Basınç ve Kaldırma Kuvveti, Katı, sıvı ve gaz halindeki maddeler temas ettikleri birim yüzeylere belirli oranda kuvvet uygularlar. Birim yüzeye uygulanan bu dik kuvvete basınç adı verilir. Birim yüzey yerine bütün yüzeye uygulanan bir basınç durumu ise basınç kuvveti olarak adlandırılır. Basınç ve kaldırma kuvveti arasında birbirini etkileyen önemli bir bağ vardır. Yer çekimi kuvvetine zıt yönde uygulanan bu kuvvete kaldırma kuvveti adı verilir. Basınç ve kaldırma kuvvetinin ölçülebilmesi için bazı terimlerin ve bu terimlerin anlamlarının bilinmesi gerekir. Bunlar;
- Fk: Kaldırma kuvveti
- Vb: Cismin hacmi
- Qsıvı: Sıvının öz ağırlığı
- Dcisim: Cismin öz kütlesi
- Dsıvı: Sıvının öz kütlesi
- Dhava: Havanın öz kütlesi
- G: yer çekimi ivmesi
Basınç ve Kaldırma Kuvveti Özel Durumlar
- Belirli bir cismin hacminin sıvı içine tamamı batmak şartıyla uyguladığı kaldırma kuvveti cismin sıvı içindeki derinliğine bağlı değildir.
- Sıvı içine daldırılan bir cisim ağırlığı uygulanan kaldırma kuvveti kadar hafifler.
- Eriyebilme özelliğine sahip katı bir cisim sıvının içinde yüzerken cisim erise bile sıvı seviyesinde değişiklik olmaz. Buna verilebilecek en iyi örmek, 3/4'ü su içinde yer alan buz parçasıdır. Buz erise bile kaptaki su düzeyi değişmeyecektir.
- Dsu > detil alkol durumunda, gerçekleşen kaldırma kuvveti suda daha fazladır.
- Kaldırma kuvveti, cismin sıvıya batan kısmın hacminin yanı sıra batırıldığı sıvının yoğunluğuna da bağlıdır.
Sıvılarda Basınç ve Kaldırma Kuvveti
Sıvı içerisindeki cisimler ağırlıklarına göre sıvı tarafından yukarı doğru itilirler. Sıvı tarafından uygulanan bu itilme, cisimlere uygulanan kaldırma kuvveti ile ilişkilidir. Kaldırma kuvveti sıvının ağırlığına eşittir. Sıvıların kaldırma kuvvetine "Arşimet prensibi" de denilir.
Yüzen Cisimler: Belirli bir yükseklikten sıvıya bırakılan cismin hacminin bir kısmı sıvı dışında kalacak şekilde dengede duruyorsa; bu cisme yüzen cisim adı verilir. Cismin su üzerinde yüzebilmesi için öz kütlesi sıvının öz kütlesinden küçük olmalıdır.
Dc < ds, G = Fk ve Vb. Ds = Vc. Dc sonucuna ulaşılır.
Askıda Kalan Cisimler: Hacminin tamamı sıvı içinde olacak biçimde bir yere temas etmeden dengede kalan cisimlere askıda kalan cisimler denir. Cismin askıda kalabilmesi için cismin öz kütlesinin sıvının öz kütlesine eşit olması gerekir. Böylesi bir durumda cisim kabın tabanına bırakılsa bile cisim tabanla temas etmez. Askıda kalan cisim suda dengede durduğu için kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir denilebilir.
Dc = ds, G = Fk sonucuna ulaşılır.
Batan Cisimler: Cismin öz kütlesi sıvının öz kütlesinden büyük olması durumunda; cisim sıvıya bırakılır ve cisim önüne bir engel çıkıncaya kadar suda yoluna devam ederek dibe ulaşır. Bu cisim türlerine batan cisimler adı verilir. Kaldırma kuvveti cismin batan kısmının hacim merkezine uygulanır.
Dc > ds, G > Fk sonucuna ulaşılır.
Gazlarda Basınç ve Kaldırma Kuvveti
Gazlar da sıvılarda olduğu gibi cisimlere belirli oranda kaldırma kuvveti uygular. Uygulanan bu kaldırma kuvveti havanın ağırlığına eşittir. Havanın kaldırma kuvveti ise şu şekilde hesaplanır; Fk = Vc. Dhava. G.
Bu formüle göre
Gc > Fk ise cisim yere düşer.
Gc = Fk ise cisim havada askıda kalır.
Gc < Fk ise cisim yükselir.
Bunların dışında, havadar bir ortamda dengede olan 2 farklı hacimdeki cisimler havasız bir ortama getirildiğinde hacmi büyük olan cisim daha büyük bir kuvvete ihtiyaç duyduğu için var olan denge saat yönünde bozulur.
