HİDROLİK. Ölçme, Birim Sistemleri ve Fiziksel Büyüklükler. Birimler ve Boyutlar. Ölçme

Transkript

1 HİDROLİK Ölçme, Birim Sistemleri ve Fiziksel Büyüklükler Ölçme Herhangi bir fiziksel büyüklüğün ölçülmesi demek, o büyüklük cinsinden seçilen bir birimin ölçülecek büyüklük içinde kaç kez bulunduğunun sayılması demektir. Yani ölçme, bir sayma işlemidir. Örneğin çalışma masamızın uzunluğunu ölçmek isteyelim. Bunun için bir uzunluk birimi seçmemiz gerekir. Seçtiğimiz uzunluk birimimiz kendi karışımız olsun. Masayı karışladığımızda yedi karış geliyorsa, masamızın uzunluğu yedi karıştır. Bu örnekte bir uzunluğu kendi oluşturduğumuz bir birim cinsinden ölçmüş olduk. Çeşitli Ölçü Aletleri Herkes çeşitli büyüklükleri ölçmek için kafasına göre birimler seçerse nasıl anlaşacağız? Nasıl ticaret yapılacak? Bilim adamları nasıl anlaşacaklar? Birimler ve Boyutlar "Birim (Unit)" ve "Boyut (Dimension)" kelimeleri farklı kavramlardır. "Birim" kelimesi ise herhangi bir boyutun ölçümü için kullanılan referans büyüklüğü ifade eder. Örneğin, "metre" "uzunluk" boyutunu ölçmekte kullanılan bir referans büyüklüktür. İstersek aynı uzunluk boyutunu ölçmek için bir başka birimi de kullanabiliriz (örneğin, santimetre, kilometre gibi). Boyut: bir niceliğin fiziksel doğasını gösterir. Örnek: cetvelin uzunluğu [L], Birim: bir niceliğin fiziksel büyüklüğünü gösterir. Örnek cetvelin boyu 1.00 metre Birimler mühendisliğin alfabesidir. "Boyut", kalitatif bir kavram olup herhangi bir büyüklüğün "hangi türden" bir büyüklük olduğunu belirtir. Örneğin, "uzunluk" kelimesi iki nokta arasındaki uzaklığı herhangi kantitatif bir değer belirtmeksizin ifade eder ve bir boyuttur. Bunun gibi hacim, ağırlık, hız, sıcaklık vb. kelimeler de birer boyutu belirtirler.

2 Birim Sistemleri Genel olarak kullanılan beş önemli birim sistemi vardır. 1. FPS Birim Sistemi: İngiliz Birim Sistemi olarak da bilinen bu sistem; uzunluğun foot (ft) ile, ağırlığın pound (libre, lb) ile ve zamanın saniye (s) ile ölçüldüğü birim sistemidir. 2. MKS Birim Sistemi: Uzunluğun metre (m), ağırlığın kilogram kuvvet (kg-f) ve zamanın saniye (s) ile ölçüldüğü birim sistemidir. 3. CGS Birim Sistemi: Uzunluğun santimetre (cm), kütlenin gram (g) ve zamanın saniye (s) ile ölçüldüğü birim sistemidir. 4. MKSA Birim Sistemi: Giorgi sistemi de denilen bu sistem, uzunluğun metre (m) ile, kütlenin kilogram (kg) ile zamanın saniye (s) ile ve elektrik akımının amper(a) ile ölçüldüğü birim sistemidir. 5. SI Birim Sistemi: Uzunluğun metre (m), kütlenin kilogram (kg), zamanın saniye(s),maddemiktarının mole (mol), termodinamik sıcaklığın derece kelvin (K), aydınlanma şiddetinin candela (cd) ve elektrik akımının amper (A) ile ölçüldüğü birim sistemidir. Birim Sistemleri Bütün birim sistemlerinde bazı boyutlar "temel boyut" olarak seçilir, ve diğer bütün boyutlar da genellikle bu temel boyutlardan türetilerek, çoğu incelemelerde temel boyutlar cinsinden ifade edilirler. Birim sistemleri arasındaki temel farklılık "temel boyutların seçimi" konusundan kaynaklanmaktadır. MKS'de "uzunluk, zaman ve sıcaklık" SI sistemindeki gibi temel boyutlar olarak alınırken, dördüncü temel boyut olarak "kütle" yerine, SI sisteminde yardımcı bir boyut olarak geçen "kuvvet" alınmaktadır. Birim Sistemlerinin Karşılaştırılması BİRİM SİSTEMİ BÜYÜKLÜKLER Bir enerji santralinin gücü watt (W) ise biz bunu böyle ifade etmek yerine 500 megawatt (MW) olarak ifade ederiz.

3 Bazı fiziksel büyüklüklerin boyutları ve SI sistemindeki birimleri Bazı fiziksel büyüklüklerin boyutları ve SI sistemindeki birimleri MKS Sistemindeki bazı birimlerin SI 'daki karşılıkları SI Sistemi ve Diğer Sistemlerle Geçişler Örnek : MKS sistemindeki temel birimlerden 1 kgk in SI sistemindeki değerini bulunuz. Çözüm: 1 kgk in tarifi 1 kg lık kütleye yerçekimi ivmesiyle etkiyen kuvvet şeklinde olduğuna göre, bu kuvvetin SI sistemindeki değeri Newton kanunu yardımıyla hesaplanabilir. F = m.a = 1 kg 9.81 m/s 2 =9.81kgm/s 2 =9.81N

4 SI Sistemi ve Diğer Sistemlerle Geçişler SI Sistemi ve Diğer Sistemlerle Geçişler Örnek : SI sisteminde 9.81 m/s 2 olarak verilen yerçekimi ivmesinin İngiliz Birim sistemindeki değerini bulunuz. Çözüm: 1 ft = m 1 m = ft g = = ft/s 2 Örnek : Havanın deniz seviyesinde standart şartlarda kg/m 3 bilinen yoğunluğunu MKS sisteminde hesaplayınız. Çözüm: 1kgk=9.81N=9.81kgm/s 2 1 kg = 1/9.81 kgk s 2 /m ρ = / 9.81 = kgk s 2 /m 4 olarak Boyut Uyumu, Boyut Analizi Boyut Uyumu, Boyut Analizi Herhangi bir fiziksel olay için ortaya konan matematiksel modelde, yani bu olayı temsil eden denklem, formül vb. gibi bağıntılarda çeşitli fiziksel büyüklükler çarpma, toplama vb. aritmetiksel işlemler veya türevler, integraller halinde yer alırlar. Sözü edilen bu fiziksel büyüklükler öyle bir uyum içerisinde yer almalıdır ki, söz konusu olan bağıntıda her bir terimin boyutu aynı olsun. İşte bu kavrama "boyutların uyumu"adı verilir. Bir bağıntıdaki terimlerin boyutlarının araştırılması işine ise "boyut analizi" denilir. Örnek olarak Newton'un 2nci kanununu ifade eden formülü ele alalım: F = m a Bu formülde geçen sembollerin ifade ettikleri büyüklükler ve boyutları: F : Kuvvet [MLT -2 ] m : Kütle [M] a : İvme [LT -2 ] şeklindedir. Görüldüğü gibi kütle ile ivmenin çarpımı sonucu elde edilen terimin boyutu kuvvet ile aynı boyutta olup formüldeki terimlerin boyutları uyumlu durumdadır.

5 Boyut Uyumu, Boyut Analizi Boyut analizi yoluyla bir bağıntıda geçen herhangi bir fiziksel büyüklüğün boyutunun ne olduğunu tespit etmek mümkün olur. Örneğin bir uçak kanadının taşıma kuvvetiyle ilgili ifadesi göz önüne alınırsa, bu bağıntıdaki sembollerin belirttikleri büyüklükler ve boyutları: L : Kuvvet [MLT -2 ] ρ :Yoğunluk [ML -3 ] V:Hız [LT -1 ] S:Alan [L 2 ] olup, bunlar yardımıyla yapılacak bir boyut analizi sonucu "taşıma katsayısı" adı verilen "C L " büyüklüğünün "boyutsuz" bir büyüklük olduğunu görebiliriz. AKIŞKANLARIN ÖZELLİKLERİ Maddenin Halleri AKIŞKANLARIN ÖZELLİKLERİ Maddeler ihtiva ettikleri moleküllerin arasındaki bağların rijitliğine bağlı olarak katı, sıvı ve gaz gibi üç değişik halde bulunabilir. Katıların içerisindeki moleküler bağ çok rijit olup katının hacmi ve şekli sabittir. Sıvılarda moleküller arası bağ zayıf olup, hacim sabit olmakla birlikte şekil sabit değildir. Bir sıvı konulduğu kabın şeklini alır. Gazlarda ise moleküler bağ çok zayıftır. Dolayısıyla hacim de, şekil de değişebilir. Bir gaz konulduğu kabı doldurur. Akışkanların en önemli özellikleri akıcı olmalarıdır. Özel bazı haller dışında genel olarak sıvı ve gazları akışkan olarak görmek mümkündür. Akışkan en küçük kayma gerilmesinin etkisi altında dahi direnç gösteremez ve akışkan partikülleri sürekli olarak birbirlerine göre yer değiştirirler (deformasyon). Diğer taraftan katılar karşı direnç gösterirler ve sürekli bir deformasyon söz konusu olmaz. Akışkanlar mekaniği, herhangi bir kuvvetin etkisinde kalan akışkanların davranışlarını inceler.

6 AKIŞKANLARIN ÖZELLİKLERİ Sıvılar sıkışmaya karşı direnç gösterdikleri halde gazlar o kadar göstermezler. Aynı zamanda sıvılar sıcaklık değişmelerinden gazlar kadar etkilenmezler. Kısaca akışkanlar mekaniğibilimi;akışkanların denge ve hareket kanunlarını inceleyen ve modern bilimleri kullanarak, bu kanunların ve prensiplerin pratiğe uygulanmasını sağlayan bilimdir. AKIŞKANLARIN ÖZELLİKLERİ Şekil 1.1'den görüldüğü gibi: kuvvet karşısında katının deformasyonu küçüktür ve açısal deformasyon θ zamanın sürekli fonksiyonu değildir. Akışkanda ise deformasyon büyüktür ve θ zamanın sürekli fonksiyonudur. AKIŞKANLARIN ÖZELLİKLERİ Akışkanlar mekaniği ile ilgili kanunların ve akışkan özelliklerinin anlaşılması, uçak, roket, otomobil, tren, gemi, denizaltı, hidrolik yapılar (barajlar, köprüler, menfezler, limanlar... vs) ve hidrolik makineler (su pompaları, türbinler) gibi sistemlerin tasarımı için önem taşımaktadır. Örneğin Aerodinamik (hareket eden katı kütlenin hava ile etkileşimi) otomobillerin, uçakların, gemilerin ve roketlerin yakıt tasarrufu için önemlidir. Moleküler Yapı Moleküller katılarda birbirlerine çok yakın olduğu halde, akışkanlarda bu yapı daha gevşektir, sıvılarda moleküller gazlara göre daha yakındır. Katı Sıvı Gaz Rijit Sabit Şekilli Sabit Hacimli Rijit Değil Sabit Şekilli Değil Sabit Hacimli Rijit Değil Sabit Şekilli Değil Sabit Hacimli Değil Sıkıştırılamaz Sıkıştırılamaz Sıkıştırılabilir

7 Moleküler Yapı Moleküler Yapı Katılarda moleküller birbirlerine çok yakın olduklarından moleküler çekim kuvveti çok büyüktür. Bu nedenle dış kuvvetlere karşı oldukça fazla direnç gösterirler. Katılarda eğer dış kuvvet yeterince büyükse moleküller pozisyonunu değiştirebilirler fakat moleküller arasında oldukça büyük çekim kuvveti kalır ve dış kuvvet kalktığında bu çekim kuvveti molekülleri eski konumlarına döndürürler. Ancak bu dış kuvvet çok büyük ise bazı moleküllerin dış kuvvet kalktıktan sonra geriye dönmeleri mümkün olmayabilir. Bu durumda katı elastik limit geçildiğinden katı cisimde deformasyon meydana gelir. Akışkanların Moleküler Yapıları Yoğunluk (Density) Sıvıda, moleküler çekim kuvveti sadece sıvı kesin şeklini aldığında molekülleri bir arada tutacak kuvvete sahip olur. Dış kuvvet uygulandığında moleküller dış kuvvet kalkana kadar sürekli yer değiştirirler ve daha sonra eski hallerine dönmezler (Şekil 1.2). Gazlarda, moleküler çekim kuvveti ihmal edilecek mertebededir. Bu nedenden moleküller serbestçe birbirlerinden uzaklaşırlar. Örneğin kapalı bir hacmin içindeki gaz bu hacmi doldurana kadar genleşir. Şekil 1.2 Kuvvet uyguladıktan sonra sıvının A ve B molekülleri pozisyonlarını değiştirirler Bir sıvının yoğunluğu birim hacminin kütlesidir. Akışkanın içindeki bir noktada yoğunluğu; ρ = yoğunluk (kg/m 3 ) m = kütle (kg) V = hacim (m 3 ) yada ρ=m/v Density

8 Yoğunluk Genellikle sıvıların yoğunlukları sıcaklıkla değişmesine rağmen basınçla çok az değişir, buna karşın gazların yoğunlukları hem basınç hem de sıcaklıkla değişmektedir (hacim değişimi). Su +4 C de maksimum yoğunluğa sahiptir>>> 1000 kg/m 3 +4 C nin altıda azalır. Özel moleküler yapıya sahip olmasından dolayı, su donduğunda genleşen tek maddedir. Özgül Ağırlık (Specific Weight) Bir akışkanın özgülağırlığı, birim hacminin ağırlığıdır. burada ΔW; ΔV elemanter hacmin ağırlığıdır. γ =özgülağırlık (N/m 3 ) ρ =yoğunluk (kg/m 3 ) g = yerçekimi kuvveti (9.807 m/s 2 ) ΔW= Δmg γ=mg/v =(kg*m/sn 2 /m 3 )= N/m 3 İzafi Yoğunluk (Specific Gravity) +4 C'de su olmayan bir sıvının yoğunluğunun suyun yoğunluğuna oranıdır. SG= ρ s / ρ H2O ρ s :+4 C'desıvının yoğunluğu ρ H2O :+4 C'desuyunyoğunluğu İzafi Yoğunluğun (d<1) birden küçük olması sıvının sudan hafif, Birden büyük olması (d>1) isesıvının sudan ağır olduğunu gösterir, suyun yoğunluğu ise 1000 (kg/m 3 )yada1(t/m 3 ) dir. Sıkışabilirlik (Hacimsel Elastiktik Modülü) Akışkana basınç uygulandığında hacmi küçülür, basınç kaldırıldığında genleşir. Sıkışabilirlik bir akışkana uygulanan basınç miktarındaki değişim nedeniyle hacminde meydana gelebilecek değişimin ölçüsüdür. Sıkışabilirlik K ile gösterilir. Kısaca, akışkanın basınç altında uğradığı hacimsel deformasyona sıkışabilirlik denir.

9 Sıkışabilirlik (Hacimsel Elastiktik Modülü) P basıncı altında ve V hacmindeki akışkanın basıncı δp kadar arttırıldığında hacmi δv kadar azalıp V-δV oluyorsa, akışkanın elastikliği birim hacimdeki sıkışmayı sağlayan basınç artımı olarak: dv :akışkan hacmindeki değişim miktarı, V :akışkanın orijinalhacmi, δv/v oranı boyutsuz olduğundan elastiklik modülü de basınç boyutundadır. dp :basınç değişimini göstermektedir. Burada negatif işaret pozitif küçülmesinden dolayı gelmektedir. dp altında hacmin Sıkışabilirlik (Hacimsel Elastiktik Modülü) Suyun sıkışabilirlik veya hacimsel elastiklik modülü K=2.2x10 9 N/m 2 'dir. 1x10 6 N/m 2 'lik bir basınçta altında; dp/k=(1x10 6 N/m 2 )/(2.2x10 9 N/m 2 )= % 0,05 suyun hacminde %0.05 likbirdeğişime olur; Bu nedenden dolayı pratikte su sıkışamaz kabul edilir; Dolayısıyla suyun yoğunluğu sabitkabuledilir. Viskozite (Akışkanın Kayma Gerilmelerine Karşı Davranışı) Katıların kayma gerilmelerine karşı dirençlerinin oldukça büyük olmasına rağmen akışkanların gösterdiği direnç oldukça küçüktür, en küçük kayma gerilmesi etkisi altında dahi akışkan sürekli olarak şekil değiştirir. Durgun bir akışkana bir teğetsel kuvvet uygulanırsa bu akışkanın deforme olmasına sebep olur. Deformasyon, akışkanın içinde birbirine komşu akışkan tabakalanmanın, birbirleri üzerinde farklı hızlarda kaymasıdır. Viskozite Doğadaki bütün akışkanlarda, akışkan tabakalarının birbirleri üzerinde hareket etmelerine karşı dirençleri söz konusudur. Bu dirence akışkan viskozitesi denilmektedir. Viskozite, akışkanın kıvamını, yapışkanlığını ifade eder.

10 Viskozite Doğadaki bütün akışkanlarda, akışkan tabakalarının birbirleri üzerinde hareket etmelerine karşı dirençleri söz konusudur. Bu dirence akışkan viskozitesi denilmektedir. Viskozite Viskozite birbirine komşu tabakaların birbirlerine göre hareketlerinde içsel direncin ölçümü olan bir akışkan özelliğidir. Normal şartlar altında bal ve gliserin gibi akışkanlar su ve alkol gibi akışkanlara göre daha büyük bir direnç gösterirler. Akışkanın viskozitesiile yoğunluğu arasında bir ilişki yoktur. Gazlar da akışkan olduklarından sıvılara göre daha az da olsa viskoziteye sahiptirler. Viskozite Viscosity of Liquids What is Viscosity? Özetle Viskozite: Bir sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç veya akışkanın akabilme özelliği viskozite olarak adlandırılır. Şekil 1.4 Kayma gerilmesinin etkisi altında akışkanın deformasyonu Şekil 1.4'de görüldüğü gibi birbirine y kadar mesafede paralel iki levha alalım, bu iki levhanın arası bir akışkanla dolu olsun ve üstteki levha F teğetsel kuvvetin etkisiyle u hızıyla hareket etsin ancak alttaki levha sabit halde kalsın. Hareketsiz levha üzerindekiler hariç bütün akışkan partikülleri üst levhanın hareketi doğrultusunda hareket ederler.

11 Viskozite Levhalar arasındaki akışkanın her bir tabakası akım boyunca hız gradyanına sebep olacak şekilde değişik hızlarda hareket ederler. BCDE elemanter hacminin hareket etmesiyle B'C'D'E' konumuna ulaşacaktır. Bu elemanın açısal deformasyonunu da θ ile verebiliriz. Viskozite Newton ( ) bu olaya etki eden bu farklı değişkenler arasındaki bağıntıyı aşağıdaki gibi belirlemiştir. 1. y mesafesinde A sabit alanına sahip hareketli levhanın u hızı levhaya etki eden F kuvvetiyle doğru orantılıdır; 2. y mesafesinde u sabit hızlı levhaya uygulanan F kuvveti A alanıyla doğru orantılıdır. 3. u hızı ile hareket eden A alanlı levhaya uygulanan F kuvveti, levhalar arasındaki y mesafesiyle ters orantılıdır. Viskozite Bu ilişkiler bir arada düşünülürse; elde edilir, burada F teğetsel kuvvetin A alanına oranı Ƭ kayma gerilmesi olduğuna göre Burada μ bir sabittir. μ Akışkan tabakaları arasındaki içsel akışkan direncinin bir ölçüsüdür, ve "dinamik viskozite katsayısı" olarak adlandırılır. Diğer bir viskozite katsayısı da "kinematik viskozite katsayısı" olarak adlandırılmaktadır. Newton'un viskozite kanununa göre, bir akışkanın molekülleri arasındaki kayma hızı veya deformasyon hızı (du/dy), kayma gerilmesi ile doğru orantılıdır. Ƭ=kayma gerilmesi μ=dinamik viskosite du/dy=kayma hızı (deformasyon hızı) Bu formülden şu özeti çıkarabiliriz: Sabit bir sıcaklıkta bir akışkan, uygulanan kayma gerilmesiyle doğru orantılı bir hızda şekil değiştirir. Hızlı bir kuvvet uygulanırsa akışkan özelliğini değiştirmez. Bu yasaya newton yasasına uygun akışkanlar denir.

12 Viskozitenin Sebepleri Viskozitenin en önemli sebebi "moleküler çekim kuvveti dir. Sıvıların molekülleri birbirlerini çekerler ve bu karşılıklı çekim kuvveti bir tabakanın diğeri üzerinde kaymasını engelleyeceği için viskozite etkisini artıracaktır. Sıcaklığın artmasıyla moleküler çekim zayıflayacağından, sıvının viskozitesisıcaklıkla azalır. Normal şartlarda basıncın moleküler çekim üzerine dolayısıyla viskoziteye bir etkisi yoktur. Viskozite birimleri bağıntısından dinamik viskozite birimi: N.s/m 2 =kg/m.s bağıntısından kinematik viskozite birimi: m 2 /s Viskozite birimleri AKIŞKANLARIN SINIFLANDIRILMASI Farklı birim sistemlerindeki viskozite birimleri: 1 kgf sn/m 2 =98.1 poise, burada kgf kilogram kuvvet, kg kilogram kütledir.

13 Newtonian akışkan (Viskozite sabit) Newtonian akışkan; formuna uyan, kayma gerilmesi ile kayma hızı arasındaki ilişkinin lineer olduğu akışkanlardır. Bu akışkanlarda Viskozite kayma gerilmesi veya kayma hızıyla değişmez, sıcaklık ve basınç ile değişir. Diğer bir değişle, Sabit sıcaklıktaki bir akışkan, uygulanan kayma gerilmesiyle doğru oranda bir hızla şekil değiştirir yani akışkanlık özelliklerini değiştirmez. Su, hava, benzin ve yağlar bu tip akışkanlardır. Non-Newtonian akışkan (Viskozite sabit değil) Non-Newtonian akışkan; Bu tip akışkanlarda kayma gerilmesi ile kayma hızı arasındaki ilişki nonlineerdir. Non-Newtonian akışkanlarda viskozite kayma hızına bağımlıdır. Bir Non-Newtonian akışkan Ƭ nin du/dy ile değişim tarzına bağlı olarak "pseudo-plastik" veya "dilatant (katılaşan)" olarak isimlendirilir. Newtonian ve Non-Newtonian Akışkanlar Dilatant (katılaşan) Akışkanlar Kayma hızı ile viskozitesi artan akışkanlardır. Non-Newtonian Fluids and Viscosity Şeker ve pirinç nişastasını sulu çözeltisi ise dilatant'a örnek verilebilir. How to Make and Play with a Non- Newtonian Fluid Mısır nişastasını suyla karıştırıp kıvamlı bir karışım elde edince kendi haline bırakılınca sıvı olan ama ani darbe karşısında katılaşan bir yapısı vardır.

14 Dilatant (katılaşan) Akışkanlar Bu akışkan tipinde ise kayma hızı arttıkça akışkanın viskozitesi artar. Nişasta solüsyonu buna çok iyi bir örnektir. Eğer evinizde mısır nişastasını su ile karıştırırsanız bırakılınca sıvı olan bu kıvamı karışım herhangi bir hızlı darbede katılaşan bir hal alır. Sporda koruma giysilerinde, motorsiklet koruma kasklarında kullanılırlar. Pseudo-Plastik Akışkanlar Kayma hızı ile viskozitesi azalan akışkanlardır. Yani yer değiştirme hızlandıkça direnci azalır. Boya, şampuan, ketçap vb. Örnek: Duvar boyası fırçadan akmaz durumdayken duvara uygulandığında rahatça sürülebilir. Pseudo-Plastik Akışkanlar İdeal akışkan Bu maddeler kayma hızı ile kayma gerilimleri lineer olmasına karşın, belli bir büyüklüğe kadar kayma gerilime karşı koyabilirler. Kısacası düşük bir gerilimde rijit bir özellik sergiler. Fakat yüksek gerilimde ise akışkan özelliğini gösterirler. Plastik kuvvet kalkınca eski haline dönemez. Örnek olarak diş macunu ve mayonez gelir. Viskozitesi sıfır olduğu kabul edilen akışkanlar "ideal akışkan" olarak isimlendirilirler, kayma deformasyon mukavemeti sıfırdır ve grafik x ekseni ile çakışır. Bu tür akışkan doğada mevcut olmamakla beraber bu kabul matematiksel işlemlerde büyük kolaylık sağlar.

15 İdeal veya Elastik katı-plastik İdeal veya Elastik katı; hiçbir yük şartında deformasyon göstermezler ve grafik y ekseni ile çakışır. Plastik; şekil değiştirmeden bir miktar kayma gerilmesi alır, belli bir limitten sonra kayma gerilmesi deformasyon ile orantılı olarak hızla değişir. YÜZEYSEL GERİLME Bu olayı Şekil 1.9'da içi su dolu bir tank verilmiştir. A noktasındaki bir molekül her doğrultuda eşit moleküler çekim kuvveti etkisindedir. Buna karşın B noktasındaki molekül içeri doğru dengelenmemiş kuvvetlerin etkisi altındadır. Yüzeysel gerilim: iki karışmayan akışkanın ara yüzeyinde veya sıvı ve gaz ara yüzeyinde veya bir sıvı ile katı yüzey arasında gelişen bir yüzey kuvvetidir. (σ,n/m) KOHEZYON VE ADEZYON Moleküller arasında çekim kuvvetleri söz konusudur. Aynı tür moleküller arasındaki çekime "kohezyon", Farklı moleküller arasındaki çekime ise "adezyon" denir. Katılarda kohezyon çok büyüktür ve katının belli şekli korumasını sağlar. İki molekül arasındaki çekim uzaklık arttıkça azalır ve 10 6 cm'den sonra yok sayılabilir. KOHEZYON ADEZYON ÖRNEKLERİ KOHEZYON: Yağmur sularının damlacık şeklini alması Civanın küreşeklini alması ADEZYON: Yağmur damlalarının cama yapışması, denizden çıkan bir insanın vücudunun ıslak kalması, durgun bir su üzerinde hareket eden yaprağın suyu sürüklemesi

16 KAPİLARİTE (KILCALLIK) Sıvıya daldırılan küçük bir borudaki sıvı yükselmesi yada alçalması olayına kapilarite denilmektedir. Bu olaya adezyon, kohezyon ve yüzeysel gerilme etkileri sebep olur. BUHARLAŞMA BASINCI Bir cismin sıvı halden gaz hale geçmesine buharlaşma denir. Katı veya sıvı bir maddenin dış ortamla temas eden yüzeyinde bulunan ve bu maddeyi oluşturan moleküllerin buharlaşması sonucu oluşan gazın basıncına buhar basıncı denir. Su Cam Su Su Cıva Cam Cıva Cıva VİDEO PROBLEM ÇÖZÜMLERİ Sıvılarda Kılcallık ve Yüzey Gerilimi

17 Problem mm çaplı 20 cm uzunluklu bir piston 52 mm çaplı silindir yuva içinde hareket etmektedir. Piston ile silindir arası dinamik viskozitesi 0.09 Ns/m 2 olan yağ ile doludur. Hızın lineer değiştiğini kabul ederek, pistonun 1 m/s hızla hareket edebilmesi için gerekli kuvveti hesaplayınız. Problem m 2 alanlı iki plaka arasına yoğunluğu olan ham yağ konmuştur, bu yağın kalınlığı 0.07 mm'dir (yağın sıcaklığı 10 C). a) Eğer üsteki plakaya 50 N'luk bir kuvvet etkirse bu plakanın hızı ne olur? b) Bu hız için yağın 60 C olması halinde gerekli kuvvet ne olur? Çözüm 2. Problem 3. Bir blok u = 1.8 m/s'lik hızla aşağı doğru kayıyor. Blok ile yağın temas alanı 1000 cm 2 'dir, bu durumda yağın dinamik viskozitesini bulunuz.

18 Problem 4. Aralarında 1.5 cm mesafe bulunan birbirine paralel iki levha arasına dinamik viskozitesi μ = 0.05 kg/ms olan yağ konmuştur. Üsteki levhadan 0.50 cm alttaki levhadan 1.00 cm mesafede olmak üzere yerleştirilen 30x60 cm boyutlarında çok ince bir levha 0.40 m/s hızla çekilebilmesi için gerekli kuvveti bulunuz. Problem 5. Viskoziteleri birbirlerinden farklı iki yağın arasına yerleştirilen 5 m 2 'lik yüzey alanına sahip bir levha 150 N'luk bir kuvvet uygulanarak çekiliyor. Bu levhanın hızını bulunuz, (μ= 0.10Ns/m 2 )