Su içindeki nesnenin hissedilen ağırlığı neden azalır?

Su içindeki bir nesneyi desteklerken gereken kuvvet, aynı nesneyi havada tutmak için gerekenden daha az olabilir. Bu değişim, nesnenin bir kısmının yok olduğu anlamına gelmez. Suyun uyguladığı kaldırma kuvveti, cismin ağırlığının bir bölümünü dengeler.

Açıklayıcı şema: Batmış bir cisme etkiyen kaldırma kuvveti ile ağırlığın yönleri. Kaynak: Archimedes principle.svg; üretici: Jooja; lisans: CC BY-SA 4.0. Kaynak bildirimi: This file was derived from: Principio di Archimede galleggiamento.png :.

Basınç farkından doğan yukarı etki

Durgun sıvıda basınç derinlikle artar. Sıvıya batmış cismin alt bölümüne uygulanan basınç, üst bölümündekinden daha büyük olabilir. Yüzeye dağılmış basınç kuvvetlerinin toplamı yukarı yönlü bir etki oluşturur. Kaldırma kuvvetinin kaynağı bu basınç dağılımıdır.

OpenStax’ın Arşimet ilkesi bölümü, bu kuvvetin yalnız yüzen cisimlere özgü olmadığını açıklar. Batan bir cisme de kaldırma kuvveti uygulanır. Cismin batması, yukarı yönlü etkinin bulunmadığını değil, diğer kuvvetlerle birlikte hareketinin nasıl değiştiğini gösterir.

Yer değiştiren sıvı ne demektir?

Arşimet ilkesine göre kaldırma kuvvetinin büyüklüğü, cismin yer değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir. Cisim tamamen batmışsa sıvı içinde kapladığı hacim, yer değiştiren sıvının hacmini belirler. Kısmen batmış cisimde ise yalnız su içinde kalan bölüm dikkate alınır.

Bu ilişki, kuvvetin yalnız cismin kendi kütlesinden çıkarılamayacağını gösterir. Sıvının yoğunluğu ve yer değiştirilen hacim de önemlidir. Aynı hacim farklı yoğunluktaki sıvılarda farklı sıvı ağırlığına karşılık gelebilir; dolayısıyla kaldırma etkisi de farklılaşabilir.

Varsayımsal bir destek hesabı

Bir cismin ağırlığı 20 newton, suyun kaldırma kuvveti 6 newton olsun. Bu örnek gerçek nesne ölçümü değildir. Cisim su içinde, tabana dokunmadan ve düşey ivmesi olmadan asılı tutuluyorsa gereken yukarı destek kuvveti 14 newton olabilir.

Hesap, 20 newton aşağı yönlü etkiyle 6 newton su desteğini birlikte ele alır. Geri kalan 14 newtonu asılı tutan bağlantı sağlar. Gösterge bu bağlantının gerilmesini ölçüyorsa sudaki değer havadakinden daha küçük görünür. Cismin kütlesi ise bu nedenle azalmış olmaz.

Bu görünür ağırlık hesabı belirli koşullara bağlıdır. Cisim tabana dayanıyorsa başka bir destek kuvveti, hızlanıyorsa ivmeyle ilgili net kuvvet bulunabilir. Kaldırma etkisinin yanında hangi etkileşimlerin yer aldığı açıkça belirlenmelidir.

Daha derine indirmek her zaman daha çok kaldırır mı?

Yoğunluğu yaklaşık sabit sıvıda tamamen batmış, hacmi değişmeyen bir cisim düşünelim. Daha derine gidildiğinde üst ve alt yüzeydeki basınçlar birlikte artar. Ancak kaldırma kuvvetini belirleyen yer değiştirilmiş sıvı hacmi aynı kalabilir.

Bu yüzden basıncın artmasıyla kaldırma kuvvetinin mutlaka aynı biçimde artacağı sonucu çıkarılmaz. Cismin sıkışması, sıvı yoğunluğunun değişmesi veya farklı akış koşulları varsa ayrıca değerlendirilir. Basit modelin hangi özellikleri sabit tuttuğu önemlidir.

Yüzen cisimde denge nasıl kurulur?

Bir cisim sıvı yüzeyinde düşey yönde dengedeyse ve başka düşey etki yoksa kaldırma kuvveti ağırlığını dengeler. Bu durumda cismin suya batan hacmi ilgili sıvı ağırlığına karşılık gelir. Cismin tamamının su altında olması gerekmez.

Yüzen ve tamamen batmış nesnelerde aynı ilke kullanılır; değişen, sıvı içinde kalan hacim ve kuvvetlerin dengesidir. Su yüzeyindeki konum, rastgele bir görüntü değil, bu ilişkilerin sonucudur. Hareket eden cisimde ise denge koşulu baştan varsayılmaz.

Kaldırma yalnız suya özgü bir etki değildir; gazlar da akışkandır. Hava içindeki cisme de basınçtan doğan kaldırma uygulanabilir. Etkinin ağırlığa göre ne kadar önemli olduğu, yer değiştiren akışkanın ağırlığıyla birlikte değerlendirilir.

Suda hafifleme hangi bilgiyi verir?

Destek kuvvetindeki değişim, uygun koşullarda kaldırma etkisini anlamaya yardım edebilir. Yalnız bu farktan cismin bütün malzeme özellikleri çıkarılamaz. Ölçümde hacim, sıvı ve diğer kuvvetlere ilişkin bilgiler de gerekir.

Su içindeki hafiflik hissi böylece kütlenin değişmesiyle açıklanmaz. Aynı cisim, çevresinden ek bir yukarı kuvvet alır. Ağırlık, suyun kaldırma kuvveti ve kalan destek ayrı düşünüldüğünde gündelik gözlemin fiziksel nedeni netleşir.