10. SINIF KONU ANLATIMLI. 1. ÜNİTE: MADDE ve ÖZELLİKLERİ 2. Konu KALDIRMA KUVVETİ ETKİNLİK ve TEST ÇÖZÜMLERİ

Transkript

1 10. SINIF KONU ANLAIMLI 1. ÜNİE: MADDE ve ÖZELLİKLERİ 2. Konu KALDIRMA KUVVEİ EKİNLİK ve ES ÇÖZÜMLERİ

2 2 Ünite 1 Madde ve Özellikleri 1. Ünite 2. Konu (Kaldırma Kuvveti) A nın Çözümleri 4. K 1. Suya batan bir cismin alt yüzeyindeki basınç kuvveti, üst yüzeyindeki basınç kuvvetinden büyüktür. Bu nedenle yukarı yönlü bir kaldırma kuvveti oluşur. Kısaca cismin tabanıyla tavanı arasındaki basınç farkı yukarı yönlü net bir kuvvetin oluşmasına neden olur. d sıvı a. Kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşit ise cisim, şekildeki K cismi gibi yüzüyor ya da L cismi gibi askıda kalmış olabilir. Bu durumda, d cisim < d sıvı ya da d cisim = d sıvı olabilir. L 2. Sıvı içine batırılan bir cismin yan yüzeylerine aynı derinliklerde eşit basınç kuvvetleri etki eder. anlardan cisme etki eden bu basınç kuvvetleri birbirini etkisizleştirerek dengeyi sağlar. d sıvı cisim 2F F F s v F 2F F ukarıdaki şekilde aynı derinliklerdeki karşılıklı oklar, sıvı içerisindeki cisme uygulanan basınç kuvvetlerini göstermektedir. b. Kaldırma kuvveti cismin ağırlığından küçük ise cisim sıvı içerisinde batmış demektir. Bu durumda, d cisim > d sıvı olur. c. Eğer kaldırma kuvveti cismin ağırlığından büyük ise cisim batan hacmini azaltıp sıvıda yüzerek dengeye gelir. Bu durumda, d cisim < d sıvı olur.. Kaldırma kuvveti, cismin batan kısmının hacmi, sıvı özkütlesi ve yerçekimi ivmesi ile doğru orantılıdır. Fk = Vb dsıvı g 5. Denizaltılar, metalden yapılmış içinde boşluk bulunan araçlar olduğundan, su içerisinde batmış olan hacmi ya da iç kısmındaki boşluğun hacmi değiştirilerek özkütlesi kontrol edilir. hava tankı valfler su sarnıçları V b iç hacim su girmesi için boşluk d sıvı Şekildeki gibi denizaltının su sarnıçlarında hava olduğu zaman denizaltının özkütlesi suyunkinden

3 KALDIRMA KUVVEİ daha azdır ve denizaltı bu sayede yüzeye doğru çıkar. Denizaltı, istendiğinde içine su alarak özkütlesini artırır. Böylece su alışverişini dengeleyerek ortalama özkütlesini kontrol eder. P, R sıvıları çalkalayınca karışabilen eşit hacimli sıvılar olup cisimler Şekil I deki gibi dengededir. Sıvılar karıştırılırsa cisimlerin yeni denge durumu Şekil II deki gibi olur. 6. Sistem serbest bırakıldığında kaldırma kuvvetinin etkisi ile balon yukarı doğru hareket etmeye başlar. Balon yukarı çıktıkça sıvı basıncı azalacağından balonun içindeki basınç da azalır. Böylece balon şişer. Balon şişince sıvı yüksekliği artacağından K noktasındaki basınç artar. 7. Adam ipi çekince balon küçülerek aşağı doğru iner. Balon küçüldüğü için kaptaki sıvı yüksekliği azalır. Buna bağlı olarak da K noktasındaki sıvı basıncı azalır. 6. K Şekil I L K L Şekil II Kütleleri eşit cisimlerden K cisminin hacmi V, L ninki V dir. L sıvı içinden alınıp K nın üzerine konuluyor. eni denge durumu Şekil II deki gibi olur. 7. azalır. 1. 2P 2. a. bozulmaz. b. sol B nin Cevapları 8. a. artar. b. değişmez. 9. artar, değişmez. 10. m 1 g sin0 + = m 2 g F 10 2 k = Fk = 5 N bulunur. 11. a. artar. b. azalır. c. artar.. a. değişmez. b. artar 1. () C nin Cevapları 4. azalır, azalır. 2. a. () 5. Z b. (D) P sıvısı R sıvısı Z h h karışım. (D) 4. () Şekil I Şekil II

4 4 Ünite 1 Madde ve Özellikleri est 1 in Çözümleri 1.,, Z cisimlerinin kütleleri dolayısıyla ağırlıkları eşittir. F F d d 1 d 2 : cisimlerin ağırlıkları F : cisimlere etki eden sıvı kaldırma kuvveti N : kabın tabanının cisme uyguladığı tepki kuvveti olsun. cisminin dengesi için; F = cisminin dengesi için; F = Z cisminin dengesi için; F Z + N = F Z = N yazılabilir. Buna göre cisimlere etkiyen sıvı kaldırma kuvvetleri arasında, F = F > F Z bağıntısı vardır. F Z N Z Cevap D dir. 2. Katı cisimlerin biçimlerine dikkat edilirse L cisminin sıvı içinde kalan hacmi en büyük, K cisminin sıvı içinde kalan hacmi en küçüktür. Cisimler sıvı içinde özkütlesinin büyüklüğü ile doğru orantılı olacak şekilde batar. Bu nedenle d L > d M > d K olup I. önerme doğrudur. Sıvı kaldırma kuvvetleri; = V batan. d sıvı. g bağıntısı ile verilir. Sıvının özkütlesi her üç cisim için de aynıdır. Ancak batan kısımların hacimleri farklıdır. L cismi en çok, K cismi de en az battığına göre, kaldırma kuvvetleri arasındaki ilişki F L > F M > F K olmalıdır. Bu nedenle II. önerme yanlıştır. Cisimler sıvının içinde yüzdüğüne göre, sıvının özkütlesi cisimlerin özkütlesinden büyük olup III. önerme doğrudur.,. aşırma kabından taşan sıvıların hacimleri eşit olduğuna göre, K ve L cisimlerinin batan kısımlarının hacimleri eşittir. Aynı sıvıda olduklarına göre bunlara uygulanan kaldırma kuvvetleri de eşit olur. üzerek dengede olan ve askıda kalan cisimlerin ağırlıkları ile bu cisimlere uygulanan kaldırma kuvvetleri eşit olduğundan, cisimlerin ağırlıkları da eşittir. O hâlde I ve II. yargı doğrudur. L cismi ile sıvının özkütlesi eşit olup K nın özkütlesi bunlardan küçüktür. Bu nedenle III. yargı yanlıştır. 4. ve cisimleri sıvılar içinde dengededir. cismi için denge koşulu; = V b. d sıvı = V c. d c V. d 1 = 4V. d c d c = d (1) cismi için denge koşulu; = V b. d sıvı = V c. d c 4V. d 2 = 6V. d c 2 d c = d 2... (2) bulunur. (1) ve (2) bağıntılarının sağ tarafları eşitlenerek; 2 d1 8 d d bulunur. 4 1 = 2 & = d İlk durumda, K sıvısı ile A cisminin özkütleleri eşittir. Bu kaba M sıvısı ilave edilince karışımın özkütlesi küçüldüğü için A cismi batıyor. O hâlde M sıvısının özkütlesi, hem K sıvısınınkinden hem de A cismininkinden küçüktür. Bu durumda I. önerme yanlıştır. İlk durumda B cismi L sıvısının içinde kabın dibine değecek şekilde batmıştır. ani B nin özkütlesi L ninkinden büyüktür. M sıvısı ilave edildiğinde B cismi askıda kaldığına göre, M nin özkütlesi hem L ninkinden hem de B ninkinden büyüktür. O hâlde II. ve III. önermeler doğrudur.

5 KALDIRMA KUVVEİ 5 6. Soruda verilen grafikteki doğruların eğiminden; 40 dk = = 4 g/ cm dl = = 2 g/ cm 10 bulunur. Bu sıvılarla yapılacak herhangi bir karışımın özkütlesi, (2 < d karışım < 4) aralığında yer alır. ani karışımın özkütlesi 2 den küçük 4 ten büyük olamaz. Bu karışıma, özkütlesi g/cm olan bir cisim atılırsa, A seçeneği kesinlikle olmaz. A seçeneğinde cismin yarısı batmıştır. Bunun gerçekleşmesi için, karışımın özkütlesi 6 g/cm olmalıdır. Cevap A dır. 9. V/2 V/2 1 = 0 Şekil I 4V 4V = 0 V 2 8V Şekil II 8 16 Kürelerin hacim formülü; V = 4 rr tür. Buna göre, kürelerin hacimleri; V = V ise V = 8V dir. 7. 2d özkütleli K sıvısı içinde yarısı batarak dengeye gelen cisminin özkütlesi d dir. Veya denge koşulunu yazarak cisminin özkütlesi; aldırma = cisim V batan. d sıvı = V cisim. d cisim V. 2d = 2V. d cisim d cisim = d bulunur. Aynı cismi L sıvısı içinde askıda kaldığına göre, L sıvısının özkütlesi de d kadardır. K ve L sıvıları aynı kaba boşaltılırsa özkütlesi büyük olan K sıvısı alta iner. K ve L sıvılarından eşit hacimli bir karışım yapıldığını varsayarsak, karışımın özkütlesi d olurdu. Karışıma atılan küresel 2 1 = 2 = 0 olduğu verilmiş. Böyle olabilmesi için Şekil I in üzerinde yazıldığı gibi cisminin ağırlığı ise, cisminin ağırlığı 8; cismine uygulanan kaldırma kuvveti ise, ye uygulanan 8 dir. Şekil I de ve cisimlerine uygulanan kaldırma kuvvetleri ve 8 alınırsa, Şekil II de sırasıyla 2 ve 16 olur. İkinci durumda iplerdeki gerilme kuvvetleri 1 ve 2 olsun. Buradan; 1 l = 2 = ' 2 = 16 8 = 8 2 l 8 = = 8 bulunur. 1 l cismin de özkütlesi 2 d olduğundan A seçeneğindeki gibi dengeye gelir. Cevap A dır. 10. O 8. 1 ve 2 ip gerilmeleri sıfırdan farklı olduğuna göre, cisimlere etki eden kaldırma kuvvetleri, bu cisimlerin ağırlığından daha büyüktür. su P Cisimlere etki eden sıvı kaldırma kuvveti=v batan.d sıvı.g olduğundan ve cisimlerinin hacimleri Z cisminin hacminden daha büyüktür. 1 = 2 olduğundan V = V, d = d dir. Z cismine etki eden sıvı kaldırma kuvveti Z nin ağırlığından daha küçüktür. ani Z cisminin hacmi ve ninkinden küçüktür. O hâlde d = d < d Z dir. Cevap B dir. ürdeş çubuğun ağırlığını tam orta noktasından yerin merkezine doğru bir kuvvet olarak gösteririz. Kaldırma kuvvetini de suyun içinde kalan iki parçanın ortasından yukarıda doğru bir kuvvet olarak gösteririz. O noktasına göre moment alırsak; P. 2 = Fk. & 2 Fk = P bulunur. Cevap B dir.

6 6 Ünite 1 Madde ve Özellikleri 11. aşırma kabına özkütlesi 1 g/cm olan cismi atıldığında, in ağırlığı kadar dışarıya su taşar. Böylece taşırma kabı ağırlaşmaz. Ancak büyük kaba bir miktar su ilave edilmiş olunur. Büyük kaptaki su seviyesi yükseleceğinden K noktasındaki sıvı basıncı artar. Mantar kabın dibine esnemez iple bağlıdır. Su seviyesi bir miktar yükseldiğinde, mantara etkiyen kaldırma kuvveti artar. Mantara etkiyen kaldırma kuvveti artınca gerilme kuvveti de artar. O hâlde verilen her üç büyüklük de artar. 12. ve cisimlerinin hacimleri eşit olup aynı sıvı içine atılmışlardır. O hâlde bu cisimlere etkiyen kaldırma kuvvetleri eşit olup I. önerme doğrudur. cismine etkiyen kuvvetler; + = 2 =... (1) cismine etkiyen kuvvetler; = (2) yazılabilir. (1) ve (2) nolu eşitliklerin sol tarafları aynı olup, sağ taraflarını eşitlersek; = + 2 = bulunacağından II. önerme de doğrudur. Cisimlerin hacimleri eşit ancak kütleleri farklı olduğundan özkütleleri farklıdır. Bu nedenle III. önerme yanlıştır. 1. rafikte verilen bilgiler kullanıldığında 60 g K sıvısının hacminin 10 cm olduğu bulunabilir. 20 cm L sıvısının kütlesi; V b.d sıvı.g = V c.d c.g Vb. ds. 4 dc = = = g / cm bulunur. Vc 4 Cevap B dir. 14. Sıvının içinde bulunan bir cisme etkiyen kaldırma kuvveti; = V batan. d sıvı. g bağıntısıyla verilir. ve cisimlerinin batan kısımlarının hacimleri eşit olduğundan bu cisimlere etkiyen sıvı kaldırma kuvvetleri eşittir. : ip gerilme kuvvetleri : cisimlere etkiyen kaldırma kuvvetleri : cisimlerin ağırlıkları olmak üzere cisimlere etkiyen kuvvetler şekilde verildiği gibidir. = + = Buradan, > olduğu görülür. Cisimlerin hacimleri eşit olduğuna göre ağırlığı, dolayısıyla kütlesi büyük olan cisminin özkütlesi ninkinden büyüktür. cismini bağlayan ip koparıldığında bu cismin sıvı içindeki denge konumu için birşey söylenemez. ani cismi sıvıda yüzebilir, askıda kalabilir veya kap tabanına batabilir. cismine uygulanan kaldırma kuvveti ağırlığından büyüktür. Bu nedenle ip koparıldığında cismi sıvı içinde askıda kalamaz. cismi sıvı yüzeyinde yüzerek dengede kalır. m L = d L. V L =. 20 = 60 g olur. Karışımın özkütlesi; mk + ml d karışım = = = 4 g/ cm V K + V L olduğu bulunur. Şekil II de cisim yüzecek biçimde dengededir. Buna göre; = cisim 15. Her iki durumda cisimlerin ağırlıkları kaldırma kuvveti tarafından dengelenir. Kaldırma kuvveti de batan hacim ile doğru orantılıdır. İlk durumda iki bölme batmıştır. cisminin hacmi bir bölmeye karşılık geldiği için kap, bir bölme batacaktır. Cevap A dır.