı içine daldırılan bir cisim, havadaki ağırlığına göre, görünen ağırlığı kaldırma kuvveti kadar hafifler. Şekilde sıvı içindeki cismin görünen ağırlığı T = G – FK dir. |
|
3. Katı bir cisim kendi sıvısında yüzüyorsa,
cisim eridiğinde sıvı seviyesi değişmez. Örneğin
su içinde olan buz eridiğinde, kaptaki su düzeyi değişmez. |
|
|
4. Özkütlesi sıvınınkinden küçük ya da sıvınınkine eşit olan cisimler, taşma seviyesine kadar olan sıvıya bırakıldıklarında ağırlıkları kadar ağırlıkta sıvı taşırırlar. Dolayısıyla kabın toplam ağırlığı değişmez. Özkütlesi sıvınınkinden büyük olan bir cisim bırakılırsa, cisim batar ve taşan sıvının hacmi cismin hacmine eşit olmasına rağmen sıvının özkütlesi cismin özkütlesinden küçük olduğundan kap ağırlaşır. |
|
| 5. Şekildeki eşit kollu terazinin sol kefesinde gram, sağ kefesinde ise içinde sıvı olan kapla denge sağlanıyor. Daha sonra ipe bağlı bir cisim sıvı içine daldırılarak asılıyor. bu durumda cisme sıvı tarafından kaldırma kuvveti uygulanır (etki), cisim ise sıvıya aşağı yönlü eşit büyüklükte tepki gösterir. Dolayısıyla terazinin dengesi bozulur. Dengenin yeniden sağlanması için sol kefeye kaldırma kuvvetine değerce eşit ağırlıkta cisim konulmalıdır. |
|
6. Gazlarda, sıvılar gibi cisimlere kaldırma kuvveti uygular. Bu kaldırma kuvvetinin değeri sıvılarda olduğu gibi cisim tarafından yeri değiştirilen havanın ağırlığına eşittir. Havanın kaldırma kuvveti
FK = VC . dhava . g
bağıntısından hesaplanır.
Bu bağıntıya göre, hacmi büyük olan cisimlere hava tarafından uygulanan kaldırma kuvveti de büyük olur.
-
Bir cismin ağırlığı, havanın kaldırma kuvvetinden büyük ise, cisim yere doğru düşer. GC > FK
-
Bir cismin ağırlığı, havanın kaldırma kuvvetine eşit ise, cisim havada askıda kalır.GC = FK
-
Bir cismin ağırlığı havanın kaldırma kuvvetinden küçük ise, cisim yükselir. GC
-
Şekil
– I de hava ortamında eşit kollu terazinin kollarına asılarak hacimleri farklı
cisimler dengeleniyor. Hava boşaltıldığında terazi Şekil – II deki durumu alıyor.
Çünkü hava ortamında, hacmi büyük olan cisme daha fazla kaldırma kuvveti uygulanır.
Hava dışarı alındığında bu kuvvet ortadan kalktığı için hacmi büyük olan cisim
aşağı iner.Eğer havasız ortamda aynı terazi dengelendikten sonra hava ortamına çıkarılsaydı, bu durumda da hacmi büyük olan cisim yukarı kalkardı.
| 7. Kaldırma kuvveti cismin batan kısmının hacim merkezine uygulanır. Şekilde yarısı sıvıya batmış eşit bölmeli türdeş çubuğun batan iki bölmeli kısmının ortasına kaldırma kuvveti uygulanır. |
|
« Önceki ::