SıvıMekaniği

Sıvılarda direnç, sıvının viskozite özelliği ile belirlenir. Sıvı direncini bulmak için aşağıdaki faktörler de dikkate alınmalıdır: - Sıvı yoğunluğu: Yoğunluk arttıkça sıvı direnci de artar. - Sıvı sıcaklığı: Sıcaklık arttıkça sıvının akışkanlığı artar ve direnç azalır. - Sıvı basıncı: Basınç, sıvının akışkanlığını azaltan bir kuvvet olarak işlev görür ve direnci etkiler. Sıvı direncini ölçmek için genellikle standart test yöntemleri kullanılır, bunlar arasında sıvıya batırma testi, sıvı püskürtme testi ve sıvı basınç testi bulunur.

Ters kılcallık, bir sıvının kılcal boruda alçalması durumudur ve şu nedenlerle meydana gelir: 1. Sıvının yüzey gerilimi: Cıva gibi büyük yüzey gerilimli sıvılarda, sıvı moleküllerinin kendi aralarındaki çekim kuvveti (kohezyon), sıvı ile borunun molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden (adezyon) daha güçlüdür. 2. Borunun kesit alanı: Kılcal borunun kesit alanı azaldıkça, sıvının alçalma miktarı artar.

Sıvılarda sürtünme, cisimlerin sıvı ile temas ettiği noktada sıvı tarafından hareketi zorlaştıran bir etki oluşmasıyla meydana gelir. Sıvı sürtünmesinin büyüklüğü, aşağıdaki faktörlere bağlıdır: - Cismin sıvıya temas eden yüzeyinin büyüklüğü. - Sıvının yoğunluğu (yani cinsi). - Cismin hızı.

Pascal prensibi ve birleşik kaplar arasındaki ilişki şu şekildedir: Pascal prensibi, kapalı bir kaptaki sıvının herhangi bir noktasına uygulanan basıncın, kabın şekli nasıl olursa olsun, sıvının temas ettiği her yüzeye her doğrultuda aynı büyüklükte iletilmesini ifade eder. Birleşik kaplar ise, şekilleri ve kesitleri farklı iki ya da daha fazla kabın tabanlarının birleştirilmesiyle elde edilen kaplardır.

Basıncı etkileyen üç değişken şunlardır: 1. Kuvvet (Ağırlık): Kuvvetin artması, basıncın da artmasına neden olur. 2. Yüzey Alanı: Yüzey alanının küçülmesi, basıncın artmasına yol açar. 3. Sıvının Yoğunluğu: Sıvının yoğunluğunun artması, sıvı basıncının da artmasına sebep olur.

Kinematik ve dinamik viskozite arasındaki temel fark, ölçüm yöntemleridir ve her biri farklı sıvı türlerini değerlendirmek için kullanılır. Dinamik viskozite, bir sıvının dış bir kuvvet uygulandığında akışa karşı gösterdiği direnci ifade eder. Kinematik viskozite ise, bir sıvının yerçekimi altında akışa karşı gösterdiği içsel direnci ölçer.

Visköz ve viskozite terimleri farklı anlamlara sahiptir: - Visköz, bir sıvının akıcılık ve direnç özelliklerini ifade eden bir sıfattır. - Viskozite ise, bir sıvının iç sürtünme direncini ölçen bir terimdir ve bu direnç ne kadar büyükse viskozite o kadar yüksektir.

Derinliğin formülü, sıvı basıncı hesaplanırken kullanılan h sembolü ile ifade edilir. Bu formül şu şekildedir: P = ρgh. Burada: - P: Basınç (Pa veya N/m² cinsinden); - ρ: Sıvının yoğunluğu (kg/m³ cinsinden); - g: Yerçekimi ivmesi (ortalama 9.81 m/s²); - h: Sıvının derinliği (m cinsinden).

Archimedes ilkesi ve kaldırma kuvveti, yüzme, askıda kalma ve batma durumlarını şu şekilde etkiler: 1. Yüzme: Sıvının yoğunluğu cismin yoğunluğundan büyükse, cisim yukarı doğru hareket eder ve yüzme durumuna gelir. 2. Askıda Kalma: Sıvının yoğunluğu cismin yoğunluğuna eşitse, cisim sıvı içerisinde bırakıldığı yerde kalır. 3. Batma: Sıvının yoğunluğu cismin yoğunluğundan küçükse, cisim aşağı doğru hareket eder ve batma durumuna gelir.

Sıcaklık, yüzey gerilimini ters orantılı olarak etkiler: sıcaklık arttıkça yüzey gerilimi azalır. Bunun nedeni, sıcaklık arttıkça sıvı moleküllerinin kinetik enerjisinin artması ve moleküller arası kuvvetlerin zayıflamasıdır.

Meyve püresinin taşınması için gerekli pompa gücünü hesaplamak amacıyla, kinematik viskozite ve yoğunluk değerlerini kullanarak dinamik viskoziteyi belirlemek gerekir. Dinamik viskozite (μ), kinematik viskozite (v) ve yoğunluk (ρ) ile şu formülle hesaplanır: μ = v ρ. Verilen değerler: - Kinematik viskozite (v): ν = μ / ρ = 0.25 Pa.s / 1050 kg/m³ = 0.0002385 m²/s. - Yoğunluk (ρ): 1050 kg/m³. - Akış debisi (q): 0.002 m³/s. Gerekli pompa gücü (W), hacimsel debi (q) ve dinamik viskozite (μ) ile şu formülle hesaplanır: W = q μ. Sonuç olarak, pompa gücü (W): W = 0.002 m³/s 0.25 Pa.s = 0.0005 W (watt) olacaktır.

Yüzme ve batma durumu, bir cismin yoğunluğuna bağlıdır. Kurallar şu şekildedir: - Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan küçükse cisim yüzer. - Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan büyükse cisim batar. - Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğuna eşitse cisim askıda kalır.

X cismi, homojen bir sıvı içerisinde şekildeki gibi dengedeyse, bu durum üç farklı şekilde açıklanabilir: 1. Yüzen Cisim: Cismin özkütlesi sıvının özkütlesinden küçüktür (dcisim < dsıvı). 2. Askıda Kalan Cisim: Cismin özkütlesi sıvının özkütlesine eşittir (dcisim = dsıvı). 3. Batan Cisim: Cismin özkütlesi sıvının özkütlesinden büyüktür (dcisim > dsıvı).

Sıvıların sıkıştırılabilmesi yoğunluk ve derinlik gibi faktörlere bağlıdır. Yoğunluk arttıkça sıvının sıkıştırılabilirliği azalır, çünkü sıvılar genel olarak düşük sıkıştırılabilirlik katsayısına sahiptir. Derinlik arttıkça ise sıvı basıncı artar ve bu da sıkıştırılabilirliği etkiler.

Cismin batması için yoğunluğunun sıvının yoğunluğundan büyük olması gerekir.

Viskozluk, üç ana kuvvete bağlıdır: 1. Sıvının Cinsi: Sıvının molekülleri arasındaki çekim kuvveti ve molekül kütlesi viskozluğu etkiler. 2. Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça viskozite azalır, çünkü moleküllerin hareketi artar ve çekim kuvvetleri zayıflar. 3. Basınç: Basınç artışı, sıvıdaki boşluk sayısını azaltarak viskoziteyi artırır.

Kaldırma kuvveti, Fb = Vs × D × g formülü ile hesaplanır. Burada: - Fb: Kaldırma kuvveti. - Vs: Nesnenin sıvı içerisindeki hacmi. - D: Nesnenin bulunduğu sıvının yoğunluğu. - g: Yer çekimi kuvveti (yaklaşık 9,81 Newton/kilogram). Ayrıca, kaldırma kuvvetini hesaplarken nesnenin sıvı içindeki batık kısmının hacmini ve sıvının özkütlesini de dikkate almak gerekir.

Viskozite değeri, sıvıların akmaya karşı gösterdiği direnci ifade eder ve iki ana yöntemle hesaplanır: kinematik viskozite ve dinamik viskozite. 1. Kinematik Viskozite: Bir sıvının akış hızını belirler ve genellikle Saybolt Second Universal (SSU) veya centistoke (cSt) birimleriyle ifade edilir. 2. Dinamik Viskozite: Bir sıvının içsel sürtünmesini ölçer ve Pascal-saniye (Pa·s) olarak ifade edilir. Viskozimetre adı verilen cihazlar, bu ölçümleri yapmak için kullanılır.

Telefonun kaldırma kuvveti, Fb = Vs × D × g formülü ile hesaplanır. Bu formülde: - Fb: Kaldırma kuvveti (Newton cinsinden). - Vs: Telefonun sıvı içerisindeki hacmi (metre³ cinsinden). - D: Telefonun bulunduğu sıvının yoğunluğu (kilogram/metre³ cinsinden). - g: Yer çekimi kuvveti (yaklaşık 9,81 Newton/kilogram). Kaldırma kuvveti hesaplanırken, telefonun tamamen suya batmış olması durumunda batan hacmin telefonun hacmine eşit olduğu varsayılır.

Açık hava basıncı ve sıvı basıncı arasındaki temel farklar şunlardır: 1. Maddenin Türü: Açık hava basıncı, gaz halindeki havanın bir yüzey üzerine uyguladığı basınçtır. 2. Basıncın Değişim Hızı: Açık hava basıncı, atmosfer koşullarına bağlı olarak hızla değişebilir. 3. Basınç Kaynağı: Açık hava basıncı, atmosferdeki havanın yerçekimi nedeniyle yer yüzeyine uyguladığı basınçtır. 4. Basınç Dalgaları: Açık hava basıncı, hava akımları (rüzgarlar) ile dalgalanabilir.