SıvıMekaniği

Basınç ve derinlik ilişkisi matematiksel olarak "P = h × d × g" formülü ile ifade edilir. P: Sıvı basıncını, h: Sıvı yüzeyinin sıvının bulunduğu kabın tabanından yüksekliğini (derinliği), d: Sıvının özkütlesini (yoğunluğunu), g: Yer çekimi ivmesini gösterir. Bu formül, sıvı basıncının derinlikle doğru orantılı olduğunu ifade eder; derinlik arttıkça sıvı basıncı da artar.

Yoğunluk deneylerinden bazıları şunlardır: Belirli sıvıların yoğunluk ölçümü. Arşimet yoğunluk deneyi. Gerçek (piknometre) yoğunluk deneyi. Yoğunluk kulesi deneyi. Taze beton yoğunluk deneyi.

Kılcallık ve Toriçelli deneylerinde kullanılan sıvılar, farklı özelliklere sahip oldukları için farklıdır: Toriçelli deneyinde kullanılan sıvı, genellikle cıvadır. Kılcallık etkisinde ise su gibi az yoğun ve cam gibi ıslatan sıvılar kullanılır. Ayrıca, Toriçelli deneyinde kullanılan sıvının özkütlesi önemlidir; özkütle arttıkça sıvının yüksekliği azalır.

Kılcallıkta sıcaklık etkisi, sıvının katı yüzeye yapışma kuvvetlerini etkileyerek açıklanır. Sıcaklık arttıkça, sıvının katı yüzeye yapışma kuvvetleri azalır, bu da kılcallığın zayıflamasına yol açar. Sıcaklık azaldıkça, sıvının katı yüzeye yapışma kuvvetleri artar, bu da kılcallığın güçlenmesine neden olur. Örneğin, sıcak su, soğuk suya göre daha düşük yüzey gerilimine sahip olduğu için kılcallık etkisi daha az belirgin olur. Ayrıca, bazı madde çiftlerinde (örneğin, cam ve cıva) atomlar arasındaki kuvvetler, sıvı ile katı arasındaki çekim kuvvetinden güçlü olduğunda konveks bir menisküs oluşur ve kılcallık tersine işler.

Toriçelli deneyinde sıvının yoğunluğu artarsa, tüp içindeki sıvının yüksekliği azalır. Bunun sebebi, dış ortamdaki (açık hava) basıncının arttıkça sıvı maddenin baskıya uğraması ve yüksekliğinin azalmasıdır.

Evet, sıvı basıncı kabın tabanına olan uzaklığa (derinliğe) bağlıdır. Bir sıvı içerisinde derinlere inildikçe sıvının yaptığı basınç artar.

Kılcallıkta etkili olan kuvvetler şunlardır: Adezyon. Kohezyon. Ayrıca, kılcallıkta yüzey gerilimi de etkilidir.

Çapı d, uzunluğu l olan bir borudan hızı vz, yoğunluğu ρ ve ısı kapasitesi cp olan Newtonian bir akışkanın aktığı ve boruya yüzeyinden qo sabit ısı akısı aktarıldığı yatışkın koşuldaki hidrodinamik durumlar için sıcaklık profili tanımlayan matematik modelleri hakkında bilgi bulunamadı. Ancak, borularda basınç düşüşü ve sıcaklık profili ile ilgili bazı denklemler şunlardır: Poiseuille Yasası. Reynolds Sayısı (Re). Borularda enerji denkliği ve sıcaklık profili ile ilgili daha fazla bilgi için aşağıdaki kaynaklar incelenebilir: acikders.ankara.edu.tr; huseyingunerhan.com.

Kaldırma kuvveti, yüzme ve askıda kalma durumlarında şu şekilde etki eder: Yüzme: Cismin bir kısmı sıvının içinde, bir kısmı ise dışında kalacak şekilde sıvının yüzeyinde dengeye gelmesi durumudur. Askıda kalma: Cismin tüm hacmi sıvının içinde kalacak şekilde tabana temas etmeden dengede durmasıdır.

Adezyon ve kohezyon, yüzey gerilimini farklı şekillerde etkiler: Kohezyon, sıvı moleküllerinin birbirini tutmasını sağlar ve bu durum, yüzey geriliminin oluşmasına neden olur. Adezyon, farklı türdeki moleküller arasındaki çekim kuvvetidir ve bu kuvvet, yüzey gerilimi ile birlikte sıvının yüzey şeklini belirler. Örneğin, su dolu bir deney kabına yerleştirilen kılcal borular, su molekülleri arasındaki kohezyon ve su molekülleriyle tüpün cam duvarları arasındaki adezyon sayesinde yukarı yönlü bir hareket olan kılcal hareketle yükselir.

Reynolds sayısı, Re = (ρ × V × L) / μ formülü ile hesaplanır. Formüldeki sembollerin anlamları: ρ (rho): Akışkanın yoğunluğu (kg/m³); V: Akışkanın hızı (m/s); L: Karakteristik uzunluk (metre); μ (mu): Akışkanın dinamik viskozitesi (Pa·s). Karakteristik uzunluk, problemin geometrisine bağlıdır. Reynolds sayısı hesaplama için aşağıdaki siteler de kullanılabilir: smarthesap.com; omnicalculator.com; airfoiltools.com.

Yüzme ve batma, bir cisme etki eden kaldırma kuvveti ile cismin ağırlığının ilişkisine bağlıdır. Yüzme: Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan küçükse cisim yüzer. Kaldırma kuvveti, cismin ağırlığına eşit veya biraz üstünde olur. Örnek: Yağ damlası suyun yüzeyinde kalır çünkü suyun yoğunluğu yağa göre daha büyüktür. Batma: Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan büyükse cisim batar. Cismin ağırlığı, kaldırma kuvvetinden büyük olur. Örnek: Metal bir çivi suya bırakıldığında yoğunluğu sudan fazla olduğundan batar. Askıda Kalma: Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğuna eşitse cisim askıda kalır. Kaldırma kuvveti, cismin ağırlığına eşit olur. Örnek: Bir buz küpü, soğuk suyun içinde askıda kalabilir.

Vb, ds, g ifadesi, sıvıların kaldırma kuvveti formülünde kullanılan değişkenleri temsil eder: Vb (batan hacim). ds (sıvının özkütlesi). g (yer çekimi ivmesi). Bu değişkenlerin çarpımı, Fk = Vb × ds × g formülüyle kaldırma kuvvetini verir.

Arşimet prensibi, günlük hayatta çeşitli alanlarda karşımıza çıkar: Denizcilik ve Gemi İnşaası: Gemiler, çelik gibi yoğun malzemelerden yapıldığı halde suda yüzebilir çünkü gemilerdeki hava boşlukları, batan hacmi azaltır ve batmazlık kuvveti, geminin ağırlığından daha büyük olur. Sulama Sistemleri: Sulama kanallarında suyun yükselmesi ve sulama sistemlerinde suyun dağıtımı, Arşimet prensibi ile açıklanır. Su Arıtma Sistemleri: Suyun filtrelenmesi, Arşimet prensibi sayesinde sağlanır. Şamandıra Sistemleri: Arşimet prensibi, şamandıra sistemlerinde kullanılır. Mühendislik: İnşaat ve makine mühendisliği gibi alanlarda hidrostatik mühendisliği için gereklidir. Ayrıca, Arşimet prensibi, yüzmenin nasıl gerçekleştiğini de açıklar; bir cismin suda batıp batmaması, cismin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna göre daha büyük ya da daha küçük olmasına bağlıdır.

Derin suda basıncın artmasının nedeni, suyun ağırlığının üzerinizdeki su miktarıyla birlikte artmasıdır. Daha teknik terimlerle, basınç, basıncın ölçüldüğü noktanın üzerindeki su sütununun ağırlığı ile, ağırlığın dağıtıldığı alanın bölünmesi ile hesaplanır. Deniz seviyesinde, atmosferin uyguladığı basınç yaklaşık bir atmosferdir (atm).

Yüzey gerilimini etkileyen faktörler şunlardır: Sıvının türü: Cıva, yağ ve suyun yüzey gerilimleri farklıdır. Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça yüzey gerilimi azalır, madde soğudukça ise yüzey gerilimi artar. Yoğunluk: Yoğunluk arttıkça yüzey gerilimi artar. Safsızlık: Saf bir maddenin yüzey gerilimi en yüksektir, safsızlık artışı yüzey gerilimini düşürür. Yüzey aktif maddeler: Yüzey aktif maddeler, suda çözündüğünde yüzey geriliminin özelliklerini değiştirebilir. Konsantrasyon: Ara yüzeyde toplanma eğilimi olan maddeler yüzey gerilimini düşürür.

Bu bilgi yanlıştır. Bir sıvının yoğunluğunun daha fazla olması, ölçümlerin seviyesine daha yakın bir yerde yapıldığını göstermez. Yoğunluk, bir sıvının birim hacimdeki kütle miktarını ifade eder ve bu, sıvının yüksekliğiyle doğrudan bir ilişki kurmaz. Yoğunluk ölçümleri, genellikle sıvının kütlesi ve hacmi bilinerek yapılır ve bu ölçümler, sıvının bulunduğu kabın veya ortamın yüksekliğiyle değil, sıvının fiziksel özellikleriyle ilgilidir.

Vb.ds.g formülü, sıvı içinde belirli bir hacmi batan bir cisme etki eden sıvının kaldırma kuvvetini hesaplamak için kullanılır. Formül şu şekildedir: Fk = Vb . ds . g. Fk: Kaldırma kuvveti. Vb: Cismin sıvıya batan kısmının hacmi. ds: Sıvının öz kütlesi (yoğunluğu). g: Yer çekimi ivmesi. Kaldırma kuvveti, cismin batan hacmine, sıvının yoğunluğuna ve yer çekimi ivmesine bağlıdır.

Suyun viskozitesinin düşük olmasının nedeni, sıcaklığın 25 °C olması ve basıncın düşük olmasıdır. Sıcaklık: Sıvıların viskozitesi genellikle sıcaklık arttıkça azalır. Basınç: Basınç arttıkça bir sıvının viskozitesi genellikle artar, ancak çok yüksek basınçlar hariç, sıvıların viskozitesi basınçtan fazla etkilenmez. Ayrıca, suyun molekülleri arasındaki kuvvetler, diğer bazı sıvılara göre daha az olduğundan, suyun viskozitesi düşük olarak kabul edilir.

Psödoplastik sıvıların viskozite ve zaman grafiği, kayma hızı arttıkça viskozitenin azaldığını gösterir. Bu tür sıvılar, kayma incelmesi (shear-thinning) özelliği sergiler. Grafiksel olarak, psödoplastik davranışlar için kayma hızı-viskozite grafiği aşağı doğru eğimli bir eğri şeklinde olur. Örnekler arasında boya, emülsiyon ve çözücüler bulunur.