Kaldırma Kuvveti Konu Anlatımı

Kaldırma Kuvveti

Bir sıvı veya gaz içine bırakılan cisme akışkan tarafından yukarı yönlü bir kuvvet uygulanır. Bu kuvvete kaldırma kuvveti denir.

TYT Fizik’te kaldırma kuvveti soruları genellikle cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğu, batan hacim, yüzme-batma durumu, taşan sıvı miktarı ve dinamometre değerleri üzerinden sorulur.

1. Kaldırma Kuvveti Neden Oluşur?

Sıvı basıncı derinlik arttıkça artar.

Bir cismin sıvı içindeki alt yüzeyine etki eden basınç, üst yüzeyine etki eden basınçtan daha büyüktür.

Bu basınç farkı sonucunda cisme yukarı yönlü net bir kuvvet etki eder.

Bu kuvvet kaldırma kuvvetidir.

1. Arşimet İlkesi

Bir akışkan içine kısmen veya tamamen batırılan cisme uygulanan kaldırma kuvveti, cismin yer değiştirdiği akışkanın ağırlığına eşittir.

Kaldırma kuvveti:

Fk = ρ × g × Vbatan

Fk = Kaldırma kuvveti ρ = Akışkanın yoğunluğu g = Yer çekimi ivmesi Vbatan = Cismin akışkan içinde kalan hacmi

1. Kaldırma Kuvvetinin Bağlı Olduğu Değişkenler

Fk = ρ × g × Vbatan

Buna göre kaldırma kuvveti:

• Sıvının yoğunluğuna
• Batan hacme
• Yer çekimi ivmesine

bağlıdır.

Sıvının yoğunluğu artarsa kaldırma kuvveti artar.

Batan hacim artarsa kaldırma kuvveti artar.

1. Kaldırma Kuvveti Cismin Kütlesine Bağlı mıdır?

Kaldırma kuvveti doğrudan cismin kütlesine bağlı değildir.

Fk = ρsıvı × g × Vbatan

bağıntısında cismin kütlesi bulunmaz.

Ancak cismin kütlesi yüzme veya batma durumunu etkileyerek batan hacmin değişmesine neden olabilir.

1. Tamamen Batmış Cisim

Bir cisim sıvı içine tamamen batırılmışsa:

Vbatan = Vcisim

olur.

Bu durumda:

Fk = ρsıvı × g × Vcisim

1. Cismin Yüzmesi

Bir cisim sıvı yüzeyinde dengede yüzüyorsa:

Fk = G

olur.

G = Cismin ağırlığı

Yüzen cisimde kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir.

1. Yüzme Şartı

Bir cismin ortalama yoğunluğu sıvının yoğunluğundan küçükse cisim sıvı yüzeyinde yüzebilir.

ρcisim < ρsıvı

Yüzme durumunda:

Fk = G

ve

ρsıvı × Vbatan = ρcisim × Vcisim

olur.

Buradan:

Vbatan / Vcisim = ρcisim / ρsıvı

1. Batan Hacim ve Yoğunluk

Yüzen bir cismin ne kadarının sıvı içinde kaldığı yoğunluk oranına bağlıdır.

Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna yaklaştıkça daha büyük bölümü sıvıya batar.

1. Askıda Kalma

Bir cisim sıvının içinde herhangi bir yere bırakıldığında ne yukarı çıkıyor ne de aşağı iniyorsa askıda kalır.

Bu durumda:

Fk = G

ve

ρcisim = ρsıvı

olur.

Cisim tamamen sıvı içindedir.

1. Cismin Batması

Bir cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan büyükse cisim batma eğilimindedir.

ρcisim > ρsıvı

Serbest bırakıldığı anda:

G > Fk

ise cisim aşağı yönde ivmelenir.

1. Yükselen Cisim

Sıvı içinde serbest bırakılan bir cisim için:

Fk > G

ise cisim yukarı doğru ivmelenir.

Yüzeye ulaştığında dengeye gelene kadar batan hacmi azalabilir.

Son durumda yüzüyorsa:

Fk = G

olur.

1. Yoğunluğa Göre Durumlar

ρcisim < ρsıvı: Cisim yüzme eğilimindedir.

ρcisim = ρsıvı: Cisim askıda kalabilir.

ρcisim > ρsıvı: Cisim batma eğilimindedir.

1. Taşırma Kabı

Ağzına kadar sıvı dolu bir kaba cisim batırılırsa bir miktar sıvı taşabilir.

Taşan sıvının hacmi:

Vtaşan = Vbatan

olur.

Arşimet ilkesine göre:

Fk = Taşan sıvının ağırlığı

1. Yüzen Cisim ve Taşan Sıvı

Ağzına kadar dolu bir kapta cisim yüzdürülürse:

Fk = Gcisim

olur.

Aynı zamanda:

Fk = Gtaşan sıvı

olduğundan:

Gcisim = Gtaşan sıvı

1. Tam Batırılan Cisim ve Taşan Sıvı

Cisim tamamen sıvıya batırılırsa:

Vtaşan = Vcisim

olur.

Taşan sıvının ağırlığı kaldırma kuvvetine eşittir.

Ancak cisim batıyorsa taşan sıvının ağırlığı cismin ağırlığına eşit olmak zorunda değildir.

1. Görünür Ağırlık

Bir cisim sıvı içine batırıldığında sıvının kaldırma kuvveti nedeniyle dinamometrede okunan değer azalır.

Görünür ağırlık:

Ggörünür = G - Fk

1. Sıvının Yoğunluğu ve Görünür Ağırlık

Cisim tamamen batmış ve hacmi değişmiyorsa:

Fk = ρsıvı × g × V

Sıvının yoğunluğu arttıkça:

Fk artar.

Görünür ağırlık azalır.

1. Birden Fazla Sıvıda Yüzen Cisim

Aynı cisim farklı yoğunluktaki sıvılarda yüzdürülürse her iki durumda da dengede:

Fk = G

olur.

Bu nedenle kaldırma kuvvetleri eşittir.

Ancak batan hacimler farklı olabilir.

Daha yoğun sıvıda: Daha az hacim batar.

Daha az yoğun sıvıda: Daha fazla hacim batar.

1. Cisme Ek Yük Konulması

Yüzen bir cismin üzerine ek yük konulursa toplam ağırlık artar.

Denge sağlanabilmesi için kaldırma kuvvetinin de artması gerekir.

Bunun için cismin daha büyük bölümü sıvıya batar.

1. Gemiler Neden Yüzer?

Gemiler metalden yapılmış olmasına rağmen içleri büyük ölçüde boş olduğu için geminin toplam kütlesinin toplam hacmine oranı, yani ortalama yoğunluğu suyun yoğunluğundan küçük olacak şekilde tasarlanabilir.

Bu nedenle yeterli miktarda suyu yer değiştirerek yüzebilirler.

1. Denizaltılar Nasıl Batar ve Yükselir?

Denizaltılar balast tanklarına su alıp vererek ortalama yoğunluklarını değiştirebilir.

Su alınırsa: Ortalama yoğunluk artar ve batma eğilimi artar.

Su dışarı atılırsa: Ortalama yoğunluk azalır ve yükselme eğilimi artar.

1. Gazlarda Kaldırma Kuvveti

Kaldırma kuvveti yalnızca sıvılarda değil gazlarda da görülür.

Bir cismin havada yükselmesi için havanın uyguladığı kaldırma kuvvetinin ağırlığına göre yeterince büyük olması gerekir.

Sık Karıştırılan Noktalar

1. Kaldırma Kuvveti – Ağırlık

Kaldırma kuvveti her zaman cismin ağırlığına eşit değildir.

Yüzen veya askıda dengede duran cisimlerde:

Fk = G

olur.

1. Batan Cisim

Batan cisme de kaldırma kuvveti etki eder.

Batma sırasında:

G > Fk

olabilir.

1. Derinlik – Kaldırma Kuvveti

Tamamen batmış, hacmi değişmeyen bir cisim aynı yoğunluklu sıvıda daha derine indirilirse kaldırma kuvveti değişmez.

1. Sıvı Basıncı – Kaldırma Kuvveti

Sıvı basıncı derinlikle artar.

Ancak kaldırma kuvveti yer değiştiren sıvının ağırlığına bağlıdır.

1. Yüzme – Askıda Kalma

Yüzme: ρcisim < ρsıvı

Askıda kalma: ρcisim = ρsıvı

1. Taşan Sıvı

Taşan sıvının hacmi batan hacme eşittir.

Taşan sıvının ağırlığı kaldırma kuvvetine eşittir.

1. Farklı Sıvılarda Yüzme

Aynı cisim farklı sıvılarda yüzüyorsa kaldırma kuvveti her durumda cismin ağırlığına eşittir.

Daha yoğun sıvıda daha az hacim batar.

1. Görünür Ağırlık

Sıvı içindeki dinamometre değeri:

Ggörünür = G - Fk

bağıntısıyla bulunur.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Önce cismin yüzdüğünü, askıda kaldığını veya battığını belirle.

1. Yüzüyorsa Fk = G eşitliğini kullan.

1. Askıda kalıyorsa Fk = G ve ρcisim = ρsıvı olduğunu düşün.

1. Tamamen batmış cisimde Vbatan = Vcisim al.

1. Kaldırma kuvveti için Fk = ρ × g × Vbatan bağıntısını kullan.

1. Yüzen cismin batan hacmini bulmak için yoğunluk oranlarından yararlan.

1. Taşırma kabında Vtaşan = Vbatan olduğunu unutma.

1. Taşan sıvının ağırlığını kaldırma kuvvetine eşitle.

1. Dinamometre sorularında Ggörünür = G - Fk bağıntısını kullan.

1. Aynı cisim farklı sıvılarda yüzüyorsa kaldırma kuvvetlerinin eşit olduğunu unutma.

Konu Özeti

• Kaldırma kuvveti sıvı basınç farkından doğar.
• Arşimet ilkesine göre kaldırma kuvveti yer değiştiren akışkanın ağırlığına eşittir.
• Fk = ρ × g × Vbatan
• Kaldırma kuvveti sıvının yoğunluğuna ve batan hacme bağlıdır.
• Yüzen cisimde Fk = G’dir.
• Askıda kalan cisimde Fk = G ve ρcisim = ρsıvı olur.
• ρcisim < ρsıvı ise cisim yüzme eğilimindedir.
• ρcisim > ρsıvı ise cisim batma eğilimindedir.
• Yüzen cisim için Vbatan / Vcisim = ρcisim / ρsıvı bağıntısı kullanılabilir.
• Tam batmış cismin kaldırma kuvveti aynı sıvıda derinliğe bağlı değildir.
• Taşan sıvının hacmi batan hacme eşittir.
• Taşan sıvının ağırlığı kaldırma kuvvetine eşittir.
• Görünür ağırlık G - Fk ile bulunur.
• Aynı cisim farklı sıvılarda yüzüyorsa kaldırma kuvveti değişmez.
• Daha yoğun sıvıda yüzen cismin daha az bölümü sıvıya batar.
• Kaldırma kuvveti gazlarda da görülür.

Konuyu Bitirdiğinde Bunları Yapabiliyor Olmalısın

• Kaldırma kuvvetinin neden oluştuğunu açıklayabilmelisin.
• Arşimet ilkesini açıklayabilmelisin.
• Fk = ρ × g × Vbatan bağıntısını kullanabilmelisin.
• Kaldırma kuvvetini etkileyen değişkenleri belirleyebilmelisin.
• Yüzen, askıda kalan ve batan cisimleri ayırt edebilmelisin.
• Cisim ve sıvı yoğunluklarını karşılaştırabilmelisin.
• Yüzen cismin batan hacmini hesaplayabilmelisin.
• Farklı sıvılarda yüzen cismin durumunu yorumlayabilmelisin.
• Taşırma kabı sorularını çözebilmelisin.
• Taşan sıvının ağırlığı ile kaldırma kuvveti arasındaki ilişkiyi kullanabilmelisin.
• Görünür ağırlık ve dinamometre sorularını çözebilmelisin.
• Tamamen batmış bir cismin derinliği değiştiğinde kaldırma kuvvetini yorumlayabilmelisin.
• Gemi, denizaltı ve balonların çalışma prensibini kaldırma kuvvetiyle açıklayabilmelisin.