SıvıDinamiği

Bernoulli denklemi, ideal bir sıvı akışında basınç, hız ve yükseklik dağılımını tanımlamak için kullanılır. Bu denklemin başlıca kullanım alanları şunlardır: 1. Uçak Tasarımı: Uçak kanatlarının etrafındaki hava akışını değiştirerek kaldırma kuvveti oluşturmak için kullanılır. 2. Akış Ölçüm Cihazları: Pitot tüpleri ve orifis plakaları gibi cihazlarda sıvıların ve gazların hacimsel akışını ölçmek için kullanılır. 3. Hidrolik Sistemler: Suyun kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren hidrolik türbinlerde uygulanır. 4. Medikal Uygulamalar: Kan akışının incelenmesinde ve bazı tıbbi cihazların tasarımında kullanılır. Ancak, Bernoulli denkleminin viskoz etkiler, basınç kayıpları ve sıkıştırılabilir akışlar gibi sınırlamaları vardır.

Pascal prensibi, kapalı bir sıvı ortamında uygulanan basıncın sıvının her tarafına eşit bir şekilde iletilmesini açıklayan fiziksel bir ilkedir. Bu prensip, şu şekilde özetlenebilir: Sıvılar, basıncı her yöne ve eşit olarak iletir. Pascal prensibinin bazı kullanım alanları: - Hidrolik frenler: Araçlarda fren pedalına basıldığında oluşan basınç, fren balatalarına eşit şekilde iletilir. - Hidrolik kriko: Küçük bir pistona uygulanan kuvvet, sıvı basıncı aracılığıyla büyük bir pistona aktarılır ve büyük bir ağırlık kaldırılabilir. - Dalgıç pompalar: Kuyulardan su çekmek için kullanılan sistemlerde, sıvıya uygulanan basınç sayesinde su yer yüzeyine pompalanır. - Enjeksiyon uygulamaları: Tıp alanında şırıngaların çalışmasında kullanılır.

Sıvı basıncını etkileyen değişkenler şunlardır: 1. Derinlik: Sıvının yüzeyinden itibaren aşağıya doğru olan mesafe arttıkça sıvı basıncı da artar. 2. Yoğunluk: Sıvının yoğunluğu arttıkça, aynı derinlikte daha fazla basınç uygular. 3. Yer çekimi ivmesi: Dünya üzerindeki sabit bir faktör olduğu için etkisi genellikle ihmal edilir, ancak farklı yerçekimi ortamlarında sıvı basıncı değişebilir. Kabın şekli, büyüklüğü veya sıvı miktarı ise sıvı basıncını etkilemez; önemli olan sadece derinlik ve yoğunluktur.

Debi (bir sıvının veya gazın belirli bir süre içinde geçen miktarı) üzerinde etkili olan faktörler şunlardır: 1. Borunun Çapı: Daha geniş çaplı borular, daha yüksek debi sağlar. 2. Akış Hızı: Sıvının veya gazın hızındaki artış, debiyi artırır. 3. Basınç: Sistemdeki basınç artışı, sıvının hareketini kolaylaştırarak debiyi yükseltebilir. 4. Sıvının Viskozitesi: Daha viskoz sıvılar, daha düşük debi sağlar. 5. Sürtünme Kaybı: Borunun iç yüzeyindeki pürüzlülük, sürtünme kayıplarına neden olarak debiyi azaltır. Ayrıca, coğrafi faktörlerde debi üzerinde etkilidir: - Yağış Miktarı ve Biçimi: Yağışın fazla olduğu yerlerde debi yüksek olur. - Eğim: Eğimli bölgelerde akarsuyun hızı fazla olduğundan, debi yüksektir. - Sıcaklık: Buharlaşmanın fazla olduğu yerlerde su kaybı fazladır.

Arşimet kaldırma kuvveti formülü şu şekildedir: F = ρ × g × V. Burada: - F: Kaldırma kuvveti (Newton cinsinden); - ρ: Sıvının yoğunluğu (kg/m³ cinsinden); - g: Yerçekimi ivmesi (ortalama 9.81 m/s²); - V: Cismin sıvı içinde yer değiştirdiği hacim (m³ cinsinden).

Gemilerin suda yüzmesi, Arşimet İlkesi olarak bilinen fizik kuralına dayanır. Bu ilkeye göre, suya kısmen veya tamamen batırılmış bir cisim, cisim tarafından yer değiştirilen sıvının ağırlığına eşit bir kaldırma kuvveti tarafından yukarı doğru itilir.

Osmotik basınç, suda çözünmüş olan maddelerin yapmış oldukları negatif emme basıncıdır. Bu basınç, yoğunlukla doğru orantılıdır. Diğer bir tanımlamaya göre ise osmotik basınç, yarı geçirgen bir zar boyunca suyun hareketiyle yönlendirilen ve çözeltilerin konsantrasyonlarını dengeleme eğiliminde olan bir basınçtır.

Kaldırma kuvvetini etkileyen faktörler şunlardır: 1. Sıvının Yoğunluğu: Sıvının yoğunluğu arttıkça kaldırma kuvveti de artar. 2. Cismin Hacmi: Cismin sıvı içinde yer değiştirdiği hacim arttıkça kaldırma kuvveti de artar. 3. Yer Çekimi İvmesi: Dünyadaki yer çekimi Mars'tan daha büyük olduğu için, aynı cisim Dünya'da daha büyük bir kaldırma kuvveti hisseder. 4. Cismin Şekli ve Yüzey Alanı: Cismin şekli ve yüzey alanı, kaldırma kuvvetini doğrudan etkilemese de, sıvı ile etkileşimini ve yüzdürme davranışını etkileyebilir. 5. Hava Hızı ve Yoğunluğu: Kanatlarda kaldırma kuvveti için hava hızı ve yoğunluğu önemli faktörlerdir.

Arşimet prensibi, katı bir cismin sıvı veya gaza daldırıldığında yer çekimi ile maruz kaldığı kuvveti tanımlar. Bu prensip şu şekilde ifade edilebilir: "Hareketsiz bir sıvıya tamamen veya kısmen daldırılan herhangi bir cisim, kaldırma kuvvetine maruz kalır. Bu kaldırma kuvvetinin büyüklüğü, cismin yer değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir". Bu prensibi keşfeden kişi, Antik Yunan'ın büyük bilim insanı Arşimet'tir.

Ozmotik basınç, düşük yoğunluktaki bir çözeltiden yüksek yoğunluktaki bir çözeltiye ozmozla su veya diğer bir çözücünün girmesi sırasında meydana gelen basınçtır. Bu basınç, yarı geçirgen bir zarla ayrılmış iki taraftaki konsantrasyon yaklaşık olarak eşit olana kadar çözünen maddenin geçişini sağlar.

Su direnci, hava direncinden daha büyüktür.

Toriçelli deneyinde cıva yüksekliğini etkileyen faktörler şunlardır: 1. Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça maddelerin hacmi artar ve öz kütlesi azalır, bu da cıva yüksekliğinin artmasına neden olur. 2. Deniz seviyesinden yükseklik: Deniz kenarından yüksekte yapılan deneylerde açık hava basıncı azalacağı için cıva yüksekliği azalır. 3. Borunun üst kısmında hava olması: Borunun üst kısmında hava varsa, bu hava borudaki cıvaya basınç uygular ve cıva yüksekliği azalır. 4. Sıvının cinsi: Öz kütlesi cıvadan daha küçük olan bir sıvı kullanılırsa, borudaki sıvı yüksekliği artar. 5. Ortam nemi: Nemli ortamda hava moleküllerinin ağırlığı artacağı için açık hava basıncı artar ve cıva yüksekliği yükselir.

Sıvı içinde yüzen cisimlerin hacmi, sıvının hacmine eşit değildir. Yüzen cisimler, hacminin bir bölümü sıvı içinde kalacak şekilde dengede kalır.

Kesitleri farklı olan şekildeki türdeş su borusunda suyun akış süratleri ve sıvı yükseklikleri arasındaki ilişki şu şekildedir: 1. Sürat İlişkisi: K, L ve M bölgelerinde suyun süratleri sırasıyla 2v, 3v ve v'dir. 2. Kesit Alanı İlişkisi: L ve M boruları aynı kesit alanına sahip olduğundan, bu borularda suyun süratleri eşittir (VL = VM). 3. Sıvı Yüksekliği İlişkisi: Borularda sıvı yüksekliği, borunun kesit alanıyla ters orantılıdır. Dolayısıyla, hK > hL > hM ilişkisi vardır.

Bernoulli prensibinden kaldırma kuvveti, aşağıdaki formülle hesaplanabilir: Fb = Vs × D × g; Burada: - Fb, nesne üzerine etkiyen kaldırma kuvveti; - Vs, nesnenin sıvı içerisindeki hacmi; - D, nesnenin bulunduğu sıvının yoğunluğu; - g, yer çekimi kuvveti. Ayrıca, uçaklarda kaldırma kuvveti kanadın tasarımı sayesinde oluşur.

Arşimet ilkesi, bir cismin tamamen veya kısmen bir sıvıya batırıldığında, üzerine uygulanan yukarı doğru kaldırma kuvvetinin, cismin yer değiştirdiği sıvının ağırlığına eşit olduğunu belirtir. İlkenin ispatı şu şekilde yapılabilir: 1. Deney Düzeneği: Bir küvet ve içine su doldurulur. 2. Gözlem: Bir cisim (örneğin, bir taç) suya batırıldığında, suyun bir kısmı taşar. 3. Ölçüm: Taşan suyun hacmi ölçülür. 4. Karşılaştırma: Cismin hacmi, taşan suyun hacmine eşittir. Bu deney, cismin sıvı içinde yükselmesi veya batmasıyla ilgili kaldırma kuvveti hakkında önemli bir prensibi ortaya koyar.

Kesit alanı farklı olan borularda akışkanların hızları şu şekilde değişir: Kesit alanı daraldıkça akışkanın hızı artar.

Deplasman eğrisi, sefiye eğrisi olarak da bilinir ve bir sıvı içerisine batmış bir cismin, bu sıvı tarafından yukarı doğru itilme kuvvetini ifade eder. Bu eğri, Arşimet prensibine göre, cismin sıvı içerisine batmış kısmının hacmine eşit hacimdeki sıvının ağırlığına eşittir.

Pipetle sıvı çekilirken açık hava basıncı sıvıyı yukarı iter. Bu durum şu şekilde gerçekleşir: pipetin içindeki hava çekilerek basınç azaltılır, böylece dış ortamdaki yüksek basınç sıvıyı pipet içinde yukarı doğru zorlar.

Yağmur damlasının 5 mm olmasının nedeni, bu çapa ulaştığında hava sürtünmesinin damlanın şeklinde değişimlere yol açmasıdır. Yağmur damlaları büyüdükçe, yüzey gerilimi nedeniyle küresel bir şekil almaya başlar ve yere doğru düşmeye başladıklarında hava moleküllerinin oluşturduğu sürtünme nedeniyle alt kısımları düzleşmeye başlar.