9. Sınıf Fizik · 3. Ünite: Akışkanlar
Kaldırma Kuvveti
Havuzda kendini hafif hissedersin; bir taşı suyun içinde kaldırmak, dışarıdakinden çok daha kolaydır. Tahtadan bir blok suda yüzer, bir çivi ise dibe batar. Gemiler yüzlerce ton olduğu hâlde batmaz. Bunların hepsinde sıvının cismi yukarı doğru ittiği bir kuvvet rol oynar: kaldırma kuvveti. Bu konuda bu kuvvetin hangi değişkenlere bağlı olduğunu deneyle bulacak, yer değiştiren sıvının ağırlığıyla ilişkisini kuracak ve sıvı basıncıyla karşılaştıracaksın.
Kazanımlar
- FİZ.9.3.5.a. Kaldırma kuvvetini etkileyen değişkenleri (batan hacim, sıvının özkütlesi, cismin özkütlesi, derinlik) belirlemeye yönelik kontrollü bir deney tasarlar.
- FİZ.9.3.5.b. Dinamometre ve taşırma kabı düzeneğinden topladığı verileri tabloya kaydedip kaldırma kuvvetinin bağlı olduğu değişkenleri analiz eder.
- FİZ.9.3.6.a-b. Kaldırma kuvveti ile yer değiştiren sıvının ağırlığı arasındaki ilişkiye dair hipotez kurar; verilerden F_k = ρ·V_batan·g modeline ulaşır.
- FİZ.9.3.6.c-ç. Kaldırma kuvveti ile sıvı basıncı modellerini karşılaştırır; kaldırma kuvvetinin alt ve üst yüzeye etki eden sıvı basıncı kuvvetleri farkına eşit olduğunu açıklar.
- FİZ.9.3.6.d. Yüzme, askıda kalma ve batma durumlarını kaldırma kuvveti ile ağırlığı karşılaştırarak değerlendirir; orantılarla yorumlar.
Konu anlatımı
Bir Soru: Neden Suyun İçinde Hafifleriz?
Kaldırma Kuvvetini Ölçmek
Kaldırma Kuvveti Neden Oluşur?
Deney Tasarımı: Hangi Değişkenler Etkili?
Veriler ve Matematiksel Model
Kaldırma Kuvveti ile Sıvı Basıncını Karşılaştırma
Yüzme, Askıda Kalma ve Batma
Çözümlü Örnekler
Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Özet
Anahtar terimler
- Kaldırma kuvveti
- Sıvının içindeki cisme uyguladığı yukarı yönlü kuvvet; cismin yerini değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir.
- Dinamometre
- Yay yardımıyla kuvvet ölçen alet.
- Taşırma kabı
- Cisim batırılınca yer değiştiren sıvının taşmasını sağlayan kap.
- Batan hacim
- Cismin sıvının içinde kalan hacmi; yer değiştiren sıvının hacmine eşittir.
- Özkütle
- Birim hacmin kütlesi; yüzme–batma kararında sıvının ve cismin özkütleleri karşılaştırılır.
- Görünür ağırlık
- Cisim sıvıdayken dinamometrenin gösterdiği değer: $G - F_k$.
- Askıda kalma
- Cismin sıvının içinde tamamen batmış hâlde dengede durması; $F_k = G$ ve özkütleler eşit.
Örnek soru
Sıvı içine tamamen batmış bir cisme etki eden kaldırma kuvvetinin oluşmasının temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
- Cismin alt yüzüne etki eden sıvı basıncı kuvvetinin, üst yüzüne etki edenden büyük olması
- Cismin üst yüzüne etki eden sıvı basıncı kuvvetinin, alt yüzüne etki edenden büyük olması
- Sıvının cisme yan yüzlerden uyguladığı kuvvetlerin eşit olmaması
- Cismin özkütlesinin sıvının özkütlesinden küçük olması
- Açık hava basıncının cismin üstüne etki etmesi
Doğru cevap: A
Çözüm
1. Sıvı basıncı derinlikle artar. Tamamen batmış cismin alt yüzü üst yüzünden daha derindedir.
2. Alt yüze etki eden yukarı yönlü basınç kuvveti, üst yüze etki eden aşağı yönlü kuvvetten büyüktür: $F_k = F_{alt} - F_{üst}$.
3. Yan yüzlerdeki kuvvetler karşılıklı olarak birbirini dengeler.
Doğru cevap: A. D şıkkı yüzme–batma durumuyla ilgilidir; kaldırma kuvvetinin nedeni değildir (batan cisimde de vardır).