Gazlarda Kaldırma Kuvveti?

Çocuklara alınan uçan balonların neden çocukların bileklerine ya da ellerine bağlandığını düşündünüz mü?

Ulaşım amaçlı kullanılan balonlar,belli ağırlıklarına olmalarına rağmen sizce nasıl uçabilmektedir?

Yerküre bu cisimlere bir çekim kuvveti uygulamıyor mu?

Sıvı maddeler için incelenilen kaldırma kuvveti gaz halinde olan maddeler için de geçerli midir?

Sıvı maddelerin içinde bulunan cisimlere yer çekim kuvvetine zıt yönde bir kaldırma kuvveti uyguladığı gibi gaz halindeki maddeler de içindeki cisimlere kaldırma kuvveti uygular mı?

Şekildeki gibi içi hava dolu olan bir kabın içerisinde hacmi “V” olan bir cisim yerleştirilerek cismin bağlı olduğu dinamometre yardımı ile ağırlığını ölçelim. Cismin ağırlığını ölçtükten sonra kabın içindeki havayı vakumlayarak havasız ortamda bulunan cismin ağırlığını tekrar ölçelim. Acaba her iki durumda da cismin ağırlığı aynı mıdır?

Yapılan deneylerden cismin ağırlığının havalı ve havasız ortamlarda farklı olduğu görülmüştür. Havalı ortamda bulunan cismin ağırlığı havasız ortamda ölçüm sonucu bulunan değerden küçüktür. Bulunan değerler kap içindeki cismin hacmine bağlı olarak farklılık göstermektedir. Bu deneyden de anlaşılacağı üzere kap içinde hava varken cismin hacmine bağlı olarak değişen ve yer çekimi kuvveti ile zıt yönlü bir kuvvet cisme etki etmektedir. Cismin ağırlığına zıt yönde etki eden bu kuvvet havalı ortamda cisme hava tarafından etki eden kaldırma kuvvetinin değeri de değişmektedir.

Farklı gazlarla aynı düzeneği kullanarak deneyi tekrar edildiğinde, balonun ölçülen ağırlık değerleri kap hava ile dolu iken ölçülen değerden farklı olacaktır. Benzer şekilde özdeş iki balon birbirine karbondioksit,diğerine hidrojen gazı dolduralım. Hidrojen gazı ile doldurulan balon uçarken karbondioksitle doldurulmuş olan balonun uçmaması balonların içindeki maddelerin farklılığından dolayısı ile yoğunluk farklılığından kaynaklanmaktadır.

Bu gözlemlerden de anlaşılacağı gibi balona etki eden kaldırma kuvveti,balonun sadece hacmine değil tıpkı sıvılarda olduğu gibi ortamı oluşturan maddenin cinsine de bağlı olarak değişim gösterir.

Sıvıların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvveti gibi havanın da cisimlere uyguladığı kaldırma kuvveti olduğunu gördük. Bu kuvvet; çekim kuvveti ile zıt yönde olup değeri,cismin hacminden dolayı yer değiştiren havanın ağırlığına eşittir. Yeni Archimedes’in sıvı maddeler için ortaya koyduğu prensipler gazlarda da geçerlidir. Bu kuvvet sayesinde zeplinler, sıcak hava balonları, meteoroloji balonları gibi cisimler havada hareket edilebilmektedir.

 

Hava-Gemisi-Zeplin

Bu araçların havada nasıl asılı kaldıklarını birlikte öğrenelim. Akışkan bir durumda olan hava ortamı içerisinde bırakılmış durumda bulunan balon,gaz kaçırmaz ipekli yada pamuklu kumaştan veya plastik yapılar kullanılarak inşa edilir. Balonun havada kalabilmesi için aşağı yukarı yoğunluğun ortalama olarak havada bulunan yoğunluktan biraz daha az olan bir madde ile doldurulması gerekmektedir.

Bu nedenle balonların havada kalıp uçabilmesi için iki değişik metot kullanılır:

  • Balon içinde bulunan hava ısıtılabilir. Isınmış olan hava, moleküllerindeki hareket yükselmesinden kaynaklanan büyük hacmi doldurmak ister. Bu nedenle balonda bulunan moleküllerin bir kısmı dışarıya çıkar ve balonla, balonun uygulanan kaldırma kuvvetinin değeri, balona uygulanan çekim kuvveti olan ağırlıktan büyük olduğundan dolayı balon yükselir.

Soğuk havanın yoğunluğu sıcak havanın yoğunluğundan yüksek olduğu için aynı hacmi dolduran soğuk havanın kütlesi sıcak havanın kütlesinden büyüktür.

  • Balonda bulunan daha hafif olan helyum yada hidrojen gibi farklı bir gaz doldurulabilir.

Her iki durumda da balon havada yükselir. Bir uçan balonun yerden yüksekliğinin kontrolü,balon ve içinde bulunan gazdan oluşan sistemin yoğunluğunun değiştirilmesi ile elde edilir. Yani sistemin yoğunluğu azaltılırsa balon yükseklik elde edilir,tersi yapılırsa yükseklik kaybeder.

kapadokya-balon-541b09

Yazar Hakkında

Yorumlar

Yorumlar(1 )

Sen de Yorumla!