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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Parabolik tümsek engelde yansıma, doğrusal su dalgalarının bu tür bir engele çarptığında, engelin arkasındaki bir noktadan geliyormuş gibi yansıması olayıdır.

Ters basınç etkisi, Venturi etkisi olarak da bilinir ve bir venturi borusunda akışkanın daralma bölgesinden geçerken hızında artış meydana gelmesiyle oluşur. Bu durumda, basınç düşüşü yaşanır ve bu düşüş, vakumlama etkisi yaratarak sıvı veya gazın transferine neden olur.

Pipet ile suya üflendiğinde baloncukların oluşmasının nedeni, suyun yüzey geriliminin sabun eklenmesiyle azalmasıdır. Sabun, suyu oluşturan taneciklerin birbirlerini o kadar güçlü çekememesine yol açar.

Bernoulli'nin üç kuralı şunlardır: 1. Kesit alanı küçülürse akışkanın hızı artar. 2. Akışkanın hızı arttığı yerde akışkan basıncı azalır. 3. Akışkanlar basıncı büyük olduğu yerden küçük olduğu yere doğru hareket eder.

U borularında sıvılar farklı seviyelerde durur çünkü her koldaki basınçlar eşit değildir. U borusunun bir ucuna sıvı doldurulduğunda, tabandaki sıvı basıncı farkından dolayı boş kısma doğru sıvı akışı gerçekleşir ve bu akış, her iki ucun tabanındaki basınçlar eşitleninceye kadar devam eder.

Kapilarite, sıvıların yüzey gerilimi nedeniyle dar tüplerde veya kılcal boşluklarda kendiliğinden alçalması ya da yükselmesi olayıdır. Bu terim ayrıca şu anlamlara da gelebilir: - Malzeme bilimi terimi: Gözenekli malzemelerin kılcal boşluklarından suyun yükselmesi. - Ziraat terimi: Toprak profilinde suyun yerçekimine zıt yönde yükselmesi.

Basınç çeşitleri şunlardır: 1. Statik Basınç: Sıvı veya gazın durgun olduğu durumlarda birim alana uygulanan kuvvet. 2. Dinamik Basınç: Akışkanın hareket ettiği durumlarda akışkanın hızına bağlı olarak ortaya çıkan basınç. 3. Toplam Basınç: Statik ve dinamik basıncın toplamı, akışkanın bir noktadaki toplam enerjisini temsil eder. 4. Hidrostatik Basınç: Sıvının ağırlığı nedeniyle oluşan basınç, sıvının derinliği ve yoğunluğu ile hesaplanır. 5. Atmosferik Basınç: Dünya atmosferinin birim alana yaptığı basınç, deniz seviyesinde 1013.25 hPa olarak kabul edilir.