Madde ve Özellikleri. I. ÜNÝTE Fizik / 10. Sýnýf KATILARDA BOYUTLAR ARASI ÝLÝÞKÝLER VE DAYANIKLILIK

Transkript

1 1 Madde ve Özellikleri Bu ünitede, varlýklarýn enlerinin ve boylarýnýn deðiþtirilmesi durumunda kesit alanlarýnýn, yüzey alanlarýnýn, hacimlerinin ve kütlelerinin deðiþip deðiþmeyeceðini, canlýlarýn çeþitli özellik ve ihtiyaçlarýnýn yüzey alanlarýna, hacimlerine ve kütlelerine baðlý olup olmadýðýný, su böceðinin neden suya batmadan hareket edebildiðini, kavanozundan çok ince olarak süzülen sývý balýn akmasý kesildiðinde neden tekrar yukarý çekildiðini, su damlasýnýn neden küresel davrandýðýný, bir gaz olarak atmosferin nasýl oluþtuðunu, atmosferin katmanlarýný, plazmanýn nasýl üretildiðini, kuzey ve güney kutup ýþýklarýnýn nasýl oluþtuðunu öðreneceðiz. Katýlarda boyutlar arasý iliþkiler ve dayanýklýlýk, sývýlarda kýlcallýk ve yüzey gerilimi, yapýþma(adezyon) ve tutma(kohezyon) olaylarý, atmosferin oluþumu ve soðuk ve sýcak plazma bu ünitede anlatýlacaktýr. Burada; maddelerin doðada, katý, sývý, gaz ve plazma olmak üzere dört hâlde bulunduðunun bilindiði, ortak ve ayýrt edici özelliklerinin neler olduðunun öðrenildiði. Katý, sývý, gaz ve plazma maddelerin hacimlerinin ölçülüp ölçülemeyeceði ve özkütlelerinin hesaplanýp hesaplanamayacaðýnýn bilindiði kabul edilerek dayanýklýlýðýn nelere baðlý olduðu, sývýlarýn yüzey gerilimi ve kýlcallýðýn nelere baðlý olduðu, soðuk ve sýcak plazmalar ve aurolar anlatýlacaktýr. KATILARDA BOYUTLAR ARASI ÝLÝÞKÝLER VE DAYANIKLILIK Bir makine icad edilirken deðiþik modeller denenir, bir dizi testler yapýlýr. Kullanýlan malzemelerin boyutlarýna göre, ideal olan model bulunmaya ve bunlarýn sonucunda asýl hedefe ulaþýlmaya çalýþýlýr. Bir tasarýmda mümkün olduðu kadar az malzeme kullanarak, en dayanýklý yapýyý elde etmeye çalýþmak, aracýmýzýn yakýtý ile mümkün olduðunca fazla seyahat edebilmek, elimizdeki kýsýtlý bir miktar para ile mümkün olduðunca en kaliteli ve dayanýklý bir ayakkabýyý almaya çalýþmak, pazarda alýþveriþ yaparken mümkün olduðunca az para harcayarak, en kaliteli meyve ve sebzeleri almaya çalýþmak, bir iþi en kýsa zamanda ve en iyi þekilde bitirmeye çalýþmak hayatýmýzýn içinde yer alan gerçeklerden bazýlarýdýr. Silindirik yapýda konserve kutularý imâl etmek için en az teneke harcayarak en büyük hacimde konserve kutusu imâl etme problemi matematiksel olarak ifade edilip çözülebilir. Burada konserve kutusunun çapý ve yüksekliði birbirine eþit alýnýrsa en küçük alan ile en büyük hacim kaplanmýþ olur. Ancak konserve kutularýnýn dayanýklýlýðý için malzeme kalitesinin yanýnda kesit alanýnýn uygun olmasý, hafif ve paslanmaz olmasý, maliyetinin uygun olmasý da gerekir. En küçük boyuttan en büyük boyuta geçiþ yapýlýrken, fiziksel dünyanýn bir tarafý önem kazanýrken diðer tarafý önemsiz hâle gelir. Yani, kendi ölçülerimizde önemsiz olan bir çok özellik, çok küçükte ve çok büyükte önem kazanýr. Bizim bütün ölçü ve tartý sistemlerimiz kendi normal ölçeðimizden, yani kendimizi nasýl gördüðümüzden etkilendiði için, büyük ölçekli yapýlar, mesela büyük binalar veya transatlantikler inþa edilirken, ölçek deðiþikliði faktörleri hesaba katýlmazsa, beklenmedik sonuçlarla karþýlaþýlabilir. Bir arýyý model alarak ve onun geometrik oranlarýný koruyarak devasa, muhteþem ve mükemmel bir uçak inþa edebiliriz. Sonuçta da sadece küçücük bir problem çýkar: uçak uçamaz. O nedenle katýlarda boyutlar arasý iliþkiler ile dayanýklýlýk önemli bir yere sahiptir. Canlýlarýn yapýlarýnda, hareketlerinde ve davranýþlarýnda dayanýklýlýk problemlerinin varlýðý ve bunlarýn en iyi þekilde çözüldüðü, bilim adamlarýnýn yaptýklarý matematiksel modeller ve deneylerle doðrulanmýþtýr. Canlýlarýn kemiklerinin minimum aðýrlýkta ve maksimum dayanýklýlýkta olmasý bunun bir göstergesidir. Canlýlarýn kemik tasarýmlarý mükemmel inþa edilmemiþ olsa idi, ya aðýrlýðýn fazlalýðýndan dolayý hareket zorlaþacak, yahut yeterli mukavemet olmadýðýndan kemikler kolayca kýrýlacak ve canlýnýn hayatýný devam ettirebilmesi zorlaþacaktý. Bazý canlýlarýn kemikleri içi boþ boru þeklindedir. Bu þekil, içi dolu silindirik yapýya göre daha dayanýklýdýr. Kemiklerin içinde ise ilik bulunmaktadýr. Kemikler sürekli ivmeli harekete maruz kaldýklarý için dayanýklýlýkla birlikte hafif olmalarý da çok önem arz etmektedir. Ýþte tüm bunlar gözönüne alýndýðýnda, katýlarýn boyutlarý, kesitleri, yüzey alanlarý ve hacimleri arasý iliþkilerle, dayanýklýlýðýn nelere baðlý olduðunun çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Fizik / 10. Sýnýf 1

2 Katý hâldeki maddeler, belli bir oranda büyütülür ya da küçültülürse kesit alanlarý, yüzey alanlarý, hacimleri ve kütleleri de belirli oranda büyür ve küçülür. Canlýlarýn çeþitli özellik ve ihtiyaçlarý bu deðerlere göre deðiþir. Genel olarak, kesit alanýnýn küçültülmesi dayanýklýlýðýný azaltýrken kesit alanýnýn büyültülmesi dayanýklýlýðýný artýrýr. Dikdörtgen prizmasý, silindirik ve küresel cisimlerin yüzey alanlarýnýn hacimlerine oranlarý boyutlarýna baðlýdýr. Katý cisimlerde yüzey alaný hacime oranlandýðýnda bu oran en düþük küresel cisimlerde olmaktadýr. Düzgün geometrik þekilli cisimlerin hacim hesaplamalarýnda kullanýlan matematiksel ifadeleri öðrenmiþtik. Þimdi de bazý geometrik þekilli cisimlerin hacim formüllerini hatýrlayýp, kesit alaný ve yüzey alanlarýnýn nasýl hesaplandýðýný öðrenelim. Yarýçapý r olan bir kürenin hacmi 4 V = π r 3 matematiksel baðýntýsý ile hesaplanýr. DS 3 O r Kürenin kesit alaný, ΔS = π r 2 baðýntýsý ile, yüzey alaný ise, S = 4πr 2 baðýntýsý ile hesaplanýr. Bu kürenin kesit alaný ile hacim ve yüzey alaný ile haciminin oraný ise þu þekildedir: Kesit alaný 3 = Hacim 4r Yüzey alaný 3 = Hacim r Kýsa kenarý w, uzun kenarý l ve yüksekliði h h olan dikdörtgenler prizmasýnýn hacmi; l w V = w l h matematiksel baðýntýsý ile hesaplanýr. Dikdörtgenler prizmasýnýn kesit alaný, ΔS = l w baðýntýsý w ile, yüzey alaný ise, DS l S = 2 ( l w + l h + w h) baðýntýsý ile hesaplanýr. Bu prizmanýn kesit alaný ile hacim ve yüzey alaný ile haciminin oraný ise þu þekildedir: Kesit alaný 1 = Hacim h Bir kenarýnýn uzunluðu l olan kübün hacmi V = l 3 matematiksel baðýntýsý ile hesaplanýr. Kübün kesit alaný, ΔS = l 2 baðýntýsý ile, yüzey alaný ise, S = 6 l 2 baðýntýsý ile hesaplanýr. Bu kübün kesit alaný ile hacim ve yüzey alaný ile haciminin oraný ise þu þekildedir: Kesit alaný 1 Hacim = l Yüzey alaný 6 = Hacim l l l l Yüzey alaný = + + Hacim l w h Taban yarýçapý r, yüksekliði h olan bir silindirin hacmi V = π r 2 h matematiksel baðýntýsý ile hesaplanýr. Silindirin kesit alaný, ΔS = π r 2 baðýntýsý ile, yüzey alaný ise, S = 2πr (r + h) baðýntýsý ile hesaplanýr. Bu silindirin kesit alaný ile hacim ve yüzey alaný ile haciminin oraný ise þu þekildedir: Kesit alaný 1 = Hacim h Yüzey alaný r + h = 2 Hacim r h r h Taban yarýçapý r, yüksekliði h olan bir koninin hacmi 1 V = π r 2 h matematiksel 3 baðýntýsý ile hesaplanýr. Koninin yüzey alaný, yanal alaný ile taban alanýnýn toplamýna eþittir. Koninin yanal alaný bir daire dilimidir. Daire diliminin alaný, yay uzunluðu ile yarýçapýnýn çarpýmýnýn yarýsýna eþittir. Yay uzunluðu taban çevresine eþit olduðundan yanal alaný π r l ye eþittir. Yüzey alaný ise, S = πr 2 + π r l baðýntýsý ile hesaplanýr. Bu koninin yüzey alaný ile haciminin oraný ise þu þekildedir: Yüzey alaný 3 = 1+ Hacim h r l h r l Fizik / 10. Sýnýf 2

3 Küçük boyutlu cisimlerin birim kütlesine düþen yüzey alaný, büyük boyutlu cisimlere göre daha fazladýr. Yani bir kilogram büyük boyuttaki patateslerle, bir kilogram küçük boyutlu patatesler soyulduðunda, küçük boyutlu patateslerden daha fazla kabuk çýkacaktýr. Benzer olarak hacimleri eþit olan küresel bir karpuz ile küp þeklindeki bir karpuz kesildiðinde küresel karpuzun kabuðu daha az çýkar. Maddelerin kütlesi m = d V baðýntýsý ile hesaplanýyordu. Bu baðýntýya göre, boyutlarý büyültülen katý cisimlerin hacimleri, dolayýsý ile kütleleri de büyür. Boyutlarý küçültülen katý cisimlerin hacimleri dolayýsý ile kütleleride küçülür Varlýklarýn en ve boyca belli bir oranda büyütülmesi ya da küçültülmesi durumunda kesit alanlarý, yüzey alanlarý, hacimleri ve kütleleri de belirli oranlarda büyür ya da küçülür. Karýnca, vücut aðýrlýðýnýn birkaç katý aðýrlýðýndaki yükleri rahatlýkla kaldýrabilir. Ancak karýncayý orantýlý olarak insan kadar büyütecek olsak kendi aðýrlýðýný bile kaldýramaz. Benzer olarak karýnca, eþek ve filin kendi aðýrlýklarýna göre taþýyabileceði aðýrlýk miktarý en fazla karýncada en az ise filde olur. Katý bir cismin özelliðini kaybetmeden, gerilme ya da sýkýþtýrýlma gibi etkilere, gösterdiði dirence dayanýklýlýk denir. Katý cisimlerin kesit alaný dayanýklýlýk ile iliþkilidir. Ayný maddeden yapýlmýþ iki cisimden kesit alaný büyük olanýn dayanýklýlýðý, kesit alaný küçük olanýnkine göre daha fazladýr. Bu nedenle, katý cisimlerin dayanýklýlýðý kesit alanlarý ile doðru orantýlýdýr. Köprülerin dayanýklýlýðý ayaklarýnýn kalýnlýðýna, halatýn dayanýklýðý ip sayýsýna, hamaðýn dayanýklýlýðý kesit alanýna ve ip kalýnlýðýna baðlýdýr. Katý maddelerin biçim deðiþtirebilmesi için dýþarýdan bir kuvvetin etki etmesi gerekir. Maddenin bu kuvvete göstereceði direniþ, onun dayanýklýlýðýný gösterir. Her maddeye göre deðiþen bu dayanýklýlýk belli kat sayýlarla gösterilir. Madde Sýkýþtýrýlma sabiti (N/m 2 ) Alüminyum Prinç Bakýr Çelik Tungsten Cam 7, , ,0-5, Bir halatýn dayanýklýlýðýný ele alalým. Bir kiþinin asýlmasýyla kopabilen bir halata özdeþ iki halat, yan yana konduðunda, ayný kuvvetle asýlan iki kiþi tarafýndan koparýlabilir. Çünkü bir uzun halat yerine konan ayný kesit alanýna sahip iki halatta lif sayýsý iki katýna çýkar. Yani, bir halatýn kopmaya dayanýklýlýðý kesit alanýyla (yarýçapýnýn karesiyle) orantýlýdýr. Ayrýca ayný iliþki sadece halatlar için deðil, çekme için kullanýlan kablolar ve yük taþýyan kolonlar (direkler) için de geçerlidir. O halde bir halatýn, kablonun veya kolonun yarýçapý iki katýna çýkarýlýrsa, boyca dayanýklýlýðý dört katýna çýkar. Dayanýklýlýk = k l 2 matematiksel baðýntýsý ile hesaplanýr. Bu baðýntýdaki k, orantý kat sayýsýdýr. Eiffel Kulesine benzeyen, fakat mesela 10,000 metre yüksekliðinde bir bina asla inþa edilemez. Daðlar önemli kýsýmlarý itibariyle katý yapýlardýr, içlerinde fazla boþluk bulunmaz. Bir devin kemiklerinin kalýn olmasý gibi yeryüzünde dað büyüklüðünde bir cismin tamamýnýn dolu olmasý gerekir. Aksi halde, þimdiye kadar bilinmeyen bir malzemeden yapýlmýþtýr dememiz gerekir. Dayanýklýlýk, kütle çekimi etkisinden uzaktaki yerde bulunan yapýlar için de geçerlidir. Yapýyý oluþturan malzeme miktarý arttýkça, çekim kuvveti de artacak ve bütün yapý içinde boþluk kalmayacak biçimde kendi üzerine çökecektir. Kütlenin fazla olduðu kýsýmlarda çekim kuvveti de fazla olacaðýndan, yapý bir nokta etrafýnda simetrik hâle gelinceye kadar biçim deðiþtirecektir. Böyle bir yapý da içi dolu bir küredir. Dayanýklýlýk, mikro alemde de geçerlidir. Burada kütle çekim etkileri önemini yitirecek, yüzey etkilerinin önemi artacaktýr. Çok daha küçüðe inildiðinde, yüzeyler artýk pürüzsüz ve dümdüz görünmeyecek, pütürler ve pürüzler ortaya çýkacak ve yüzeyin belirlenmesinde zorluk çekilecektir. O alemde baþka tanýmlama biçimleri kullanmamýz gerekecektir. Yine de ölçek faktörleri günlük hayatýmýzda gördüklerimizden çok farklý þekillerde atom bölgesinin hakim unsuru olarak karþýmýza çýkacak ve þaþýrtýcý sonuçlar olacaktýr. Fizik / 10. Sýnýf 3

4 Katý cisimlerin boyutlarýnda yapýlacak deðiþim, kesit alanlarýnýn, hacimlerinin ve kütlelerinin deðiþmesi demektir. Katý bir cismin boyutlarý hangi oranda deðiþirse kesit alaný bu oranýn karesi kadar, hacmi bu oranýn kübü kadar, kütlesi ve aðýrlýðýda bu oranýn kübü kadar deðiþir. Katý cisimlere uygulanan kuvvet, katýnýn dayanýklýlýk sýnýrýný geçerse katý kýrýlýr veya çatlar. Betonlarda çatlamayý önlemek için tel, lif ya da çelik çubuk kullanýlýr. Bunlar betonun gerilim sabitini büyüterek daha dayanýklý olmasýný saðlar. Dayanýklýlýk kesit alaný ile doðru orantýlý iken aðýrlýk hacimle orantýlýdýr. Küp þeklindeki katý bir cismin kenar uzunluðu iki katýna çýkarsa kesit alaný dört katýna çýkar. Bu dayanýklýlýðýn dört kat artmasý anlamýna gelir. Ancak katýnýn hacmi sekiz kat artacaðýndan aðýrlýðýda sekiz kat artar. Dolayýsý ile katýnýn boyutu iki katýna çýkarýldýðýnda dayanýklýlýðý bir birim artarken aðýrlýðý iki birim artar. Sonuç olarak herhangi bir varlýðýn büyütüldüðü düþünülürse, aðýrlýðý dayanýklýlýðýndan daha hýzlý büyüyecektir. Bu ise o varlýk için dengesizliðe sebeb olacaktýr. Evrende her þey olmasý gerektiði boyuttadýr. Bir karýnca, bir fil kadar büyük olamaz. Gök delenlerin boyunda goril ya da dev adam olamaz. Karýncalarýn bacaklarýnýn ince, filin bacaklarýnýn kalýn olmasýnýn belirli bir sebebi ve amacý vardýr. Karýnca ve filin yaratýlýþ gayeleri ayný olmadýðý gibi tüm canlýlarýn yaþamlarýný sürdürdüðü ortama en uygun yapýlarý, dayanýklýklarý vardýr. Varlýklar amaçlarýna uygun olarak en hassas ölçülere göre yaratýlmýþtýr. Örneðin geyik ve atýn ayaklarý uzun ve ince, fil ve su aygýrýnýn ayaklarý kýsa ve geniþtir. Bu, canlýnýn vücut aðýrlýðýný rahatlýkla taþýyabileceði en uygun ölçüdür. Balinalarýn iskelet kemikleri balinanýn aðýrlýðýný dengeleyecek dayanýklýlýkta deðildir. Balinalar suyun içinde iken suyun kaldýrma kuvveti ile denge saðlarlar. Balinanýn kemiklerinin zayýf olmasý su içinde iken balinanýn hareketini engellemez. Ancak balina karaya vurduðunda tüm aðýrlýðý kemiklere biner ve kemikler de bu aðýrlýðý taþýyamayacaðý için kýrýlarak balinanýn ölmesine neden olur. Boyut deðiþimlerinde aðýrlýk, dayanýklýlýktan daha hýzlý deðiþtiði için, çok yüksek bina inþa etmek olanaksýzdýr. Çünkü yükseklik arttýkça kullanýlan malzemelerin aðýrlýklarý dayanýklýlýðýndan daha hýzlý artacaktýr. Dolayýsý ile teknoloji ne kadar geliþsede maddelerde olan aðýrlýk dayanýklýlýktan hýzlý deðiþir gerçeðinin önüne geçilemeyecektir. Sonuç olarak maddelerde bahsi geçen bu özellik nedeni ile ulaþýlacak yükseklikler sýnýrsýz olamayacaktýr. Varlýklarýn boyutlarýndaki deðiþim yüzey alanlarýnýn yada kesit alanlarýnýn deðiþmesine neden olur. Bir varlýðýn boyutlarý artýyorsa yüzey alanýndaki büyüme kesit alanýnda olduðu gibi büyüme oranýna baðlýdýr. Bir cismin boyutu hangi oranda deðiþirse yüzey alaný bu oranýn karesi ile deðiþir. Bir cismin boyutlarý büyürken yüzey alanýndaki artýþýn, hacmindeki artýþa oraný azalýr. Tersine bir cismin boyutlarý azalýrken yüzey alanýndaki azalýþýn, hacmindeki azalýþa oraný artar. Ayný maddenin küçük parçalý olanlarýnýn, birim hacmi baþýna düþen yüzey alaný, büyük parçalý olanlarýnkinden daha büyüktür. Örneðin kýzartma yapmak için iri patateslerin seçilmesi daha az fire verilmesi saðlar. Bir kilogram aðýrlýðýndaki tek patatesten çýkacak kabuk, yüzey alaný ölçüsündedir. Ayný patates eþit olarak parçalara bölünmüþ küçük patateslerden olsaydý, fazladan dýþ kabuk soymak zorunda kalýrdýk. Bu ise boyut küçüldükçe yüzey alanýndaki azalýþýn hacimdeki azalýþa oranýnýn artacaðý anlamýna gelir. Bilinen geometrik biçimli cisimler incelendiðinde kürenin özel bir yere sahip olduðu görülür. Çünkü eþit hacimli kapalý cisimlerde yüzey alaný en küçük olan cisim küredir. Yüzey alanýnýn hacmine oraný en küçük olan küre olduðundan, eþit büyüklükteki yüzey alanlarýndan en büyük hacmi küre çevreler. Buradan çýkarýlacak sonuç þudur; birim hacime düþen yüzey alaný en az küresel cisimlerdedir. Dünyamýz ve diðer gök cisimlerinin þeklinin küresel olmasýda küreye ait bahsi geçen özellikten dolayýdýr. Gök cisimleri çok büyük kütlelidir. Bir cismin kütlesi ne kadar büyükse, kütleyi oluþturan her bir parçacýða etki eden kütle çeki kuvvetide o kadar büyük olur. Bir gök cisminin parçalarýna etki eden kuvvetler, merkeze doðrudur. Bu nedenle dýþ yüzeylere etki eden kuvvetler bu kýsýmlarýn, iç kýsýmlarda boþluk býrakmayacak þekilde içeriye doðru sýkýþmasýný saðlar. Böylece dýþ kýsýmlar merkeze göre simetrik bir þekil alarak küre oluþtururlar. Maddelerin yüzey alaný ile hacimi arasýndaki iliþki günlük yaþamda ve çevremizde bir çok sonuçlarýn oluþmasýna neden olur. Maddelerin küçük olanlarýnýn daha çabuk piþmesi ve daha çabuk deðiþim göstermesi bu duruma birer örnektir. Maddelerin yüzey alaný/ hacim oraný iliþkisinden dolayý, örneðin ince dilinmiþ patateslerin yüzey alaný kalýn olarak dilinmiþ patateslerin yüzey alanýndan fazla olduðundan kýzgýn yaðda ince olanlar daha çabuk piþer. Çünkü kýzartma iþlemi patatesin yüzeyindeki taneciklerle ilgilidir. Ne kadar çok tanecik kýzgýn yað ile temasta olursa, patates o kadar çabuk kýzaracaktýr. Benzer þekilde ince hamurlu pizzalarýn kalýn hamurlu pizzalara göre, ince köftelerin kalýn köftelere göre daha çabuk piþmesi yüzey alaný/hacim oranlarýnýn büyük olmasýndandýr. Köfteler, küresel deðilde yarýçapý büyük yüksekliði çok küçük yapýlarak yani yüzey alaný/hacim oraný artýrýlarak(ayný hacimi daha geniþ yüzey alanýna yayarak) daha çabuk piþirilebilir. Fizik / 10. Sýnýf 4

5 Eþit hacime sahip, küp þeker ile toz þeker çaya atýldýðýnda toz þekerlerin daha çabuk erimesi, eþit hacime sahip demir tozlarý ile demir parçasýndan, demir tozlarýnýn daha çabuk paslanmasý, sobaya konulan eþit hacime sahip kömür tozlarý ile kömür parçalarýndan kömür tozlarýnýn önce tutuþmasý, eþit hacime sahip küçük buz kalýplarý ile büyük buz kalýplarýndan küçük olanlarýn daha önce erimesi veya içine býrakýldýðý içeceði erken soðutmasý yine yüzey alaný/hacim oranýnýn büyük olmasýndan kaynaklanmaktadýr. Doðada bir çok canlýnýn yaþama biçimi ve beslenme ihtiyaçlarý, yüzey alaný/hacim oranýna yani vücut özelliklerine göre deðiþir. Bilindiði gibi filler çok büyük hayvanlardýr ve havanýn çok sýcak olduðu bölgelerde yaþarlar. Filin kulaklarýnda bir çok kan taþýyýcý damar vardýr. Bunlar sýcak kaný kulaðýn yüzeyine taþýrlar ve sýcaklýðýn buradan havaya gitmesini saðlarlar. Ayrýca fillerin kulaklarýnýn geniþ olmasý, toplam yüzey alanlarýnýn daha geniþ olmasýný saðlar. Bundan dolayý çevreye daha geniþ yüzeyden ýsý verir ve daha çabuk serinlerler. Hücreler beslendikçe yüzey alanlarýda büyür. Ancak yüzey alanlarýndaki büyüme hacimdeki büyüme kadar hýzlý gerçekleþmez. Bunun sonucu olarak belirli büyüklüðe ulaþan hücre için, alýnan besin, ihtiyacý karþýlayamaz duruma gelir. Bu durumda hücre daha fazla büyümek yerine bölünerek yüzey alanýný artýrma yoluna gider ve yaþamýný bu þekilde sürdürür. Tavþan ve kedi gibi hayvanlar, ayý ve foklara göre daha fazla ýsý kaybederler. Küçük boyutlu canlýlar için yüzey alaný/hacim oraný büyük olduðundan bu canlýlarýn aldýðý besin daha çok vücut sýcaklýklarýný korumak için olur. Dolayýsý ile bu canlýlar büyük olanlara göre daha fazla besine gereksinim duyarlar. Boyutlarý küçük olan canlýlar büyük olanlara göre yüksekten düþerse küçük boyutlu canlýlara hareketi engelleyici daha büyük bir kuvvet uygulanýr. Canlýya uygulanan kuvvet, canlýnýn yüzey alaný ile orantýlýdýr. Uçurumdan düþen kedi ayný yerden düþen filden daha þanslý olur. Çünkü yüzey alaný/hacim oraný kedide daha fazladýr. Buna göre, büyük canlýlarýn yüzey alanýnýn hacmine oraný daha küçük olduðu için zor ýsý kaybederler. Bir fil için bu ciddi bir problemdir ve ýsýsýný atabilmesi için file yüzey alanýný geniþletecek þekilde büyük kulaklar bahþedilmiþtir. Aksine ýsýyý korumasý gereken kutup ayýsýna ise küçük kulaklar verilmiþtir. Ýri bir dinozor türü olan Dimetrodon un sýrtýnda yelken þeklinde ince bir deri yüzey bulunur ve bu yüzey hayvanýn toplam alaný ile deðil, hacmi ile orantýlý olacak þekilde büyümektedir. Dolayýsý ile bu organ ýsýnýn düzenlenmesine yardým etmektedir. Bir çubuðun dayanýklýlýðý kesit alaný (l 2 ) ile orantýlýdýr. Ayaklarý üzerinde yürüyen bir canlýyý ele alýrsak vücut aðýrlýðýný destekleyen bacaklar bir çubuk olarak düþünülebilir. Bacaklarýn dayanýklýlýðý l 2 ile orantýlý iken, aðýrlýðý ise hacmi (l 3 ) ile orantýlýdýr. Baþka bir deyiþle dayanýklýlýk oraný 1/l ile orantýlýdýr. Canlýnýn karakteristik uzunluðu (l) arttýkça bu oran azalacaktýr, yani ayný dayanýklýlýðý saðlamak için normalden daha kalýn bacak kemiklerine ve daha fazla kasa ihtiyaç olacaktýr. Bu sebepten dolayý bir fareyi orantýlý þekilde filin büyüklüðüne kadar ulaþtýrmýþ olsak bile, bu garip canlý muhtemelen yetersiz kaslardan dolayý hareket edemeyecek ya da hareket sýrasýnda bacaklarý kýrýlacaktýr. Fil ve dinozorlar gibi dev canlýlarýn vücutlarý ile orantýsýz kalýn bacaklarý canlýlarda bir denge oluþturmak içindir. Dev goril, dev arýlar ya da böceklerin olduðu kurgu filmler, bilimsel gerçeklerden çok uzaktýr. Bu tür filmlerde mantýk aranmaz, sadece görsel efektler filme heyecan katar. Canlýlar ýsýyý korumak ve gerektiðinde ýsý üretebilecek þekilde yaratýlmýþlardýr. Sýcak iklimlerde metabolizmada oluþan fazla ýsýnýn dýþarý atýlmasý önemli iken, soðuk iklimlerde ise enerji kaybedilmemesi ve mümkün olduðunca uzun süreli tutulmasý önemlidir. l niceliðini canlýnýn karakteristik uzunluðu kabul edersek, metabolizmada üretilen ýsý enerjisi canlýnýn hacmi ya da l 3 ile, bu enerjinin dýþ ortama geçiþi ise yüzey alan l 2 ile orantýlýdýr. Baþka bir deyiþle üretilen ýsýnýn kaybedilme kolaylýðý ya da kazanma zorluðu l 2 /l 3 =1/l ile orantýlýdýr. N O T Kemiklerimiz dayanýklýlýk ve hafifliði birleþtiren ideal yapýlardýr. Binalarýn % aðýrlýðýný, yükü taþýyan binanýn iskeleti oluþtururken; insan iskeleti, vücut aðýrlýðýnýn 1/7 si kadardýr. Omurgamýz ve onun etrafýndaki kaslar newtonluk aðýrlýklara dayanabilecek þekildedir. Bu kadar hareket ve ekleme sahip bir yapý, hareketlilikle saðlamlýðý birleþtiren en iyi yapýdýr. Fizik / 10. Sýnýf 5

6 N O T Memelilerin kemikleri, içi boþ boru þeklindedir ve boþlukta ilik vardýr. Yapýlan matematik hesaplamalar dayanýklýlýk ve hafifliðin bir arada olabilmesi için, iç yarýçap/dýþ yarýçap oranýnýn 0,4 ila 0,7 arasýnda olmasý gerektiðini göstermiþtir ki, bütün memelilerde yarýçaplar oraný bu sýnýrlar içerisinde kalmaktadýr. Ýnsan vücudunu ayakta tutan kablo ve kolonlar kas ve iskelet sistemidir. Burada taþýnan yük mevcut et, kemik, kan vb yani, vücut kütlesidir. Vücut kütlesi de kütle = özkütle hacim baðýntýsýna göre vücut hacmiyle orantýlýdýr. Gulliver ve Lilliputlar Þimdi Gulliver'ý kendisinin 12 katý uzunluðundaki Brobdingnag deviyle karþýlaþtýralým. Dev, Gulliver'a yapý bakýmýndan tamamen benzediðinden, onun her bir boyutu Gulliver'ýnkinin 12 katýdýr. Ýskelet ve kaslarýn dayanýklýlýðý kesit alanlarýyla, dolayýsýyla, yarýçaplarýnýn karesiyle doðru orantýlý ol- Brobdingnag duðundan (dayanýklýlýk α l 2 ) devin kemikleri Gulliver'ýnkinin 12 2, yani 144 katý daha saðlam olacaktýr. Devin aðýrlýðý hacmi ile ve dolayýsýyla l 3 ile orantýlý olduðundan Gulliver'ýnkinin 12 3 katý, yani 1728 katý olacaktýr. Bu durumda devin dayanýklýlýðýnýn aðýrlýðýna oraný, bizimkinin 12 de 1'i kadar olacaktýr. Yani, dev bizden 12 kat daha güçsüzdür. Bizim sadece kendi aðýrlýðýmýzý taþýmamýza karþýlýk dev, aðýrlýðýný taþýrken, bizim kendi aðýrlýðýmýzdaki 11 kiþiyi sýrtýmýzda taþýrken karþýlaþacaðýmýz güçlükle karþýlaþýrdý. Tabi, biz bunu yapamayýz, çünkü halterde Naim'in rekoru kendi aðýrlýðýnýn yaklaþýk üç katý kadardýr. Bu nedenle cüsse bakýmýndan bizden büyük olan hayvanlarýn (fil, bizon vs) kemik yarýçaplarý ile cüsselerinin oraný bizimkiyle ayný deðildir. Onlarýn kemikleri boylarýna göre daha kalýndýr, böylece benzer ölçülerdeki kemikleri zayýf kýlacak ölçü deðiþikliði telafi edilmiþ olur. Büyük bir devin bacaklarýnýn orantýsýnýn herhangi bir insanýnki gibi olmasý istenirse, ya daha sert ve saðlam bir malzeme Fizik / 10. Sýnýf 6 kullanýlmalýdýr ya da normal bir insana göre devin dayanýklýlýðýnýn azalmasý gerektiði kabul edilmelidir. Boyu orantýsýz biçimde artarsa, düþer ve kendi aðýrlýðý altýnda ezilir. Diðer taraftan, vücut ölçüleri küçülürse, vücudun dayanýklýlýðý ayný ölçüde azalmaz, aksine vücut ne kadar küçülürse nisbi dayanýklýlýðý o kadar büyür. Bundan dolayý, mesela, küçük bir köpek kendi ölçüsündeki 2 veya 3 köpeði sýrtýnda taþýyabilirken, bir at kendi aðýrlýðýndaki diðer bir atý bile zor taþýr. Havuzdan çýktýðýmýzda cildimizin üzerinde ince bir su tabakasý bulunur. Bu tabaka vücut yüzeyimizin her tarafýnda ortalama ayný kalýnlýktadýr. Vücut yüzeyindeki su miktarý, vücut yüzey alanýyla doðru orantýlýdýr. (Su miktarý α l 2, yüzey alaný uzunluðun karesi ile doðru orantýlýdýr.) Kendi aðýrlýðýmýz da vücudumuzun hacmi (l 3 ) ile orantýlý olduðundan, havuzdan çýktýðýmýzda taþýdýðýmýz fazla yükün kendi vücut aðýrlýðýmýza oraný l 2 /l 3, yani 1/l ile orantýlýdýr. Havuzdan bir bardak su ile çýkmýþ olsak bile bu, vücut aðýrlýðýmýzý en fazla % 1 artýrýr. Fakat bir Lilliput sudan çýktýðýnda aðýrlýðýnýn % 12'si kadar su getirir ki, bu da bir insan için kutup bölgesinde yaþayan insanlarýn elbiselerinin aðýrlýðýyla eþdeðerdir. Bir sinek ýslanýrsa yükü iki katýna çýkar ve bir damla suya hapsolur. Böylece o büyüklükteki bir böceðin çaya veya çorbaya düþtüðünde oradan niçin çýkamayýp ümitsizce çýrpýndýðýný anlaþýlmýþ olur. Bir canlýnýn vücut ölçeðinin daha önemli bir etkisi de vardýr. Vücudumuzun baþlýca ýsý kaybetme yolu cilttir. (Bir kýsmý da sýcak havayý dýþarý solumakla kaybedilir.) Vücut sýcaklýðý ve cildin yapýsý gibi diðer faktörler sabit iken, ýsý kaybý vücut yüzey alanýyla orantýlýdýr. (Yani, ýsý kaybý α l 2 ) Yediðimiz gýdalar hem bu ýsý kaybýný telafi etmeli, hem de hareket edebilmemiz için gereken fazla enerjiyi saðlamalýdýr. Buna göre en az gýda ihtiyacý l 2 ile orantýlýdýr. Gulliver gibi biri bir veya iki günde bir yediði bir koyun budu ve bir ekmekle hayatýný sürdürebiliyorsa, ayný vücut sýcaklýðýna sahip bir Lilliput ayný gýdanýn sadece (1/12) 2 sine ihtiyaç duyacaktýr. Ancak onun ölçeðindeki bir koyun budunun hacmi, dolayýsýyla kütlesi (1/12) 3 kat daha küçük olacaktýr. (Lilliput Gulliver'ýn 12 katý daha küçüktür ve hacim, dolayýsýyla kütle, uzunluðun küpüyle orantýlýdýr.) Ýhtiyacý olan gýdanýn kendi ölçeðindeki gýdaya oraný 1/l 2 / 1/l 3 = l olduðundan, Gulliver'in kendi ölçeðinde bir tanesini yiyerek doyduðu bir but ve bir ekmeðin, kendi ölçeðindeki 12 katýný yiyen bir Lilliput ancak doymuþ olur. Lilliputlar aç, dur durak bilmeyen, kýpýr kýpýr, daima öteye beriye koþuþturan, ancak biraz suya battýðýnda kolayca hayati tehlike geçiren mahluklar olmalýdýr. Bu özellikleri pek çok küçük memeli hayvanda, mesela farelerde, gözleyebilirsiniz.

7 Bununla birlikte niçin fareden daha küçük sýcakkanlý hayvan bulunmadýðýný da anlayabiliriz. Balýk ve kurbaðalar çok küçük olabilirler, çünkü vücut sýcaklýklarý çevrelerininkinden daha fazla deðildir. Yüzey ve hacimleri ölçeklendirme kanunlarýna göre küçük ve sýcakkanlý hayvanlar nisbi olarak (bize göre) daha fazla gýdaya ihtiyaç duyarlar. Gerçekten küçük olanlar bu kadar gýdayý toplamak bir yana, hazmedemezler bile. Þurasý kesindir ki Lilliputlar'ýn ziraatý, yazar Swift'in tasvir ettiði gibi bir ülkeyi asla besleyemez. N O T Bir canlýnýn ýsý yayma (enerji yayma) hýzý yüzey alaný ile iliþkilidir. Boyutlarý büyük olan canlýlarýn dýþ ortamla olan etkileþim yüzeyleri de büyüktür. Dolayýsý ile ýsý alýþ veriþi daha geniþ yüzeyden yapýlýr. Ancak bu tip canlýlarýn enerji yaymalarý için yeterli miktarda besin almalarý gerekir. Bunun içinde boyutlarýna göre yemek yemeleri gerekmektedir. Dolayýsý ile canlýlar, bacak kalýnlýklarýna, kuyruk ve kulak büyüklüklerine ve vücut aðýrlýklarýna göre yük taþýyabilir ve o oranda da besine ihtiyaç duyarlar. Boyutlarý büyük olan canlýlar, boyutlarý küçük olan canlýlara göre yüksekten düþerlerse daha fazla zarar görürler. Hem kütlelerinin fazla olmasý, hem yüzey alanlarýna göre hacimlerinin fazla olmasý böyle bir sonucu ortaya çýkarýr. SIVILARDA KILCALLIK VE YÜZEY GERÝ- LÝMÝ Belirli bir hacme sahip olmasýna raðmen sabit bir þekli olmayan ve öteleme hareketi yapabilen maddelere sývý madde denir. Sývýlar, içinde bulunduklarý kaplarýn ya da doldurduklarý hacimlerin þeklini alýrlar. Sývýlar öteleme hareketi yapabilirler. Sývýlar normal þartlar altýnda sýkýþtýrýlamazlar. Demir, nikel ve kobalt gibi az sayýdaki maddenin sývý hâlleri dýþýndaki sývýlar mýknatýstan etkilenmezler. Sývý ve gazlarýn her ikisine birlikte akýþkanlar denir. Sývý molekülleri bir arada tutan en önemli faktör, moleküller arasý çekim kuvvetleridir. Sývý molekülleri arasýndaki çekim kuvvetleri, katýlara göre daha zayýf olduðu için, sývý molekülleri birbirleri üzerinden kayar. Sývý molekülleri ile diðer maddelerin molekülleri arasýnda da çekim kuvveti oluþur. Ayný tür moleküller arasýndaki çekme kuvvetine kohezyon kuvvetleri denir. Farklý tür moleküller arasýndaki çekme kuvvetlerine adhezyon kuvvetleri denir. Bir sývýnýn molekülleri ile katýlarýn temasý sýrasýnda; Kohezyon kuvveti < Adhezyon kuvveti ise sývý katýya yapýþýr ve katýyý ýslatýr. Kohezyon kuvveti > Adhezyon kuvveti ise sývý katýya yapýþmaz ve katýyý ýslatmaz. Kohezyon, tek bir maddenin içerisindeki atomlarýn, moleküllerin, iyonlarýn ve benzer parçacýklarýn bir arada tutulmasýný saðlayan bir çekim kuvvetidir. Bundan dolayý madde kendisini oluþturan parçacýklarýn bir arada tutulmasýndan dolayý daðýlmadan durabilir. Su damlacýklarý örneði tipik bir kohezyon örneklemesidir. Bir su damlasýný oluþturan herbir taneciðe diðer tanecikler tarafýndan, kohezyon kuvveti etki eder. Tanecikler öteleme hareketi yapabildiðinden maruz kaldýklarý bu kuvvetler nedeniyle birbirlerine yaklaþarak yüzey alanýný küçültürler. Böylece damlayý oluþturan tanecikler mümkün olan en küçük uzaklýkta toplanarak bir þekil oluþtururlar. Bu þekilde en küçük yüzey alanýna sahip olan küredir. Adhezyon birbirine benzemeyen iki madde arasýnda meydana gelen çekim kuvvetidir. Örneðin test tüpünün içine koyduðumuz su ile cýva arasýnda yüzeyde meydana gelen þekil farklý olacaktýr. Test tüpü içerisindeki suyun yüzeyi yukarýya doðru bir yay þeklinde gözükür. Cýva bulunan test tüpünde ise cýva yüzeyi aþaðýya doðru bir yay meydana getirir. Bu durum tamamen adhezyon ve kohezyon ile açýklanabilir. Çay bardaðý ile tabak arasýnda, ince bir su ya da çay tabakasý olduðunda, adezyon nedeni ile bu sývý tabakasý bardak ile tabaðý birbirine yapýþtýrýr. Adezyon tabaðýn aðýrlýðýndan daha büyük olduðundan tabaðýn bardak ile birlikte hareket etmesini saðlar. Kontakt lenslerin göz küresi üzerinde düþmeden durabilmesi adezyon sayesinde mümkün olmaktadýr. Göz yaþý sývýsý hem korneayý hem de kontank lensi kuvvetlice çeker. Adhezyon ve kohezyon, moleküller arasý bir çekim kuvvetidir. Bu kuvvetler elektriksel kuvvetlerdir. Moleküller arasýnda kütle çekim kuvvetide vardýr. Ancak elektriksel kuvvet, kütle çekiminden kat daha büyüktür. Su moleküllerinin kendi aralarýnda meydana gelen çekim kuvveti (kohezyon), su molekülleri ile cam molekülleri arasýndaki çekim kuvvetinden (adhezyon) küçüktür. Ayný þekilde cýva molekülleri arasýndaki çekim kuvveti (kohezyon), cýva molekülleri ile cam molekülleri arasýndaki çekim kuvvetinden (adhezyon) büyüktür. Bir cam bardak suyla doldurulup tekrar boþaltýldýðýnda bardaðýn iç yüzeyine küçük su damlacýklarýnýn yapýþtýðý görülür. Bunun sebebi cam ile su tanecikleri arasýndaki adezyon kuvvetidir. Fizik / 10. Sýnýf 7

8 Sulu boya fýrçasýnýn tüyleri suyun içindeyken daðýnýk durduðu hâlde sudan çýkartýrken hemen toplanýr. Saçlarýmýz, suyun içine daldýðýmýzda daðýldýðý hâlde sudan çýkarken toplanarak tamamen baþýmýza yapýþýr. Buna benzer birçok olayda, sývýlarý oluþturan taneciklerin birbirlerine uyguladýklarý çekim kuvvetini görürüz. Açýk sývý yüzeylerinde, tanecikler arasýndaki çekim kuvvetlerinden kaynaklanan gerilmeye yüzey gerilimi denir. Yüzey gerilimi sývý yüzeyinin bir zar tabakasý ile kaplýymýþ gibi gergin olmasýný saðlar. Bir sývýnýn içine girmek ya da sývýdan dýþarýya çýkabilmek için sývýnýn yüzeyinde oluþan bu zar etkisini delmek yani yüzey gerilimini yenmek gerekir. Yüzey gerilimi sayesinde bir çay kaþýðý çay yüzeyinde dengelenebilir ya da bir ataþ su yüzeyinde yüzdürülebilir. Deniz yüzeyinin ince bir film tabakasý ile kaplýymýþ gibi bir görüntü oluþmasýna neden olanda yüzey gerilimidir. Sývý molekülleri arasýndaki kuvvetler kýsa menzilli kuvvetlerdir. Yüzey gerilimi, sývýnýn yüzeyindeki herhangi bir doðrunun birim uzunluðuna, dik doðrultuda etki eden kuvvettir. Bir sývýnýn yüzey gerilimi, yüzeyin her doðrultusunda ve her noktasýnda aynýdýr. Yüzey gerilimi her sývýnýn yüzeyinde oluþan bir özelliktir. Ancak her sývýnýn yüzey gerilimi eþit olmadýðý gibi bir sývýnýn yüzey gerilimi de her zaman ayný olmaz. Sývýlarýn bazý özellikleri yüzey gerilimleri üzerinde etkilidir. Bir sývýnýn, sabit bir sýcaklýktaki yüzey gerilimini, sývýnýn yapýsýna baðlý olan yüzey gerilim kat sayýsý belirler. Yüzey gerilimi, sýcaklýða ve sývýyla temas ettirilen kimyasal maddelere baðlý olarak deðiþim gösterebilir. Suyun yüzey gerilimi, herhangi bir sývýnýn yüzey geriliminden (cýva hariç) büyüktür. Aþaðýdaki tabloda bazý sývýlarýn sýcaklýk deðerlerine göre yüzey gerilmeleri verilmiþtir. Sývý Sýcaklýk( C) Yüzey gerilimi (N/m) Helyum Hidrojen Oksijen Kloroform Etanol Kan Su Su Su Su Cýva Tungsten , , , , , , , , , , , ,5 Bir sývýnýn yüzey gerilimi; yüzey üzerinde sývýnýn yüzey geniþlemesine zýt olan birim uzunluk baþýna düþen kuvvettir. Yüzey gerilimi, yüzeye paralel olarak etkir. Yüzey geriliminin SΙ sistemindeki birimi N/m veya J/m 2 dir. Örneðin suyun yüzey gerilimi 20 C de 7, J/m 2 olduðundan suyun yüzeyini 20 C de 1 m 2 geniþletebilmek için 7,28 joulelik bir enerjiye veya 1 m boyunca sývý yüzeyinde yer alan moleküller arasý iliþkileri kesebilmek için 7, N lik bir kuvvete ihtiyaç var demektir. Bütün sývýlarda þiddeti sývýnýn türüne göre deðiþen moleküller arasý çekim kuvvetleri (kohezyon kuvvetleri) bulunmaktadýr. Sývýlarda iç kýsýmlarda (sývýnýn çeþitli derinliklerinde bulunan) moleküller çevresindeki komþu moleküller tarafýndan her yönden eþit olarak, diðer bir ifadeyle küresel simetrik þekilde, çekim kuvvetlerinin etkisi altýnda bulunurlar. Böylece sývý içerisindeki bir moleküle etkiyen kuvvetler birbirlerini dengeler. Oysa sývýnýn yüzeyinde bulunan bir molekül (sývý- buhar ara yüzeyi göz önüne alýndýðýnda) buhar fazýndaki yoðunluk sývý fazdan düþük olduðundan, sadece yüzeyin altýndaki moleküller tarafýndan sývýnýn içerisine doðru çekilirler. Sývý içerisindeki moleküller, yüzeydekilere göre daha fazla çekim kuvvetinin etkisi altýnda bulunduklarýndan potansiyel enerjileri, yüzeydeki moleküllerin potansiyel enerjilerinden daha düþüktür. Genel olarak bir cisme etki eden çekim kuvvetleri ne kadar fazla ise cismin potansiyel enerjisi o kadar düþüktür. Þekilde buhar ile temasta bulunan bir sývý sistemi görülmektedir. buhar sývý sývý yüzeyi Sývýnýn iç kýsmýndaki molekülleri yüzeye getirerek yüzeyi geniþletmek için, sistemin üzerine iþ yapýlmasý gerekir. Sývýnýn iç kýsmýndaki molekülleri yüzeye çýkararak sývýnýn serbest yüzeyini artýrmak için, sývý molekülleri arasýndaki kohezyon kuvvetlerine karþý iþ yapýlmalýdýr. Bunun sonucu olarak sývýnýn yüzey bölgesinin içerisinde bulunan çözünmüþ maddenin serbest enerjisi, sývýnýn diðer kýsmýnýn serbest enerjisinden yüksektir. Sývý yüzeyinin mekanik özellikleri, yüzey üzerine gerilmiþ hayali bir zarýn mekanik özellikleri ile iliþkilidir. Sývý yüzeyi moleküller arasýnda mevcut olan kohezyon kuvvetlerinin sonucu olarak, bir bakýmdan gerilmiþ hayali bir zar gibi daima büzülmek isteyen ve mümkün olan en küçük yüzeyi almak isteyen bir molekül kalýnlýðýnda çok ince zar gibi düþünülebilir. Fizik / 10. Sýnýf 8

9 Yüzey Gerilimi nasýl deðiþir? Sývý üzerindeki gaz yoðunluðu çok fazla arttýrýldýðýnda veya bu sývý üzerine bu sývýda çözünmeyen bir baþka sývý ilave edildiðinde sývýnýn yüzey gerilimi karþý fazdaki moleküllerle gireceði moleküler etkileþmeler sonucu bir miktar azalacaktýr Suyun yüzey gerilimi(10 2 N/m) Sýcaklýk( C) Çoðu sývýlarýn yüzey gerilimleri artan sýcaklýkla doðrusal bir þekilde azalýr(bazý erimiþ metaller hariç) ve moleküller arasý kohezyon kuvvetlerinin sýfýra yaklaþtýðý kritik sýcaklýk civarýnda çok küçük bir deðer olur. Bir sývýnýn sýcaklýðý artarsa, taneciklerinin kinetik enerjileride artar. Bu durumda tanecikler daha hýzlý hareket etmeye baþlar. Bu da tanecikleri birbirlerine baðlayan çekim kuvvetlerinin zayýflamasýna neden olur. Çekim kuvvetlerinin azalmasýndan sývýnýn yüzeyindeki tanecikler de etkilendiði için yüzey gerilimi azalýr. Benzer þekilde, deterjan ve sabun, suyun yüzey gerilimi azaltýr. Küresel þekil almýþ su damlalarý üzerine küçük bir sabun köpüðü býrakýlýrsa su damlasýnýn hemen yayýldýðý görülür. Bu da bize sabun köpüðünün suyun yüzey gerilimini azalttýðýný gösterir. Saf bir madde içerisinde bir madde çözünüyorsa çözünen maddenin ve çözücünün karakterine baðlý olarak yüzey geriliminin deðiþtiði gözlenir. Ayrýca çözünen maddenin sývýnýn iç kýsýmlarýndaki konsantrasyonun birbirinden farklý olmasý gerekir. Tuz suyun yüzey gerilimini azaltýr. Tuz, su tanecikleri arasýndaki baðlarý zayýflattýðýndan tanecikler arasýndaki kohezyon kuvveti azalmýþ, bundan dolayý da yüzey gerilimi azalmýþ olur. Çözeltiler ve karýþýmlar oluþurken maddelerin kimyasal yapýlarý, bu maddelerin moleküllerini oluþturan taneciklerin elektriksel yapýlarý, bu taneciklerin birbirlerine baðlanma þekilleri gibi birçok baþka faktör de etkilidir. Bu nedenle karýþýmlar ve çözeltilerin yüzey gerilimleri karýþan maddelerin özelliklerine göre farklý farklý olabilir. Hava otamýnda, su ile sirke asidi karýþýmýnýn yüzey gerilimi sirke asidinin katýlma yüzdesine göre deðiþir. Örneðin 20 C ile 30 C sýcaklýk aralýðýnda % 100 sirke asidi için yüzey gerilimi 27,6 N/m iken, % 40 sirke asidi için yüzey gerilimi 40,68 N/m, % 20 sirke asidi için yüzey gerilimi 54,56 N/m dir. Birbiri içinde çözünmeyen iki sývýnýn birbirlerine temas noktasýnda bir yüzey gerilimi vardýr ve bu Yüzey gerilim örnekleri; I. Suda yürümek: su yüzgeci gibi küçük böcekler, suda yürüyebilir çünkü aðýrlýklarý yüzeye nüfuz etmek için yeterli deðildir. II. nokta ne üstteki ne de alttaki sývýya benzemektedir. Bu sývýlarýn her birinin ayrý ayrý yüzey gerilimleri toplamý bu iki sývýnýn oluþturduðu ara yüzey geriliminden her zaman büyüktür. Her sývýnýn yüzey geriliminde bir azalma olacaðýna göre bir baþka deyiþle sývýlar yüzey serbest enerjilerini azalttýklarýna göre bu sývýlarý birbirinden ayýrabilmek için bir iþ yapmak gerekir. Sývýlar farklý ise bu iþe adezyon iþi denir. Bu iþ sývýlar ayný ise kohezyon iþi olarak adlandýrýlýr. Aslýnda kohezyon iþi, bir sývýyý ikiye bölüp yeni bir yüzey oluþturulabilmek için verilmesi gereken enerji miktarýdýr. Bir iðneyi yüzdürmek: bir küçük iðne su gibi yoðun sývý yüzeylerinde yüzdürülebilir. Bir bardakta taþma sýnýrýna gelen suyun üzerine bir kaç deneme yaparak toplu iðne yatay olarak konulursa batmadan su yüzeyinde yüzdürülebilir. III. Sabunlar ve deterjanlar: Su içine katýlan deterjan ve sabun kullanýmý yüzey gerilimini iyice azalttýðý için kirletilen alanlara ve gözeneklere nüfuz ederek kirlenen elbiselerin temizlenmesini saðlar. IV. Eleðe dokunmak: Tel ya da ip ile örülmüþ elek ya da sineklik üzerine su döküldüðünde gözenekler su ile kapatýlarak bir tabaka oluþturulur. Alt kýsma su geçmez. Eðer eleðe ya da fileye bir tik vurulursa suyun yüzey gerilimi kýrýlýr ve gözeneklerdeki su yere boþalýr. V. Soðuk su ile yýkamak: Suyun yüzey gerilimi sýcaklýkla azaldýðý için temizlik sýrasýnda sýcak su kullanýlýrsa ellerin daha iyi ýslanmasýný saðlar. Yýkama sýrasýnda kullanýlacak temizlik malzemesi örneðin sabun suyun zaten yüzey gerilimini azaltýr. Dolayýsý ile eðer sabun kullanýlýyorsa suyun sýcak olmasý gerekmez. Ancak hem sýcak su hemde sabun kullanýmý suyun yüzey gerilimini iyice azaltýr ve daha rahat temizlik yapýlmasýný saðlar. Çamaþýr yýkamak için sýcak su kullanmanýn en önemli nedeni sýcak suyun yüzey geriliminin düþük ve çok iyi bir ýslatýcý olmasýdýr. Zaten deterjan yüzey gerilimi düþürmektedir, o hâlde ýsýtma gereksiz olabilir. VI. Dezenfeksiyon: Dezenfeksiyon malzemeleri, genellikle düþük yüzey gerilimine sahip olup yüzey geriliminin çözümleyicileridir. Bu malzemeler bakterilerin hücre duvarlarýný parçalayarak öldürür çepeçevre sarar, üzerlerini tamamen kapatýr ve onlara engel olur. VII. Sarýlýk için klinik testi: Normal idrarýn yüzey gerilimi 0, N/m dir. Sarýlýk testi idrar üzerine döküldüðünde yüzey gerilimi 0, N/m ye iner. Test, idrar yüzeyine püskürtülünce, normal idrarda yüzerken, sarýlýk hastalýðý olanlarda batar. Fizik / 10. Sýnýf 9

10 Su kohezyon kuvvetine sahip bir maddedir, yani kendi molekülleri arasýnda çekim kuvveti sayesinde daðýlmadan kalabilmektedir. Su molekülleri iki kutuplu olduðu için, birçok maddeye yapýþabilir, suyun ýslatma özelliði buradan gelmektedir. Su, su molekülleri arasýndaki güçlü kohezyon kuvveti nedeniyle oluþan yüksek yüzey gerilimine sahiptir. Bu etki görülebilir bir etkidir, örneðin, küçük miktardaki su çözünmez bir yüzey üzerine (örneðin polietilen) konulduðunda, su, diðer madde ile beraber düþene dek kalacaktýr. Su ayný zamanda adhezyon kuvveti yüksek bir maddedir. Hidrojen baðlarý nedeniyle su molekülleri birbirlerini de çekerler yani su molekülleri arasýnda kohezyon gücüde çok yüksektir. Sudaki kohezyon ve adhezyon kuvvetleri, suyun belirli kýlcal yapýlar içinde kopmadan yükselmesine ve taþýnmasýna yardýmcý olur. Bu da bitkilerin karada yaþamlarýný sürdürmeleri açýsýndan önem arz eder. Kýlcallýk Ucu çaya hafifçe dokundurulan küp þekerinin çayý hýzla yukarýya, þekerin içine doðru çekmesi ve çayýn þekeri ýslatmasý, ýslak ellerimizle kaðýt havluya dokunduðumuz anda cildimizdeki su taneciklerinin hýzla havlunun içine çekilmesi ve ellerimizin kurumasý, bir gazyaðý lambasýnda, fitilin üst ucuna hazneden yukarýya sürekli gazyaðý taþýnmasý ve fitil yanarken fitilin ýslak kalmasý, çok ince, temiz bir cam tüpün suyun içine batýrýlmasýyla suyun yavaþ yavaþ yukarýya doðru yükselmesi ve bu olayýn belirli bir düzeye ulaþýncaya kadar devam etmesi vb gibi olaylarýn temelinde adezyon etkisi görülür. Bir sývýnýn çok ince bir tüp içinde ya da çok dar bir oyukta yükselmesine kýlcallýk etkisi denir. Kýlcallýk olayý bir maddenin baþka bir maddeyi kendine çekmesi olayýdýr. Bu olay bir bitkinin iletim sisteminde veya pürüzlü kâðýtla kolayca gözlenebilir. Bir sývý ile baþka bir maddenin moleküler seviyedeki çekiminin, sývýnýn kendi molekülleri arasýndaki çekim kuvvetinden daha kuvvetli olmasý sonucunda meydana gelir. Bu etki sývýnýn dik bir yüzeye dokunduðu kýsýmda sývý yüzeyinin içbükey bir hal almasýna sebep olur. Ayný etki sünger gibi maddelerin suyu emmesinde de görülür. Ayrýca kâðýt peçetelerin içinde ince kýlcal boþluklar bulunur. Peçete ýslak bir yüzey ile temasa geçtiðinde, kýlcallýk özelliðinin etkisi ile yüzeydeki suyu bu kýlcal borularýn içine çekerek yüzeyi kurulamýþ olur. Çünkü peçetenin yapýldýðý madde ile su arasýndaki adezyon kuvveti, su moleküllerinin kendi arasýndaki kohezyon kuvvetinden daha fazladýr. Kýlcallýðý gözlemlemek için en çok kullanýlan deney düzeneði kýlcal borulardýr. Cam bir borunun, dikey vaziyette, su gibi bir sývýnýn içine batýrýlmasý sonucunda konkav bir hal oluþur. Yüzey gerilimi, sývý kolonunu, yer çekimi ile moleküller arasý kuvvetler dengeye gelene kadar yukarý çeker. Sývý kolonunun aðýrlýðý borunun yarýçapýnýn karesiyle, sývý ve boru arasýndaki temas uzaklýðý borunun yarýçapýyla orantýlý olduðundan dar bir boru sývýyý geniþ bir borudan daha yukarý taþýr. Örnek olarak, 0,5 mm yarýçaplý cam bir boru suyu ortalama 2,8 mm yüksekliðe ulaþtýrýr. Su tanecikleri arasýndaki çekim(adezyon), su taneciklerinin kendi aralarýndaki çekimden (kohezyon) daha fazladýr. Bu nedenle tüp suya batýrýldýðý anda, adezyon etkisi ile tüpün iç ve dýþ yüzeyleri, belirli bir yüksekliðe kadar ince bir film tabakasý gibi su ile kaplanýr. Bu sýrada suyun yüzey gerilimi hâlen etkin durumdadýr. Bu nedenle tüpün dýþ yüzeyine yapýþan su tanecikleri ile su yüzeyindeki tanecikler arasýndaki çekim su yüzeyinin tüpe doðru eðrisel bir þekil almasýna sebep olur. Tüpün içinde bir taraftan adezyon etkisi ile cam yüzeye çekilen su tanecikleri bir taraftan da kohezyon etkisi ile su yüzeyindeki taneciklerden kopamazlar. Bunda tüpün iç çapýnýn çok küçük olmasýnýn da önemli bir etkisi vardýr. Böylece tüpün içinde eðrisel þekil alan su yüzeyi yukarýya doðru çekilir. Suyun tüp içindeki yükseliþi, cam ve su tanecikleri arasýndaki adezyon, yükselen suyun aðýrlýðý tarafýndan dengeleninceye kadar devam eder. Ýnce bir tüpün içinde, yukarýya çekilen suyun aðýrlýðý az olacaðý için su daha fazla yükselebildiði hâlde, tüpün iç çapý arttýkça, çekilen suyun aðýrlýðýnýn artmasý nedeniyle su yükselmesi daha az olur. Bu nedenle kýlcallýk etkisi ile delik geniþliði birbirleri ile ters orantýlýdýr. Dolayýsý ile suyun yükselme miktarý tüpün geniþliði ile ters orantýlýdýr. Bazý madde çiftlerinde, mesela cam ve cýva ikilisinde, atomlar arasýndaki kuvvetler, sývý ile katý arasýndaki çekim kuvvetinden güçlüdür. Bu yüzden konveks bir hal oluþur ve kýlcallýk tersine iþler. Fizik / 10. Sýnýf 10

11 Kýlcallýk, su moleküllerinin toprak parçalarýna çekiminde de vardýr. Kýlcallýk olayý suyun nemli bölgelerden kuru bölgelere taþýnmasýnda görev alýr. Topraðýn su akýþýný etkileyen ve su tutma potansiyelindeki farklýlýklar kýlcallýða sebep olur. Kýlcallýk ayný zamanda gözde sürekli olarak salgýlanan gözyaþýnýn, gözyaþý kanallarý adý verilen kanalcýklar yardýmýyla uzaklaþtýrýlmasýný saðlar. Kaðýt havlular, sývýlarý emerken kýlcallýk olayý gözlenir. Yüzeydeki delikler birer kýlcal boru görevini görüp sývýyý çekerler. Spor malzemeleri yapýmýnda kullanýlan bazý kumaþlar, teri deriden çekmek için kýlcallýktan yararlanýrlar. Kýlcallýk, çözücünün dikey olarak hareket ettiði bir karýþýmda, karýþýmýn bileþenlerini tanýmak için kullanýlýr. Çözünmüþ maddeler, çözücüde, kutuplarý ile orantýlý hýzlarla yol alýrlar. Kýlcal hareket, suyun çok dar (kýlcal) bir boru ya da kanalda yer çekimi kuvvetine karþý hareketini ifade eder. Su boru ya da kanalýn yüzeyine yapýþýr ve daha sonra boru ya da kanala yapýþan su, kohezyon kuvveti sayesinde üzerinden daha fazla suyun geçmesini saðlar. Ýþlem, yer çekimi adhezyon kuvvetini yenecek kadar su boru ya da kanaldan yukarý geçinceye dek tekrarlanýr. Doðada, su aðaçlarýn kýlcal damarlarý vasýtasýyla en yüksek dallara kadar yer çekimine karþý hareket edebilir. Kýlcallýk özelliði, bitkilerin yaþamlarýný sürdürmelerini saðladýðý gibi ayný zamanda büyüme sýnýrlarýný da belirleyerek ekolojik dengeye katkýda bulunur. Aðaçlarýn yapýsýndaki kýlcal kanallar, aðacýn kökünen en uçtaki dallarýna kadar tüm gövdeyi sarar. Su tanecikleri bu kýlcal kanallarýn köklerdeki uçlarýndan girerek kýlcallýk etkisi ile yer çekimini yenip tüm yapraklara ulaþýrlar. Kýlcallýk etkisine sebep olan su tanecikleri ile dokular arasýndaki çekim kuvvetleri bu kanallardan yukarýya çekilen suyun aðýrlýðýný yense de belirli bir yükseklikte çekim kuvvetleri ile aðýrlýk kuvveti birbirine eþit hâle gelir. Su, bu yükseklikten daha yukarýlara çýkamaz. Bu da aðacýn boyunun uzayabileceði maksimum yüksekliði belirlemiþ olur. Kýlcallýk aðaçtaki iç su basýncýný, yaprak büyüklüðünü, fotosentez ve diðer faktörleri etkilemektedir. Aðacýn yapraklarý alt kýsýmlarda büyük, üst kýsýmlarda küçüktür. GAZLAR VE PLAZMALAR Belirli bir hacmi ve þekli olmayan ve öteleme hareketi yapabilen (akýþkan olan) maddelere gaz madde denir. Gazlar bulunduklarý kapalý kabýn içini doldururlar. Bu durumda hacimleri kabýn hacmine eþit olur. Gazlarýn çoðu gözle görülemez. Gazlarýn tanecikleri arasýndaki çekim kuvvetleri katýlar ve sývýlarýnkine göre çok zayýftýr. Bu nedenle serbestçe hareket edebilirler. Gazlar kolayca sýkýþtýrýlabilir. Gaz çeþitleri; Hidrojen, helyum, amonyak, azot, oksijen, karbondioksit, klor, metan, propan ve bütan, benzin veya benzol buharý, hava gazý, doðal gaz dýr. Örneðin, doðal gaz; mutfak, banyo, ocak, kalorifer kazanlarý gibi yerlerde ayrýca kombilerde ve doðal gaz sobalarýnda da kullanýlmaktadýr. Bütan gazý, LPG ya da tüpgaz olarak kullanýldýðý gibi, çakmaklarda da yakýt olarak ve sprey ürünlerde itici gaz olarak kullanýlýr. Havagazý daha çok kesme, lehimleme veya yüzey sertleþtirme iþlemlerinde kullanýlan bir gazdýr. Benzin buharý daha çok su altýnda yapýlan kesme iþlerinde kullanýlýr. Propan ve bütan kesme, tavlama ve lehimleme iþlerinde kullanýlýr. Gazlarýn hacimleri 0 C ta ve 76 cm-hg basýnç altýnda(nþa da) ölçüldüðünde, gazlarýn özkütleleri farklý olur. Bu þartlar altýnda özkütle, gazlar için ayýrt edici bir özellik olarak kullanýlýr. Bu þartlar dýþýnda yapýlan ölçümlerde farklý cins iki gazýn özkütleleri eþit çýkabilir. Ayný þekilde bir gazýn kütlesi deðiþtirilmeden Gazlar Hidrojen Helyum Amonyak Azot Hava Oksijen Karbondioksit Klor Yoðunluk (g/cm 3 ) 0, , , , , , , , hacmi deðiþtirilecek olursa özkütlesi deðiþir. Bu durumda gazlarýn özkütleleri verilirken, basýnç ve sýcaklýk deðerlerininde verilmesi gerekir. Yukarýdaki tabloda gazlarýn özkütleleri verilmiþtir. Atmosfer, yerçekiminin etkisiyle, dünyayý çepeçevre saran, güneþten gelen enerjinin hýzlý bir þekilde uzaya geri dönmesini önleyen ve canlýlar için yaþamsal önem taþýyan gaz tabakasýdýr. Atmosfer, yerçekimi etkisiyle iç içe kürelerden meydana gelmiþtir. Bunlarýn yoðunluklarý ve bileþimleri birbirinden farklýdýr. Atmosfer oluþmadan önce Dünya'nýn manto tabakasý ve yer kabuðu tarafýndan karbondioksit, nitrojen ve diðer aðýr gazlar ortama býrakýlmýþtýr. Bu gazlar dünyanýn yerçekimi kuvveti sayesinde tutulmuþ ve zaman içinde Geneþ enerjisininde dengeli bir þekilde etkilemesiyle bugünkü atmosfer meydana gelmiþtir. Yerçekimi, metan, karbondioksit, amonyak, hidrojen, azot ve su buharýnýn bu þekil- Fizik / 10. Sýnýf 11

12 Atmosferdeki iyonosfer tabakasýnda da plazma yapýya rastlanýlýr. Bu yapý yerden km yukarýde atmosferde birikmesine neden olmuþtur. Zaman içinde Dünya, su buharýnýn yoðunlaþýp sývý hâle gelmesini saðlayacak kadar soðumuþ, bu durum beraberinde yaðmurlarý ve kuvvetli kasýrgalarý meydana getirmiþtir. Sürekli yaðan yaðmurlar denizlerin oluþmasýný saðlamýþ. Þiddetli kasýrgalar sýrasýnda oluþan elektrik dünyanýn yüzeyini etkilemiþtir. Baþlangýçta atmosferde serbest hâlde hiç oksijen olmayýp daha sonralarý oluþmuþtur. Atmosfer birbirinden farklý kimyasal özelliklere ve deðiþik sýcaklýk deðerine sahip çeþitli tabakalardan oluþmaktadýr. Atmosferdeki toplam gaz karýþýmýnýn % 99 undan daha fazlasý yer yüzeyinden itibaren ilk 40 km lik tabakada bulunmaktadýr. Yer yüzeyinden itibaren yaklaþýk 15 km ye kadar uzanan, sýcaklýðýn hýzlý ve düzgün bir þekilde azaldýðý tabakaya troposfer denilmektedir. Atmosferdeki su buharýnýn % 99 u bu tabakada bulunmakta, miktarý ise enlemlere göre deðiþiklik göstermektedir. Çeþitli gazlarýn karýþýmýndan meydana gelen atmosferde 30 kilometre yüksekliðe kadar yapýlan ölçülere göre % 78,03 oranýnda azot, % 20,99 oranýnda oksijen bulunmaktadýr. Bu iki gazdan baþka % 0,9 argon, % 0,03 karbondioksit, % 0,01 hidrojen, % 0,002 neon, % 0,0005 helyum, % 0,0001 kripton, % 0,0001 ozon, % 0,00001 ksenon bulunmaktadýr. Yüzde 1'i ise su buharý olup bunlara toz ve duman gibi maddeler de katýlýr. Su buharý, yer ve zamana göre deðiþen biçimde, atmosferin alt katmanlarýna karýþmýþ olarak bulunur ve yaklaþýk km yükseklikten sonra azalmaya baþlar. Yeryüzündeki iklim ve meteoroloji koþullarýnýn oluþmasýnda su buharý önemli bir rol üstlenir. Atmosfer, renksiz, kokusuz, tatsýz, çok hýzlý hareket edebilen, akýþkan, elastik, sýkýþtýrýlabilir, sonsuz genleþmeye sahip, ýsý geçirgenliði zayýf ve titreþimleri belli bir hýzda ileten bir yapýya sahiptir. Isý farklýlýklarýyla çeþitli bölümlere ayrýlan atmosferin aþaðýdan yukarýya doðru bölümleri troposfer, stratosfer, mezosfer, iyonosfer ve en dýþ kabuðu da eksosferdir. Kütlesi, yaklaþýk olarak 5, kg olan atmosferin, atmosferin kütlesinin yaklaþýk % 50 si 6 km lik yüksekliði % 75 i 11 km lik yüksekliði, % 90 ý 18 km lik yüksekliði, % 99 u ise 30 km lik yüksekliði doldurur. Tersine, kütlece % 95 i 25 km lik yüksekliðin altýnda, kütlece yarýsý 5,5 km lik yüksekliðin altýnda, kütlece % 99 u 30 km nin altýndadýr. Fizik / 10. Sýnýf 12 Plazmalar Plazmalar, kýsmen iyonize hâle gelmiþ gaz olup, içerdiði elektronlarýn bir kýsmý bir atom veya moleküle baðlý olmadan serbestçe hareket eder. Plazma, maðnetik alandan etkilenmediði veya elektrik yüklenmediði durumlarda gaz gibi davranýr. Plazmalar elektriksel olarak iletkenlik özelliði taþýrlar ve elektromanyetik alanlara kuvvetli bir tepki verirler. Plazmalar genellikle, plazma türlerinin sýcaklýklarýna baðlý olarak sýcaklýklarý 10 6 K ile 10 8 K e ulaþabilen yüksek sýcaklýk plazmalarý (yýldýzlar, termonükleer reaktörler), buna karþýlýk sýcaklýklarý 10 6 K nin çok aþaðýsýnda olan düþük sýcaklýk plazmalarý diye iki temel gruba ayrýlýrlar. Düþük sýcaklýk plazmalarý da sýcak plazma ve soðuk plazma olarak kendi aralarýnda iki kýsma ayrýlýrlar. Sýcak plazmanýn gaz sýcaklýðý 1000 K nin oldukça üzerinde olup, genelde 10 4 K ile 10 5 K arasýndadýr. Þimþek çakmasýnda, elektrik arklarýnda ve diðer yüksek enerjili ortamlarda oluþur. Soðuk plazmanýn gaz sýcaklýðý 1000 K den düþük olup genelde 300 K ile 400 K civarýndadýr. Düþük sýcaklýk plazmalarýnda moleküller, iyonlar, elektronlar termodinamik olarak dengede deðildirler. Elektron sýcaklýðý 104 K ile 105 K (1-10 ev) ulaþýrken, iyon sýcaklýðý ise oda sýcaklýðýna yakýndýr. Bu nedenle bu plazmalara soðuk plazma denmektedir. Plazma gruplarý, I. Isýl plazma: Elektron ve aðýr parçacýklarýn ayný sýcaklýkta olduðu plazmalardýr. II. Isýl olmayan plazma: Ýyonlarýn ve yüksüz parçacýklarýn daha düþük sýcaklýkta olduðu plazmalardýr. III. Sýcak plazma: Gaz moleküllerinin tamamýna yakýnýnýn iyonize olduðu plazma çeþididir. IV. Soðuk plazma: Gaz moleküllerinin çok azýnýn (%1) iyonize olduðu plazma çeþididir. V. Nötr plazma: Tüm plazma hacmi göz önüne alýndýðýnda eksi ve artý yüklerin eþit yoðunlukta olduðu plazma çeþididir. Plazmalar sýcaklýk ve yoðunluk olarak incelendiklerinde yýldýzlarýn merkezlerinde çok sýcak ve yoðun olarak bulunurken, Dünya atmosferinde gözlemlenen kutup ýþýmasý olaylarýnda olduðu gibi, daha düþük sýcaklýklarda ve yoðunluklarda da yer alabilirler. Maddenin katý, sývý ve gaz halleri ise plazmaya göre oldukça soðuk ve elektriksel olarak yüksüzdürler. Plazmalar elektriksel olarak yüklü parçacýklardan oluþtuklarýndan, elektrik ve manyetik alanlardan etkilenirler. Plazmalarýn bu alanlarla etkileþimlerinin incelenmesi, bize dünya ve güneþ arasýndaki etkileþimleri ve uzayýn baþka bölgelerindeki olaylarý daha iyi anlama fýrsatý vermektedir. Bununla beraber, birçok esrarlý olaylar hâlâ bilinememektedir.

13 da baþlar. Burada elektronlar güneþten gelen kýsa dalga boylarýna sahip (ultraviyoleden x ýþýnlarýna kadar olan bölgedeki dalgaboylarý) ýþýnlarýn etkisiyle atomlardan ayrýlýrlar. Atmosferin yere yakýn bölgelerinde kozmik ýþýnlarýn etkisiyle ayný elektron kopuþlarý meydana gelse de bu bölgede atmosfer daha yoðun olduðundan, kopan elektron hemen birleþir. Atmosfer yukarýlara çýkýldýkça seyrekleþtiði için iyonosferde kopan elektronun tekrar birleþme ihtimali daha düþüktür. Dolayýsýyla, serbest elektronlardan ve iyonlardan oluþan bir bölge meydana gelir. Ýyonosferin üst kýsýmlarý manyetosfere katýlarak uzayýn binlerce kilometre derinliklerine kadar uzanýr. Doðal plazma olayý þimþek çakmasý sýrasýnda da meydana gelmektedir. Nebula olarak bilinen bazý yýldýzlarýn çevresinde bulunan bulut görünümündeki yapýlar da doðal plazma örnekleridir. Evrenin % 99`u plazma hâlinde bulunmasýna karþýn, bizim dünyamýzda plazma oldukça seyrek rastlanan bir durumdur. Buna raðmen bilerek ya da bilmeyerek hayatýmýzda plazmadan faydalanmaktayýz. Buna en basit örnek olarak floresan lambalarý vermek mümkündür. Floresan lamba içinde cýva buharý bulunur. Baþlangýçta bu gaz soðuk olmasýna karþýn yine de içinde elektrik iletimi saðlayacak kadar serbest elektron ve iyon bulunmaktadýr. Bunlarýn varlýðý doðal radyasyona ve kozmik ýþýnýma dayanmaktadýr. Floresan lambaya ulaþan elektrik, lambanýn bir ucunun pozitif(+) diðer ucunun ise negatif(-) yüklenmesini saðlar. Bu durumda plazma içindeki negatif yüklü elektronlar pozitif) yüklenen uca doðru hareket ederken, pozitif yüklü iyonlarda negatif yüklenmiþ uca doðru sürüklenmeye baþlarlar. Sürüklenen bu iyon ve elektronlar gittikçe hýzlanýr ve enerji kazanýr. Kazandýklarý bu enerji sayesinde karþýlarýna çýkan diðer atomlarla çarpýþarak onlardan elektron koparýrlar. Böylelikle ortamdaki iyon ve elektron sayýsý hýzla artar. Bu da plazmanýn varlýðýnýn devamýný saðlar. Ayrýca bu çarpýþmalar sýrasýnda atomlar belli bir frekansta ýþýma yaparlar. Bu ýþýma floresan lambanýn çeperinin kaplandýðý fosfor üzerine düþtüðünde gördüðümüz beyaz ýþýðýn yayýlmasýný saðlar. Sokak ve güvenlik aydýnlatmalarýnda kullanýlan ark lambalarý, neon ýþýklandýrmalarýnýn da yapýsý plazmaya dayanmaktadýr. Ark lambalarýnda reklendirme için plazma içine kimyasal madde katýlýrken, neon lambasýnda düþük basýnçlý neon gazý kullanýlýr. Neon lambasý açýldýðýnda elektrik tüpten geçer. Elektrik gazý, neonu elektrikle yükler ve tüpün içinde gaz iyonize edilerek bir plazma oluþturur. Bu plazma içerideki gazýn türüne baðlý olarak özel bir renkte parýldar. Bu þekilde elde edilen ýþýk tüpleri özellikle dekoratif aydýnlatmalarda ve ýþýklý yazýlarda kullanýlýr. Eski ýsýtma yöntemleriyle yapýlan sterilizasyon fazla zaman almakta ve sýcaklýk sterilize edilecek malzemede bozulmalar meydana getirmektedir. Yeni plazma teknolojisi çok çeþitli yüzeylerdeki bakterileri saniyeler ya da dakikalarla tanýmlanabilen zamanlarda öldürmektedir. Bu plazma sterilizasyon sistemleri bakteriler yaný sýra virüs, mantar ve sporlarý da yok etmektedir. Plazma kullanýlarak yapýlan iyon aþýlamalarý savunma ve sivil araçlarýn yüzeylerinin sertleþtirilmesinde kullanýlmaktadýr. Verimi yüksek, temiz enerji üretimi için yapýlan çalýþmalarda plazmanýn ayrý bir yeri vardýr. Bu amaçla geliþmiþ ülkelerde füzyon yoluyla enerji üretmenin yollarý araþtýrýlmaktadýr. Füzyon hafif atomlarýn yüksek hýzlarda çarpýþmalarý sonucu birleþerek daha aðýr atomlara dönüþmesidir. Füzyon olayýnýn gerçekleþmesi için çok yüksek enerjiler gerekmektedir. Doðada füzyon için uygun koþullar sadece yýldýzlarýn merkezindeki plazmalarda görülmektedir. Füzyon enerjisinin üretimi için gerekli olan yakýt sadece aðýr hidrojen atomu olup deniz suyunda bulunmaktadýr. Bu nedenle sýnýrsýz enerji kaynaðýdýr. Plazma Topu; Bir cam küre içerisine düþük basýnçlý bazý gazlar konularak, merkezinden yüksek alternatif gerilim uygulanýr. Kürenin merkezi ile yalýtkan olan yüzeyi arasýnda potansiyel farký oluþur. Gaz moleküllerinin iyonize olmasýyla elde edilen plazma ortamda merkezden yüzeye doðru renkli ýþýk hüz meleri hâlinde akým oluþur. N O T Plazma lambasý; Nikola Tesla tarafýndan yüksek voltaj olgusunu araþtýrmak amacýyla içi boþaltýlmýþ cam tüplerde yaptýðý yüksek frekans elektrik akým deneyleri sonucunda icat edilmiþtir. Tesla bu icadýný soy gaz deþarj tübü olarak adlandýrmýþtýr. Flüoresan lambanýn içindeki gaz, plazma (soðuk plazma) halindedir. Bir vakumlu tüpün bir ucundaki elektrot ile diðer ucundaki elektrot arasýnda elektron akýmý vardýr. Akýþ halindeki elektronlar gaz molekülleri ile çarpýþýrlar. Bu çarpýþmalar sýrasýnda dýþ seviyedeki elektronlar (moleküllerin veya atomlarýn) daha yüksek enerji seviyelerine doðru atýlým yapar, ve daha düþük enerji seviyelerine geri dönerlerken foton açýða çýkarýrlar. Bu fotonlar, flüoressan (neon) lambalarýnda gördüðümüz ýþýldamadýr. Yýldýzlar oldukça yüksek sýcaklýklardaki büyük gaz toplarýdýr. Yüksek sýcaklýk atomlarý iyonlaþtýrýr ve plazma oluþtururlar. Sýcaklýðýnýn çok farklý olduðuna bir örnek Yýldýzlar plazmalarýdýr. Floresan lambalar, sýcak yýldýzlara oranla soðukturlar. Fizik / 10. Sýnýf 13

14 Aurora borealis (kuzey ýþýklarý) ve aurora australis (güney ýþýklarý): Kutuplarda gözlenen kutup ýþýmalarýnýn (Aurora), radyasyon kuþaklarýnýn ve manyetik fýrtýnalarýn temel enerjisini Güneþ rüzgârý oluþturmaktadýr. Güneþ rüzgârý, manyetosfer içindeki plazmada bulunan elektronlara ve iyonlara enerji vererek hýzlanmalarýný saðlar. Hýzlanan bu parçacýklar, manyetosferin alan çizgilerinin birleþtiði kutup bölgelerinden Dünya`nýn atmosferine girerler. Girdikleri bölgede bulunan gazlarýn atom ve molekülleriyle çarpýþmalarý sonucu çeþitli renklerde ýþýma yapmalarýna neden olurlar. Güneþ rüzgârýnýn çok þiddetli olduðu dönemlerde kutup ýþýmalarýnýn ekvatora kadar uzandýðý görülmektedir. Kutup ýþýklarý, ya da auroralar, genellikle kutup bölgelerinde görülen bir gece ýþýmasý. Auroralar, gökyüzündeki doðal ýþýk görüntüleridir. Genelde gece görülen kutup ýþýklarý, çýplak gözle de izlenebilir. Kuzey Yarýmküre'deki aurora görüntüsüne aurora borealis, Güney Yarýmküre dekine de aurora australis denir. Auroralar, güneþin dünya atmosferi üzerindeki etkilerinin en belirgin þekilde görülebilenidir. Güneþteki fýrtýnalar sonucu meydana gelip kutuplarda geceleri görülen renkli ve hareket eden ýþýklardýr. Kuzey manyetik kutbu çevreleyen aurora borealis ve güney manyetik kutbu çevreleyen aurora australis, solar rüzgarlarla gelen hayli yüksek oranlarda yüklü elektronlarýn dünya atmosferindeki elementlerle etkileþime girmesiyle oluþur. Solar rüzgarlar, güneþten yaklaþýk saatte 1 milyon mil hýzla uzaklaþýrlar. Ve güneþten ayrýldýktan bir süre sonra, yeryüzü çekirdeðinin ürettiði manyetik güç çizgilerini izleyerek manyetosfere girerler. Burasý oldukça yüksek oranlarda yüklü elektrik ve manyetik alanlar bölgesidir. Elektronlar yeryüzünün en üst atmosferine girdiklerinde, yerkabuðu yüzeyinden 20 ila 200 mil yukarýdaki yüksekliklerde oksijen ve nitrojen atomlarýyla karþýlaþýrlar. Aurora nýn rengi, hangi atomla çarpýþtýðýna ve karþý karþýya geldikleri yüksekliðe baðlýdýr. Tüm manyetik ve elektriksel güçler, sürekli kayan kombinasyonlarda birbirleriyle etkileþirler. Bu kaymalar ve akýþlar, voltta ampere kadar ulaþabilen atmosferik akýmlar boyunca aurora nýn (ýþýðýn) ritmik hareketleri þeklinde görülebilir. Renk tonlarý ise aþaðýda verilen yüksekliklerde olur. I. Yeþil - oksijen, 150 mil yüksekliðe kadar II. III. IV. Kýrmýzý oksijen, 150 mil yüksekliðin üstü Mavi nitrojen, 60 mil yüksekliðe kadar Mor/eflatun nitrojen, 60 mil üstündeki yükseklikler (1 mil = 1, km dir) Aurora lar (renkli ýþýklar) genellikle, coðrafi kutuplarda deðil de manyetik kutuplarda merkezlenen ve kabaca kuzey kutup dairesi ve güney kutup dairesine denk gelen yerlerde, ýþýk söbeleri boyunca meydana gelirler. Ancak, bolca güneþ lekelerinin olduðu zamanlarda, bu ýþýklarýn biraz daha güneye kaydýklarý görülür. Özellikleri: yay, bulut ve çizgi þeklinde oluþurlar. Bazýlarý hareket eder, parlaklaþýr ya da aniden yanýp sönerler. Yeþil, auroralarýn en yaygýn rengidir. Ancak çok yükseklerde olan kutup ýþýklarý kýrmýzý ya da pembe olabilirler. Çoðu aurora atmosferin 100 ile 1000 km aralýðýnda oluþur. Bazýlarý atmosfer boyunca binlerce kilometre yatay uzunluða sahip olabilir. Oluþumlarý: Kutup ýþýðý görüntüleri, Güneþ'ten gelen solar rüzgarlardaki yüklü parçacýklarýn atmosferle etkileþmesi sonucu oluþur. Bu parçacýklarýn bazýlarý dünyanýn manyetik alanýna kapýlýr. Bu parçalarýn çoðu dünyanýn manyetik kutuplarýna çekilirler. Bu parçacýklar atmosferdeki moleküllerle çarpýþtýklarýnda enerji açýða çýkar. Bu enerjinin bir kýsmý da "aurora"lar þeklinde salýnýr. Görülme zamanlarý: Kutup ýþýklarý sýklýkla 11 yýllýk güneþ döngüsünün en yoðun zamanýnda görülür. Bu dönemde, güneþ yüzeyindeki koyu lekeler sayýca artar. Güneþteki þiddetli patlamalar güneþ lekeleriyle ilgilidir. Solar patlamalardan çýkan elektronlar ve protonlar, dünya atmosferiyle etkileþir. Bu etkileþim oldukça parlak auroralar yaratýr. Bu ayný zamanda dünyanýn manyetik alanýnda güçlü dalgalanmalar meydana getirir; (manyetik fýrtýna). Bu fýrtýnalar esnasýnda auroralar kutup bölgelerinden ekvatora doðru kayar. Plazma, gaz hâlindeki iyon kümesidir. Plazmalar yýldýzlarýn merkezlerinde çok sýcak ve yoðun olarak bulunurken, Dünya atmosferinde gözlemlenen kutup ýþýmasý olaylarýnda olduðu gibi, daha düþük sýcaklýklarda ve yoðunluklarda da olabilirler. Uzayda görülebilen plazmalar, Güneþ ve diðer yýldýzlar, yýldýzlar arasý uzay, galaksiler, galaksiler arasý uzay, plazma içermektedir. Ayrýca gezegenler arasýnda da plazma bulunmaktadýr. Güneþten uzaya yayýlan parçacýklar Güneþ rüzgârý olarak bilinmektedir ve bu rüzgâr, Güneþin Korona tabakasý içinde gerçekleþmektedir. Güneþin en dýþ tabakasý olan Korona plazmasý çok yüksek sýcaklýða sahip olmasý nedeniyle Güneþin çekim alaný içine hapis olmayarak Güneþ sisteminin bilinen en uzak gezegenlerinin de ötesine kadar yayýlmaktadýr. Fizik / 10. Sýnýf 14

15 Dünya üzerinde görülen bir diðer plazma yapý, atmosferdeki iyonosfer tabakasýdýr. Yerden km yukarýda baþlar. Burada elektronlar güneþten gelen kýsa dalga boylarýna sahip (ultraviyoleden x- ýþýnlarýna kadar olan bölgedeki dalgaboylarý) ýþýnlarýn etkisiyle atomlardan ayrýlýrlar. Atmosferin yere yakýn bölgelerinde kozmik ýþýnlarýn etkisiyle ayný elektron kopuþlarý meydana gelse de bu bölgede atmosfer daha yoðun olduðundan, kopan elektron hemen birleþir. Atmosfer yukarýlara çýkýldýkça seyrekleþtiði için iyonosferde kopan elektronun tekrar birleþme ihtimali daha düþüktür. Dolayýsýyla, serbest elektronlardan ve iyonlardan oluþan bir bölge meydana gelir. Ýyonosferin üst kýsýmlarý manyetosferde katýlarak uzayýn binlerce kilometre derinliklerine kadar uzanýr. Bir baþka doðal plazma olayý da þimþek çakmasý sýrasýnda meydana gelmektedir. Nebula olarak bilinen bazý yýldýzlarýn çevresinde bulunan bulut görünümündeki yapýlar da doðal plazma örnekleridir. Çözümlü Sorular.. Örnek.. 1 Eni ve boyu iki katýna, yüksekliði dörtte birine indirilen bir dikdörtgenler prizmasý için, I. Hacmi deðiþmez. II. Kesit alaný dört katýna çýkar. III. Kesit alaný/hacim dörtte birine iner. yargýlardan hangileri doðrudur? I. Dikdörtgenler prizmasýnýn hacmi V = l w h baðýntýsý ile hesaplanýr. l, iki katýna, w, iki katýna çýkarýlýp h dörtte birine indirilirse prizmanýn hacmi V ý = 2l 2w h/4 = V olur. Yani prizmanýn hacmi deðiþmez. (I. yargý doðru) II. Prizmanýn kesit alaný ΔS = l w baðýntýsý ile hesaplanýr. l ve w iki katýna çýkarýldýðýna göre ΔS dört katýna çýkar. (II. yargý doðru) III. Prizmanýn kesit alanýnýn hacmine oraný 1/h ile hesaplanýr. Soruda verilenlere göre, h dörtte birine indirildiðine göre prizmanýn kesit alanýnýn hacmine oraný dört katýna çýkar. Cevap E Örnek.. 2 Yarýçapý 3 cm olan bir küre için, I. Hacmi 108 cm 3 tür. 1 II. Kesit alaný/hacim oraný 1/cm dir. 4 III. Yüzey alaný/hacim oraný 1 1/cm dir. yargýlardan hangileri doðrudur?(π=3 alýnýz) 4 I. Kürenin hacmi V = π r 3 baðýntýsý ile hasaplanýr. Kürenin yarýçapý 3 cm olduðundan 3 4 V = π V = 4 27 = 108 cm 3 olur. (I. yargý doðrudur.) 3 II. Kürenin kesit alanýnýn hacmine oraný baðýntýsý 4r ile hesaplanýr. r=3 cm olduðuna göre, verilen oran 1 1/cm dir.(ii. yargý doðrudur.) 4 3 III. Kürenin kesit alanýnýn hacmine oraný baðýntýsý r ile hesaplanýr. r=3 cm olduðuna göre, verilen oran 1 1/cm dir. (III. yargý doðrudur.) Cevap E Örnek.. 3 Yarýçapý r kadar olan bir küre G aðýrlýklý bir cisim altýnda iken ancak kýrýlabiliyor. Buna göre, 3r yarýçapýndaki ayný maddeden yapýlmýþ küre kaç G aðýrlýklý cisim altýnda ancak kýrýlabilir? A) 2 B) 4 C) 7 D) 9 E) 13 Kürenin dayanýklýlýðý kesit alaný ile yani ΔS = πr 2 ile doðru orantýlýdýr. Kürenin yarýçapý 3r olduðunda dayanýklýlýðý yarýçapýnýn karesi ile orantýlýdýr. Dolayýsý ile küre 9G aðýrlýklý cisim altýnda ancak kýrýlabilir. Cevap D Fizik / 10. Sýnýf 15

16 Örnek.. 4 I II III Örnek.. 6 K L Kule Köprü Hamak Salatalýk Ýri patates Yukarýda verilenlerin hangilerinde dayanýklýlýk önemlidir? Dayanýklýlýðý kesit alaný ile doðru orantýlýdýr. Yapýlarýn dayanýklýlýðý kullanýlan malzemelerin yapýsýna ve kesit alanlarýna baðlýdýr. Kulenin, köprünün ve hamaðýn kullaným nedeniyle dayanýklý olmalarý önemlidir. Örnek.. 5 X Y Z Cevap E M Küçük patates Yukarýdaki sebzelerden eþit kütlelerde alýnarak ayný soyacak ile soyularak çýkan kabuk miktarlarý kýyaslandýðýnda hangi ikisindeki kabuk miktarlarý kesinlikle farklý olur? A) K ile N B) K ile L C) L ile M D) K ile M E) N ile L Patatesler ve soðanlar küresel yapýya sahipken salatalýklar ise silindirik yapýya sahiptir. Sebzelerden çýkacak kabuk miktarý yüzey alanlarýnýn hacimlerine oranýna baðlýdýr. Küçük boyutlu patateslerin yüzey alanlarýnýn hacimlerine oraný büyük boyutlu patatesler için daha fazladýr. Salatalýk ve soðanlar için ise yüzey alaný ile hacimlerinin oranlarý arasýnda kesin bir iliþki kurulamaz. N Soðan Karýnca Yukarýda verilenler az dayanýklýdan çok dayanýklýya göre sýralanýrsa aþaðýdakilerden hangisi elde edilir? A) X, Y, Z B) Y, X, Z C) Z, Y, X D) Y, Z, X E) X, Z, Y Varlýklarýn dayanýklýlýðý yüzey alanlarýnýn hacimlerine oranýndan bulunur. Yüzey alaný/hacim oraný hangisinde daha büyükse o varlýk diðerlerinden daha dayanýklýdýr. Þekillerde verilen karýnca, fil ve eþekten, karýncanýn yüzey alanýnýn hacmine oraný en büyük, filin ise yüzey alanýnýn hacmine oraný en küçüktür. Çünkü küçük varlýklarýn yüzey alanlarý hacimlerinden çok fazladýr. Bu nedenle dayanýklýlýklarýda o oranda fazladýr. Fil kendi aðýrlýðýna göre kýyaslanýrsa karýncadan çok çok az bir dayanma gücü vardýr. Dolayýsý ile karýnca en dayanýklý, fil ise en az dayanýklýdýr. Karýnca kendi aðýrlýðýndaki bir kaç karýncayý taþýyabilirken fil kendi aðýrlýðýndaki bir fili bile taþýyamaz. Cevap D Fil Fizik / 10. Sýnýf Eþek 16 Sonuç olarak L deki ve M deki patatesler soyulduðunda M deki patateslerden daha fazla miktada kabuk elde edilir. Cevap C Örnek.. 7 I. II. III. Ýki bardak çay Mangal Tavada kýzartma Yukarýda verilenlerin hangilerinde yüzey alaný ile hacim arasýndaki iliþki gösterilebilir? Malzemeler Küp þeker ve toz þeker Ýnce köfte ve küresel kalýn köfte Kalýn dilinmiþ ve ince dilinmiþ patates

17 Günlük yaþamýmýzda ve çevremizde varlýklarýn yüzey alanlarý ve hacimleri arasýndaki iliþkiyi çokca görürüz. Bir çaya atýlan toz þeker, küp þekere göre daha çabuk erir. Kýzgýn yað içine konulan ince patatesler kalýn patateslerden daha çabuk kýzarýr. Mangalda ince köfteler kalýn köftelere göre daha çabuk piþer. Ýþte tüm bunlar hacime göre orantýlý olarak düþündüðümüzde yüzey alanlarý fazla olanlarýn kýsaca yüzey alaný/hacim oranlarý fazla olanlarýn erimesi, piþmesi, kýzarmasý vb daha çabuk olmaktadýr. Dolayýsý ile verilenlerin üçünde de yüzey alaný ile hacim arasýndaki iliþki gösterilebilir. Cevap E Fillerin kulaklarýnýn büyük olmasý daha iyi duymasýný saðlamak deðil, serinlemek içindir. Fil, kulaklarýnda bulunan kan damarlarý sayesinde kanýn ýsý kaybetmesini saðlayarak serinler. Besin alarak beslenen hücrelerin hacimleri yüzey alanlarýndan daha hýzlý büyür. Hücre ise bölünmek suretiyle yüzey alanýný artýrarak canlýlýðýný devam ettirir. Küçük hayvanlara hava ortamýnda etki eden sürtünme kuvveti daha fazladýr. Bu kuvvet hayvanýn aðýrlýðýný büyük hayvanlara göre daha fazla dengeler. Havanýn uyguladýðý kuvvet ise yüzey alaný ile iliþkilidir. Sonuç olarak üçündede oluþan durum yüzey alaný ile hacim arasýndaki iliþkiden dolayýdýr. Cevap E Örnek.. 8 BB Aþaðýda eþit hacime sahip olan varlýklardan hangisindekinin yüzey alaný en küçüktür? A) B) C) Örnek.. 9 Kutu Top Karpuz D) E) Kavun Rugby ball Bilinen geometrik cisimlerin yüzey alanlarýnýn hacimlerine oraný incelendiðinde en küçük oran küresel cisimlerde olduðu görülür. Bu oranýn küçük olmasý demek birim hacme düþen yüzey alanýn en küçük olmasý demektir. Dolayýsý ile verilen varlýklardan küresel olanýn yüzey alaný diðerlerinden daha küçüktür. Cevap B Örnek.. 9 I. Fillerin kulaklarýnýn büyük olmasý II. Hücrelerin bölünerek yaþamlarýný sürdürmesi III. Küçük hayvanlarýn hasarsýz yere düþmesi Yukarýda verilenlerden hangileri yüzey alaný ile hacim arasýndaki iliþkiden dolayýdýr? Sývýlardaki yapýþma (adezyon) ve birbirini tutma (kohezyon)olaylarý ile ilgili olarak; I. Bir maddenin tanecikleri arasýndaki çekime kohezyon denir. II. Farklý cins tanecikler arasýndaki çekime adezyon denir. III. Bir tanecik ayný anda hem adezyon hem de kohezyon etkisinde kalabilir. yargýlarýndan hangileri doðrudur? D) I ve II E) I, II ve III I. Kohezyon ayný cins tanecikler arasýndaki çekimdir. Bir maddeyi oluþturan tanecikler de ayný cins olduðu için aralarýndaki çekim kohezyon olarak adlanrýlýr. Buna göre I doðrudur. II. Adezyon farklý cins tanecikler arasýndaki çekimdir. Buna göre II de doðrudur. III. Bir tanecik hem adezyon hem de kohezyon etkisinde ayný anda kalabilir. Örneðin bir cam bardak içindeki su taneciklerinden cama temas edenler hem cam taneciklerinin çekim etkisinde (adezyon), hem de etraflarýndaki su taneciklerinin çekim etkisinde (kohezyon) ayný anda kalýrlar. Buna göre III teki yargýda doðrudur. Cevap E Fizik / 10. Sýnýf 17

18 Örnek.. 10 Yüzey gerilimi ile ilgili olarak; I. Her sývýnýn bir yüzey gerilimi vardýr. II. Sýcaklýðý baðlýdýr. III. Kohezyon etkisinin bir sonucudur. yargýlarýndan hangileri doðrudur? Örnek.. 12 I Gazlý fitilin yanmaya devam etmesi III II Mürekkebin kaðýdý renklendirmesi IV Yüzey gerilimi yalnýz sývýlar için geçerli olan bir özelliktir. Her sývýnýn az ya da çok bir yüzey gerilimi vardýr. Buna göre I doðrudur. Yüzey gerilimi sývýlarýn yalnýzca açýk yüzeylerinde gerçekleþir. Sýcaklýða baðlýdýr. Sýcaklýk arttýkça yüzey gerilmesi azalýr. Buna göre II de doðrudur. Sývýlarýn açýk yüzeylerindeki tanecikler arasýndaki kohezyondan kaynaklanýr. Buna göre III doðrudur. Cevap E Örnek.. 11 I. Her sývýnýn yüzey gerilimi eþit olur. II. Sýcaklýkla yüzey gerilimi doðru orantýlýdýr. III. Yüzey gerilimi adezyon etkisinin bir sonucudur. IV. Bir sývýnýn içine farklý bir sývý karýþtýrýldýðýnda yüzey gerilimi her zaman artar. V. Yüzey gerilimi en fazla olan cývadýr. Yukarýda verilenlerden kaç tanesi doðrudur? A) Bir B) Ýki C) Üç D) Dört E) Beþ Yüzey gerilimi sývýlarýn cinsine baðlý olduðundan her sývýnýn yüzey gerilimi eþit olmaz. Buna göre I yanlýþtýr. Bir sývýnýn sýcaklýðý arttýðýnda yüzey gerilimi azalýr. Yani yüzey gerilimi sýcaklýkla ters orantýlýdýr. Çünkü sýcaklýðý artarken sývýnýn aldýðý ýsý, sývýyý oluþturan taneciklerin kinetik enerjilerini artýrarak daha hýzlý hareket etmelerini saðlar. Bu da bu tanecikler arasýndaki çekim kuvvetlerinin zayýflamasýna neden olur. Buna göre II yanlýþtýr. Yüzey gerilimi kohezyon kuvvetinin bir sonucudur. Sývý karýþýmlarýnda bazen yüzey gerilimi artarken bazen de yüzey gerilimi azalýr. Örneðin sývý deterjan karýþtýrýlan suyun yüzey gerilimi azalýrken su karýþtýrýlan sirke asidinin yüzey gerilimi artar. Bu nedenle sývý karýþýmlarýnda yüzey geriliminin her zaman artacaðýný söylemek doðru olmaz. Buna göre III ve IV yanlýþtýr. Yüzey gerilimi en fazla olan sývý cývadýr. Cevap A Fizik / 10. Sýnýf 18 Yaðmur damlasýnýn yaprakta küreselleþmesi Yukarýdaki eylemlerden hangileri kýlcallýk etkisinin bir sonucudur? A) Yalnýz I B) Yalnýz II C) II ve III Kesitleri farklý borularda sývý düzeylerinin farklý olmasý D) I, II ve IV E) II, III ve IV Gazlý fitilin ucu yanmaya devam ederken fitilde kýlcallýk olayý sonucu uç kýsma sürekli olarak gaz çekilir. Mürekkepli suya daldýrýlmýþ rulo kaðýdýndaki kýlcallýk nedeniyle mürekkepli su yukarýlara kadar çekilir. Yaðmur damlasýnýn yaprakta küresel bir þekil almasý farklý cins tanecikler arasýndaki adezyon kuvveti ile yaðmur damlasýndaki kohezyon kuvveti iledir. Bu olayýn kýlcallýk ile ilgisi yoktur. Kesitleri farklý kýlcal borularda adezyon kuvvetinin etkisi ile kýlcallýk meydana gelir ve kesit alaný en küçük boruda sývý en fazla yükselir. Sonuç olarak I, II ve IV teki eylemlerde kýlcallýk vardýr. III teki eylemde adezyon ve kohezyon kuvveti vardýr. Kýlcallýk yoktur. Cevap D Örnek.. 13 I. Su yüzgeci gibi küçük böceklerin suda yüzmesi II. Suya katýlan sabun ve deterjanýn, suyun kirli alanlara iyice nüfuz etmesini saðlamasý III. Küçük gözenekli eleðe su döküldüðünde suyun eleðin gözenekleri kapatarak su geçiþini engellemesi. IV. Ataþ ya da toplu iðnenin suda yüzebilmesi V. Hijyenik bir temizlik için dezenfeksiyon malzemeleri kullanýlmasý Yukarýda verilenlerden kaç tanesi yüzey gerilimi ile ilgilidir? A) Bir B) Ýki C) Üç D) Dört E) Beþ

19 Yüzey gerilimi sývý moleküleri arasýndaki kohezyon kuvveti nedeni ile sývý yüzeyinin bir zar gibi gerilmesi olayýdýr. Yüzey gerilimi sayesinde suda bazý küçük böcekler yüzebilir. Ataþ ya da toplu iðne suda yüzdürülebilir. Sabun ve deterjan katýlan suyun yüzey gerilimi azaltýlýr ve suyun daha çok ýslatmasý ve kirli alanlara nüfuz etmesi saðlanýr. Dezenfeksiyon malzemeleride sabun ve deterejan gibi suyun yüzey gerilimini azaltýcý çözücülerdir. Ýnce eleðin gözenekleri suyun yüzey gerilimi ve adezyon kuvveti nedeni ile kapatýlýr ve su geçiþi engellenir. Sonuç olarak verilenlerin beþide yüzey gerilimi ile ilgilidir. Cevap E Örnek.. 14 Örnek.. 15 Atmosferin oluþumunda, I. Yerçekimi II. Güneþ enerjisi III. Dünyanýn hareketi verilenlerden hangileri etkili olmuþtur? Atmosferin oluþumunda havayý oluþturan moleküllere etkiyen yerçekimi kuvveti ile güneþ enerjisi etkili olmuþtur. Ayrýca Dünyanýn hem kendi ekseni etrafýnda hemde Güneþ etrafýnda dönmesiyle oluþan kuvvetlerde etkilidir. Yer çekimi havayý oluþturan moleküllerin uzaya daðýlýp gitmelerini önlerken dünyanýn dönme hareketinden kaynaklanan kuvvetinde bu olayda etkisi vardýr. Sonuç olarak atmosferin oluþmasýnda verilenlerin üçüde etkili olmuþtur. Cevap E I. Kaðýt havlu II. Spor malzemelerinde kullanýlan bazý kumaþlar III. Göz yaþý kanallarý IV. Aðaçtaki dokular V. Þýrýnga aleti Yukarýda verilenlerden kaç tanesinde kýlcallýk olayý gerçekleþebilir? A) Bir B) Ýki C) Üç D) Dört E) Beþ Kýlcallýk, bir sývýnýn çok ince bir tüp içerisinde ya da çok ince kanallarda yükselmesidir. Bu olayýn gerçekleþmesi için sývý ile ince tüp ya da kanalýn yapýldýðý madde arasýndaki adezyon kuvvetidir. Adezyon kuvveti sayesinde sývý yerçekimini belirli yükseðe kadar yenerek yükselir. Kaðýt havlularýn suyu yukarýlarýna kadar çekmesinde, sporcularýn terini vucudundan alarak rahatlamasýný saðlayýcý kumaþlarda, gözde salgýlanan gözyaþýnýn gözyaþý kanallarý ile çekilmesinde, aðaçlarýn topraktan su ve mineralleri yapraklarýna kadar çekmesini saðlayan dokularda bir kýlcallýk olayý vardýr. Þýrýnga ile þiþeden ilaç çekilmesinin kýlcallýk ile ilgisi yoktur. Vakumlama yapýlarak sývýnýn þýrýngaya çekilmesi vardýr. Sonuç olarak verilenlerin dördü kýlcallýk ile ilgilidir. Cevap D Örnek.. 16 Sýcak plazma, I. Yýldýzlar II. Termonükleer reaktörler III. Þimþek IV. Elektrik arklarý verilenlerden hangilerinde vardýr? A) Yalnýz I B) Yalnýz IV C) Yalnýz III D) II ve IV E) I, II, III ve IV Plazmalar, türlerinin sýcaklýklarýna baðlý olarak sýcaklýklarý 10 6 K ile 10 8 K e ulaþabilen yüksek sýcaklýk plazmalarý, buna karþýlýk sýcaklýklarý 10 6 K nin çok aþaðýsýnda olan düþük sýcaklýk plazmalarý diye iki temel gruba ayrýlýrlar. Yüksek sýcaklýktaki plazmalar yýldýzlarda, nükleer reaktörlerdeki reaksiyonlarda, þimþekte ve elektrik arklarýnda oluþur. Sonuç olarak sýcak plazma verilenlerin dördünde de vardýr. Cevap E Fizik / 10. Sýnýf 19

20 Örnek.. 17 I. Kutup ýþýmasý II. Floresan lamba III. Noen lambasý Yukarýda verilenlerden hangileri soðuk plazmaya örnektir? Soðuk plazmanýn gaz sýcaklýðý 1000 K den düþük olup genelde 300 K ile 400 K civarýndadýr. Düþük sýcaklýk plazmalarýnda moleküller, iyonlar, elektronlar termodinamik olarak dengede deðildirler. Elektron sýcaklýðý 104 K ile 105 K e ulaþýrken, iyon sýcaklýðý ise oda sýcaklýðýna yakýndýr. Dünya atmosferinde gözlenen kutup ýþýmalarý, kuzey ýþýklarý ve güney ýþýklarý birer soðuk plazmadýr. Plazma topu, floresan, ark ya da neon lambalarýnda da soðuk plazma oluþmaktadýr. Sonuç olarak verilenlerin üçüde soðuk plazmaya birer örnektir. Cevap E Örnek.. 18 Atmosfer ile ilgili olarak, I. Atmosferin yapýsý sürekli deðiþmektedir. II. Yer çekiminin etkisi ile Dünya yý çevreler. III. Güneþ enerjisi atmosferin oluþumuna etki eder. yargýlarýndan hangileri doðrudur? I D) II ve III E) I, II ve III Atmosferin yapýsý Dünya nýn oluþumundan sonra birçok deðiþim geçirmiþtir. Halende deðiþim geçirmeye devam etmektedir. Gaz molekülleri, kendilerini sýnýrlayan ve hareketlerini engelleyen bir ortam ya da engel olmadýðý takdirde sürekli yayýlarak daðýlýrlar. Atmosferi oluþturan gazlarý da sýnýrlayan bir dýþ ortam yoktur. Bu gazlarýn Dünya yý terk ederek uzaya daðýlmasýný önleyen tek etki Dünya nýn yer çekimidir. Yer çekiminin etkisi ile atmosferi oluþturan maddeler uzaya daðýlmayarak Dünya yý sararlar. Gaz molekülleri kinetik enerjiye sahip olduklarý için sürekli hareket hâlindedir. Bu þekildeki hareketleri sayesinde yer çekimini dengeleyerek yeryüzüne yapýþmazlar. Gazlara bu enerjiyi kazandýran da Güneþ ýþýnlarý ile Güneþ ten gelen enerjidir. Buna göre I, II ve III doðrudur. Cevap E Fizik / 10. Sýnýf 20 Örnek.. 19 Neon lambasý Yukarýda verilenlerin kaç tanesinde soðuk plazma oluþur? A) Bir B) Ýki C) Üç D) Dört E) Beþ Auora borealis Floresan lamba Soðuk plazmanýn gaz sýcaklýðý 1000 K den düþük olup genelde 300 K ile 400 K civarýndadýr. Neon lambasý, floresan lamba ve plazma küresinde soðuk plazmalar elde edilir. Kutup ýþýklarýndan olan auora borealis de soðuk plazmadýr. Yýldýz rüzgarlarý: Güneþ te olduðu gibi uzaydaki diðer yýldýzlarýnda dýþ yüzeylerinden uzaya doðru, yüklü parçacýk hareketi olur. Plazma hâlindeki bu güçlü akýma yýldýz rüzgârlarý denir. Bu plzamalar ise sýcak plazma örneðidir. Cevap D Örnek.. 20 X Plazma küresi Yýldýz rüzgarlarý Þekilde verilen etkinlikte Güneþ ten baþlanarak ok yönünde X kutusuna ulaþýlýyor. Ok yönünde gidilirken, sýcak plazma oluþruranlar üzerinden geçildiðinde 5 puan kazanýlýyor, soðuk plazma oluþturanlar üzerinded geçildiðinde 3 puan kaybediliyor. +5 bonus puaný ile yarýþa baþlanýrsa X kutusuna ulaþýldýðýnda kaç puan olur? A) 8 B) 9 C) 10 D) 11 E) 12 Güneþ Þimþek Neon lambasý Kutup ýþýklarý Elektrik arklarý Yýldýzlar Güneþ, yýldýz ve þimþekte sýcak diðerlerinde soðuk plazma oluþur. +5 bonus puaný ile birlikte toplam 8 puana ulaþýlýr. Cevap A