SıvıMekaniği

Kapilariteyi etkileyen faktörler şunlardır: 1. Yüzey Gerilimi: Sıvı yüzeyindeki gerilim, kapilarite olayını belirler. 2. Kohezyon Kuvvetleri: Sıvı moleküllerinin birbirine olan çekimi, kapilarite için gereklidir. 3. Adezyon Kuvvetleri: Sıvı moleküllerinin katı yüzeylere olan çekimi, özellikle tüp veya boşluk duvarlarına yapışmasını sağlar. 4. Sıcaklık: Sıcaklığın artması, yüzey gerilimini azaltır ve kapilarite etkisini zayıflatır. 5. Basınç: Sıvı üzerindeki gaz yoğunluğunun artırılması, yüzey gerilimini bir miktar azaltır ve kapilarite etkisini düşürür. 6. Zemin Yapısı: Toprak ve beton gibi malzemelerin gözenekliliği ve boşlukların boyutu, kapilarite yeteneğini etkiler.

Yağın dinamik viskozitesi, bir sıvının iç sürtünmesine karşı gösterdiği direnci ölçen bir özelliktir. Bu ölçüm genellikle düşük sıcaklıklarda yapılan analizlerde kullanılır ve birim olarak Pascal-saniye (Pa·s) cinsinden ifade edilir.

Rijit kaplarda basınç, sıvının yoğunluğu ve seviyesinin yüksekliği ile belirlenir ve aşağıdaki formülle hesaplanır: P = h ρ. Burada: - P: Basınç (Pascal, Pa); - h: Sıvının seviyesinin yüksekliği (metre, m); - ρ: Sıvının yoğunluğu (kilogram/metreküp, kg/m³). Bu formül, Pascal yasasına dayanır ve kabın şekline bağlı değildir.

Evet, sıvıların kaba uyguladığı basınç her yerde aynıdır. Sıvılar, üzerine uygulanan basıncı kabın her noktasına aynı şekilde iletir.

Camın akışkanlığı, viskozite olarak adlandırılan bir özellik aracılığıyla ölçülür. Camın viskozitesini ölçmek için iki ana yöntem kullanılır: 1. Kinematik viskozite: Daha ince sıvılar için kullanılır ve genellikle "Saybolt İncelemesi" veya "Kinematik Viskozite Test Cihazı" gibi aletlerle ölçülür. 2. Dinamik viskozite: Daha kalın ve yoğun sıvıların viskozitesini belirlemek için kullanılır ve "Brookfield Viskozimetre" veya "Rotational Viskozimetre" gibi özel cihazlarla ölçülür. Ayrıca, camın kalınlığı ve ara hava tabakasının kalınlığı, lazer yansıma prensibi kullanılarak özel bir cam kalınlığı ölçer ile de ölçülebilir.

Çok yoğun ortam, az yoğun ortama göre daha kırıcıdır.

Basınç ve derinlik ilişkisi matematiksel olarak P = h . d . g formülü ile ifade edilir. Bu formülde: - P: Sıvı basıncı; - h: Yükseklik veya derinlik; - d: Sıvının yoğunluğu; - g: Yer çekimi ivmesi (Dünya üzerinde çok fazla değişmediği için genellikle kullanılmaz).

Yoğunluk deneyleri şu şekilde sınıflandırılabilir: 1. Sıvı Basıncının Yoğunlukla İlişkisinin İncelenmesi: U borusu ve cam boru kullanılarak, farklı yoğunluktaki sıvıların tüp içerisinde karışmaması gözlemlenir. 2. Farklı Maddelerin Yoğunluklarının İncelenmesi: Farklı sıvıların yoğunlukları, piknometre gibi ekipmanlar kullanılarak ölçülür. 3. Özgül Ağırlık (Bağıl Yoğunluk) Deneyi: Numunenin birim hacimdeki ağırlığını tespit etmek için yapılan bir deneydir. 4. Arşimet Yoğunluk Deneyi: Bir cismin bir sıvıya batırıldığında, görünür ağırlığının sıvının ağırlığına eşit miktarda azaldığı ilkesine dayanarak yoğunluk hesaplanır. 5. Viskozite Tayini: Sıvının moleküllerinin büyüklüğüne, biçimine ve kimyasal tabiatına bağlı olarak viskozitesini ölçmek için yapılan bir deneydir.

Sıvılarda kaldırma kuvvetiyle ilgili sorular, Fb = Vs × D × g formülü kullanılarak çözülebilir. Bu formülde: - Fb: Kaldırma kuvveti. - Vs: Nesnenin sıvı içerisindeki hacmi. - D: Sıvının yoğunluğu (kilogram/metre³). - g: Yer çekimi kuvveti (yaklaşık 9,81 Newton/kilogram). Çözüm adımları: 1. Nesnenin hacmini hesapla: Sıvı içerisindeki kısmın hacmi, nesnenin tamamen batmışsa tüm hacmine, yüzüyorsa sadece sıvı içerisindeki kısmına eşittir. 2. Sıvının yoğunluğunu belirle: Akademik kaynaklar veya mühendislik tabloları kullanılarak sıvının yoğunluğu bulunur. 3. Yer çekimi kuvvetini ekle: Yer çekimi kuvveti, kaldırma kuvvetini doğrudan etkiler. 4. Sonuçları çarp: Tüm değerleri formüle yerleştirip çarpımı yap. Ayrıca, cismin ağırlığıyla kaldırma kuvvetini karşılaştırarak yüzüp batacağını da belirleyebilirsin.

Kılcallık ve Toriçelli deneyinde kullanılan sıvılar farklıdır çünkü bu iki olayın temel prensipleri ve amaçları farklıdır. Toriçelli deneyinde kullanılan sıvı, açık hava basıncını ölçmek için yoğun ve cam gibi ıslatmayan sıvılar, genellikle cıva kullanılır. Kılcallıkta ise sıvının çapı küçük olan boruların içinde yükselmesi veya alçalması olayı incelenir ve bu, sıvının molekülleri arasındaki adezyon ve kohezyon kuvvetleri ile borunun malzemesi arasındaki etkileşimle ilgilidir.

Sıcaklığın kılcallık üzerindeki etkisi, sıvının genleşmesi ve yüzey geriliminin azalması yoluyla açıklanır. Sıcaklık arttıkça, sıvıdaki moleküllerin titreşimi artar ve aralarındaki kohezyon bağları zayıflar.

Toriçelli deneyinde sıvının yoğunluğu artarsa, borudaki sıvı yüksekliği azalır.

Evet, sıvı basıncı kabın tabanına olan uzaklığa (derinliğe) bağlıdır.

Kılcallıkta adezyon ve kohezyon kuvvetleri etkilidir. - Adezyon kuvveti, farklı cins moleküllerin birbirine yapışmasını sağlar ve sıvı ile ince boru arasındaki çekimi ifade eder. - Kohezyon kuvveti, aynı cins moleküllerin arasındaki çekim kuvvetidir ve sıvının bir arada durmasını sağlar.

Yatışkın koşulda çapı d, uzunluğu l olan bir borudan akan Newtonian akışkanın sıcaklık profili için enerji denkliği ve matematik modeller, farklı hidrodinamik durumlar için aşağıdaki şekilde türetilebilir: 1. Laminer Akış: Borudaki akışın laminer olması durumunda, hız profili paraboliktir ve akış daimi, sıkıştırılamaz ve bir-boyutludur. Enerji denkliği, Bernoulli denklemi ile ifade edilir: - Toplam Enerji: γV (V² - V₁²) / 2g + P₁ / γ + z₁ = γV (V² - V₂²) / 2g + P₂ / γ + z₂. - Sıcaklık Profili: Ortalama akışkan sıcaklığı, boru boyunca doğrusal olarak kabul edilir ve aritmetik ortalama sıcaklık farkı kullanılarak hesaplanır. 2. Tam Gelişmiş Akış: Hidrodinamik ve ısıl olarak tam gelişmiş akış durumunda, hız ve boyutsuz sıcaklık profilleri değişmeden kalır.

Kaldırma kuvveti, yüzme ve askıda kalma durumlarında cisme farklı etkiler yapar: 1. Yüzme: Cismin yoğunluğu, içine atıldığı sıvının yoğunluğundan küçükse cisim yüzer. 2. Askıda Kalma: Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğuna eşitse cisim askıda kalır.

Yüzey Gerilimi ve Kılcallık sıvıların davranışını etkileyen iki önemli olaydır. Yüzey Gerilimi, sıvı yüzeylerinin kohezyon kuvvetinin etkisi ile zar gibi davranmasıdır. Kılcallık ise adezyon ve kohezyon kuvvetlerinden dolayı sıvıların ince borularda yükselmesi olayıdır.

Adezyon ve kohezyon kuvvetlerinin yüzey gerilimine etkisi şu şekildedir: - Kohezyon kuvveti, sıvı moleküllerinin birbirine tutunmasını sağlar ve bu da sıvının belirli bir hacim oluşturmasına ve yüzeyinde bir zar gibi davranmasına neden olur. - Adezyon kuvveti, sıvı moleküllerinin başka yüzeylere tutunmasını sağlar.

Reynolds sayısı (Re), aşağıdaki formülle hesaplanır: Re = (ρ V L) / μ, burada: - Re: Reynolds sayısı; - ρ (rho): sıvının yoğunluğu, kilogram per metreküp (kg/m³) cinsinden; - V: sıvının hızı, metre per saniye (m/s) cinsinden; - L: akışın karakteristik uzunluğu veya karakteristik boyutu, örneğin borunun çapı veya nesnenin uzunluğu (metre, m); - μ (mu): sıvının dinamik viskozitesi, pascal-saniye (Pa·s) veya poise (P) cinsinden. Formüldeki değişkenlerin birimleri tutarlı olmalıdır.

Vb.ds.g ifadesi, sıvının içinde cisme uygulanan kaldırma kuvvetinin formülüdür. Bu formülde: - Vb batan hacimi, - ds sıvının özkütlesini, - g ise yerçekimi ivmesini temsil eder.