SciSimulator
Deneye Geri Dön

Arşimet Prensibi Rehber

FizikOrtaOkuma süresi: 3 dk

Genel Bakış

Devasa bir çelik gemi neden okyanusta yüzerken küçük bir çakıl taşı dibe batar? 2000 yıldan fazla bir süre önce Arşimet, bir küvette yer değiştirme ve kaldırma kuvvetinin sırrını keşfetti. Bu deneyde, Arşimet Prensibini doğrulamak ve kaldırma kuvvetini belirleyen temel faktöleri ortaya çıkarmak için 'Tartım Yöntemi'ni kullanacaksınız: Sıvı yoğunluğu mu? Yer değiştiren hacim mi? Yoksa daldırma derinliği mi?

Arka Plan

Arşimet Prensibinin keşfi hakkında ünlü bir efsane vardır. Siraküza Kralı, bir kuyumcudan saf altından bir taç yapmasını istedi, ancak kuyumcunun içine biraz gümüş karıştırdığından şüpheleniyordu. Arşimet, bir gün banyo yaparken küvetten suyun taştığını fark edene kadar bu sorun üzerinde düşündü. Hacim ve yer değiştirme arasındaki ilişkiyi fark etti ve heyecanla çırılçıplak sokağa fırlayıp 'Evreka!' (Buldum!) diye bağırdı. Düzensiz tacın hacmini ölçmek için su yer değiştirme yöntemini kullandı ve gerçek olduğunu belirledi. Bu hikaye uydurma olsa da, bilimsel keşiflerin genellikle günlük ayrıntıların keskin gözleminden kaynaklandığını canlı bir şekilde göstermektedir.

Temel Kavramlar

Kaldırma Kuvveti (Buoyancy, FbuoyF_{buoy})

Bir akışkanın (sıvı veya gaz), içine daldırılan bir cisme uyguladığı yukarı yönlü kuvvet. Yönü her zaman dikey olarak yukarıdır.

Tartım Yöntemi

Fbuoy=G−FpullF_{buoy} = G - F_{pull}

Cismin havadaki ve ardından sıvıdaki ağırlığını ölçerek kaldırma kuvvetini ölçme yöntemi. İkisi arasındaki fark kaldırma kuvvetidir.

Arşimet Prensibi

Fbuoy=GdisplacedF_{buoy} = G_{displaced}

Akışkana daldırılan bir cisme etki eden kaldırma kuvveti, cismin yer değiştirdiği akışkanın ağırlığına eşittir.

Formüller ve Türetme

Arşimet Prensibi Formülü

Fbuoy=ρliquidgVdisplacedF_{\text{buoy}} = \rho_{\text{liquid}} g V_{\text{displaced}}
Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü yalnızca sıvının yoğunluğu ρliquid\rho_{\text{liquid}} ve cisim tarafından yer değiştirilen sıvının hacmi VdisplacedV_{\text{displaced}} tarafından belirlenir ve cismin kendi yoğunluğundan bağımsızdır.

Deney Adımları

  1. 1

    Havadaki Ağırlığı Ölçün (GG)

    Metal blok sıvı yüzeyine temas etmediğinde yaylı dinamometrenin okumasını gözlemleyin. Metal bloğun ağırlığını GG kaydedin.
  2. 2

    Yer Değiştiren Hacmi Keşfedin (VdisplacedV_{displaced})

    Standı yavaşça aşağı doğru sürükleyin. Metal blok su yüzeyine temas etmekten tamamen batmaya geçerken dinamometre okumasının nasıl değiştiğini gözlemleyin. Bu, kaldırma kuvveti ile yer değiştiren sıvı hacmi arasındaki ilişki hakkında ne gösteriyor?
  3. 3

    Daldırma Derinliğini Keşfedin (hh)

    Cisim tamamen battıktan sonra, belirli bir mesafe boyunca aşağı doğru sürüklemeye devam edin. Dinamometre okumasının değişip değişmediğine dikkat edin. Bu, 'derinlik arttıkça kaldırma kuvvetinin arttığı' yanlış sezgisini çürütüyor mu?
  4. 4

    Sıvı Yoğunluğunu Keşfedin (ρliquid\rho_{liquid})

    Derinliği sabit tutun ve sıvıyı 'Tuzlu Su' (konsantre tuzlu su) olarak değiştirin. Dinamometre okumasının azaldığını göreceksiniz. Bu, kaldırma kuvvetinin arttığı anlamına mı yoksa azaldığı anlamına mı gelir? Ortamın 'yoğunluğu' kaldırma kuvvetini nasıl etkiler?

Öğrenme Çıktıları

  • Kaldırma kuvvetinin VdisplacedV_{\text{displaced}} ve ρliquid\rho_{\text{liquid}} ile doğru orantılı olduğunu doğrulayın.
  • 'Tartım Yöntemi'ni kullanarak kaldırma kuvvetini hesaplama deneysel becerisinde ustalaşın.
  • 'Cisim daha derine indikçe kaldırma kuvveti artar' şeklindeki sezgisel yanlış anlamayı düzeltin.
  • Arşimet Prensibinin belirli fiziksel anlamını derinlemesine anlayın.

Gerçek Dünya Uygulamaları

  • Gemi Mühendisliği: 10.000 tonluk bir gemiyi kaldıracak kadar kaldırma kuvveti üretmek için gövdenin içi boş kısmının hacmini artırarak büyük bir yer değiştirme oluşturmak.
  • Denizaltılar: Yüzeye çıkmak veya dalmak için balast tanklarına su alıp boşaltarak kendi ağırlıklarını değiştirmek (kaldırma kuvveti temel olarak değişmeden kalırken).
  • Sıcak Hava Balonları: Yoğunluğunu azaltmak için balonun içindeki havayı ısıtmak, yükselmek için çevredeki soğuk havanın oluşturduğu kaldırma kuvvetini kullanmak.
  • Hidrometreler: Çeşitli sıvıların yoğunluğunu ölçmek için yüzme prensibini kullanmak.

Yaygın Hatalar

Yanlış
Bir cisim bir sıvıya ne kadar derine gömülürse, o kadar fazla kaldırma kuvveti alır.
Doğru
Yanlış. Tamamen batmadan önce, kaldırma kuvveti kesinlikle derinlikle artar (çünkü VdisplacedV_{\text{displaced}} artmaktadır); ancak tamamen battıktan sonra, VdisplacedV_{\text{displaced}} artık değişmediği için kaldırma kuvveti sabit kalır.
Yanlış
Ağır cisimler hafif cisimlerden daha fazla kaldırma kuvveti almalıdır.
Doğru
Yanlış. Kaldırma kuvveti yalnızca 'yer değiştiren sıvı hacmi' ile ilişkilidir ve cismin kütlesi, yoğunluğu veya şekli ile doğrudan bir ilişkisi yoktur. Bir demir blok bir tahta bloktan daha ağırdır, ancak hacimleri aynıysa, tamamen battıklarında aldıkları kaldırma kuvveti aynıdır.

Ek Okuma

Başlamaya hazır mısın?

Temelleri anladığına göre, etkileşimli deneye başla!

Deneyi BaşlatSınavı Başlat