Çivilerin Batması ve Gemilerin Yüzmesi: Kaldırma Kuvveti Üzerine
Suya batan veya yüzebilen cisimleri incelediğinizde, oldukça ilginç ve çoğu zaman garip görünen birçok nesne ile karşılaşabilirsiniz. Son günlerde, Physics Is Fun (Fizik Eğlencelidir) Facebook grubunda bu konu üzerine bir soru gündeme geldi. Kullanıcılardan biri, “Çiviler suya batıyor ama demir ve çelik gemiler yüzüyor, bu neden böyle?” diye merak etti.
Kaldırma Kuvveti Nedir?
Bu sorunun cevabını anlayabilmek için, öncelikle kaldırma kuvveti kavramını ele almamız gerekiyor. Kaldırma kuvveti, bir akışkanın (sıvılarla sınırlı kalmayıp hava gibi herhangi bir akan madde de dahil) içindeki cisimlere yukarı doğru uyguladığı kuvvettir. Bu kuvvet, akışkanın derinliklerinde basıncın artmasıyla ortaya çıkar. Akışkan içindeki bir nesnenin alt kısımlarındaki basınç, üst kısımlardaki basınçtan daha yüksektir ve bu durum, yukarı yönlü bir kuvvetin oluşmasına neden olur. Arşimed ilkesi, bir akışkana kısmen veya tamamen daldırılmış bir cismin, yerini değiştirdiği sıvının ağırlığına eşit büyüklükte bir kaldırma kuvveti tarafından etkilendiğini ifade eder. Eğer bir akışkanın kaldırma kuvveti, nesnenin aşağı doğru uyguladığı kuvvetten (kütlesi çarpı yerçekimi ivmesi) daha büyükse, nesne yüzer. Ancak, suya batmakta olan daha yoğun nesneler, bu kuvvetler eşitlenene kadar dibe doğru ilerleyecektir. Örneğin, bir çivi suyun yoğunluğundan daha ağır olduğu için suya batar.
Çivi Neden Batar, Gemi Neden Yüzüyor?
Çelik, suya göre daha yoğun bir malzeme olmasına rağmen, kargo gemileri gibi yüz binlerce tonluk yükleri taşıyabilen yapılar su yüzeyinde kalmayı başarır. Elbette, tamamen çelikten yapılmış bir cisim suya batacaktır; ancak gemiler, yalnızca çelikle doldurulmuş değildir. Gemilerin yüzmesini sağlayan temel unsur, içlerinin hava gibi hafif malzemelerle dolu olmasıdır. Bu farklı malzemelerin varlığı sayesinde, bir geminin ortalama yoğunluğu suyun yoğunluğundan daha düşük hale gelir. Dolayısıyla, yukarıya doğru uygulanan kaldırma kuvveti, gemiyi dibe çeken yerçekimi kuvvetinden daha büyük olur ve bu sayede gemi yüzebilir.
Örneğin, 100.000 ton ağırlığında bir gemi suya yerleştirildiğinde, 100.000 ton suyun yerini değiştirecek kadar suya batma durumu söz konusu olacaktır. Eğer gemiyi suya daha yoğun nesnelerle doldurursanız, geminin ağırlığı, suyun yerini değiştirecek miktara ulaştıkça suya batmaya devam eder.
