arşimet ilkesi ne demek?

Arşimet İlkesi

Arşimet İlkesi, bir sıvıya batırılan bir cisme etkiyen kaldırma kuvvetinin, cismin yerini değiştirdiği sıvının ağırlığına eşit olduğunu ifade eden fiziksel bir yasadır. Bu ilke, sıvıların ve gazların (akışkanların) kaldırma kuvveti üzerinde önemli bir rol oynar ve gemilerin yüzmesinden sıcak hava balonlarının yükselmesine kadar birçok olayın açıklanmasında kullanılır.

Tarihçe

Arşimet İlkesi, MÖ 3. yüzyılda yaşamış olan Yunan matematikçi, fizikçi, mühendis, astronom ve mucit Arşimet tarafından keşfedilmiştir. Efsaneye göre, Kral Hiero'nun yeni tacının gerçekten saf altından yapılıp yapılmadığını belirleme görevi Arşimet'e verilmiştir. Arşimet, tacı tahrip etmeden özgül ağırlığını nasıl ölçeceğini düşünürken, hamamda suya girdiğinde su seviyesinin yükseldiğini fark etmiştir. Bu gözlem, cisimlerin yerini değiştirdiği suyun hacminin, cismin hacmine eşit olduğu fikrini ortaya çıkarmıştır. Böylece, tacın hacmini suyun yerini değiştirmesiyle ölçebileceğini ve ağırlığını bilerek yoğunluğunu hesaplayabileceğini anlamıştır. Tacın yoğunluğunu, saf altın yoğunluğuyla karşılaştırarak hile olup olmadığını tespit etmiştir.

İlkenin Tanımı

Arşimet İlkesi'nin matematiksel ifadesi şu şekildedir:

F_k = V_b * ρ_s * g

Burada:

• F_k: Kaldırma kuvveti (Newton cinsinden).
• V_b: Batan cismin hacmi (metreküp cinsinden). Başka bir deyişle cismin sıvıya batan kısmının hacmi. Tamamen batmışsa cismin tamamının hacmi.
• ρ_s: Sıvının yoğunluğu (kilogram/metreküp cinsinden).
• g: Yerçekimi ivmesi (yaklaşık 9.81 m/s²).

Bu denklem, kaldırma kuvvetinin, batan cismin hacmi ile sıvının yoğunluğunun ve yerçekimi ivmesinin çarpımına eşit olduğunu gösterir.

İlkenin Açıklaması

Arşimet İlkesi, bir cisme etkiyen kaldırma kuvvetinin neden oluştuğunu açıklar:

1. Sıvı Basıncı: Bir sıvı içindeki basınç, derinlikle doğru orantılı olarak artar. Bir cisme batan her noktada, sıvı tarafından bir basınç uygulanır.
2. Kaldırma Kuvveti: Cismin alt yüzeyine uygulanan basınç, üst yüzeyine uygulanan basınçtan daha büyüktür çünkü alt yüzey daha derindedir. Bu basınç farkı, cisme yukarı doğru bir net kuvvet uygular. Bu kuvvete kaldırma kuvveti denir.
3. Yer Değiştiren Sıvı: Kaldırma kuvveti, cismin yerini değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir. Bu, cismin batarken yerini değiştirdiği sıvının, cismi yukarı doğru iten kuvvete denk geldiği anlamına gelir.

Uygulamalar

Arşimet İlkesi, günlük hayatta ve çeşitli mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılır:

• Gemi İnşası: Gemilerin yüzmesi, Arşimet İlkesi'ne dayanır. Bir gemi, yerini değiştirdiği suyun ağırlığı kadar bir ağırlığa sahip olduğunda yüzebilir. Geminin tasarımı, ağırlığını dağıtarak daha fazla suyun yerini değiştirmesini sağlar, böylece yeterli kaldırma kuvveti oluşur. Gemi Mühendisliği bu prensibi temel alır.
• Denizaltılar: Denizaltılar, batmak ve yüzeye çıkmak için Arşimet İlkesi'ni kullanır. Balast tanklarını suyla doldurarak ağırlıklarını artırır ve batarlar. Suyu tahliye ederek ağırlıklarını azaltır ve yüzeye çıkarlar.
• Sıcak Hava Balonları: Sıcak hava balonları, içlerindeki havayı ısıtarak yoğunluğunu azaltır. Daha az yoğun hava, dışarıdaki soğuk havadan daha hafif olduğu için balon yükselir. Sıcak Hava Balonu prensibi bu ilkeye dayanır.
• Yoğunluk Ölçümü: Arşimet İlkesi, bir maddenin yoğunluğunu belirlemek için kullanılabilir. Bir cismin havada ve sıvıda tartılmasıyla kaldırma kuvveti hesaplanır ve bu kuvvetten yoğunluk elde edilir.
• Hidrometre: Sıvıların yoğunluğunu ölçmek için kullanılan bir alet olan Hidrometre, Arşimet İlkesi prensibine göre çalışır.
• Yüzme: İnsanların veya hayvanların suda yüzebilmesi, vücutlarının yerini değiştirdiği suyun ağırlığının vücut ağırlığına eşit veya daha büyük olmasıyla mümkündür.

Örnekler

1. Bir demir parçası neden batarken, aynı ağırlıktaki bir demir gemi neden yüzer?

   Demir parçası, çok küçük bir hacimde yoğunlaşmıştır. Bu nedenle, yerini değiştirdiği suyun ağırlığı, kendi ağırlığından daha azdır. Gemi ise, aynı miktarda demiri daha geniş bir alana yayarak daha fazla suyun yerini değiştirir. Bu da daha büyük bir kaldırma kuvveti oluşturur ve geminin yüzmesini sağlar.

2. Bir buz parçası suda yüzerken, eridiğinde su seviyesi neden değişmez?

   Buz, suda yüzerken yerini değiştirdiği suyun ağırlığı, buzun ağırlığına eşittir. Buz eridiğinde, aynı ağırlıktaki suya dönüşür. Bu nedenle, su seviyesi değişmez.

Sınırlamalar

Arşimet İlkesi, bazı durumlarda mükemmel bir şekilde geçerli olmayabilir:

• Yüzey Gerilimi: Yüzey gerilimi, özellikle küçük cisimler üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir ve kaldırma kuvvetini etkileyebilir.
• Sıvının Sıkıştırılabilirliği: Sıvıların sıkıştırılabilirliği ihmal edilebilir düzeyde olsa da, çok yüksek basınçlarda kaldırma kuvvetini etkileyebilir.
• Viskozite: Sıvının viskozitesi (akışkanlığı), cismin hareketi sırasında sürtünme kuvvetleri oluşturarak kaldırma kuvvetini etkileyebilir.

Sonuç

Arşimet İlkesi, sıvıların ve gazların kaldırma kuvvetiyle ilgili temel bir prensiptir. Basit ve anlaşılır olmasına rağmen, birçok karmaşık olayın açıklanmasında ve çeşitli mühendislik uygulamalarında önemli bir rol oynar. Arşimet'in bu önemli keşfi, günümüzde hala bilim ve teknolojinin temel taşlarından biri olarak kabul edilmektedir.