Suda batan ve yüzen maddeler neye bağlıdır?

Suda Batan ve Yüzen Maddeler: Basit Bir Bilim

Şimdi sana suda batan ve yüzen maddelerin aslında neye bağlı olduğunu anlatacağım. Kendi deneyimlerime göre bu olayın temelinde yoğunluk yatıyor. Bir maddenin su içinde batıp batmaması, o maddenin birim hacminin kütlesiyle ilgili. Yani, aynı hacimdeki iki farklı maddenin kütleleri farklıysa, hangisinin ağır basacağını ve batacağını tahmin edebiliriz.

Yoğunluk: Sırlı Silindir Testi

Yoğunluğu anlamak için şöyle düşün: Elinde bir litre su ve bir litre demir olduğunu varsay. Demir, aynı hacimdeki suya göre çok daha ağırdır, değil mi? İşte bu yüzden demir batar, su ise kendi içinde durur. Suyun yoğunluğu yaklaşık olarak 1 gram/santimetreküptür (g/cm³).

* Demirin yoğunluğu yaklaşık 7.87 g/cm³'tür. Bu da onun sudan çok daha yoğun olduğunu ve dolayısıyla batacağını gösterir.

* Ahşabın yoğunluğu ise türüne göre değişir ama genellikle sudan düşüktür. Örneğin, meşe ağacının yoğunluğu yaklaşık 0.75 g/cm³ civarındadır. Bu yüzden ahşap yüzer.

* Peki ya plastik? Plastikler de kendi içlerinde çok çeşitlidir. Bazı PET şişeler (örneğin su şişeleri) sudan biraz daha yoğun olduğu için dibe çökerken, bazı polietilen (örneğin yoğurt kapları) daha hafiftir ve yüzer. Bu, şişenin kendisi kadar içindeki havanın da yüzerliliğe katkıda bulunduğunu gösterir.

Yüzerlilik ve Kaldırma Kuvveti: Arşimet'in Sihri

Sadece yoğunluk yetmez. Bir cismin suda batmasını veya yüzmesini sağlayan bir de kaldırma kuvveti var. Bu kuvveti ilk keşfeden Arşimet. Şöyle der: Bir cismin suya uyguladığı kaldırma kuvveti, cismin suya batan kısmının yerini değiştirdiği suyun ağırlığına eşittir.

* Sen bir taş attığında, taş kendi hacmi kadar suyu kenara iter ve bu suyun ağırlığı, taşın kendi ağırlığından az olduğu için taş batar.

* Ama sen bir gemi düşündüğünde, gemi tonlarca ağırlıkta olmasına rağmen yüzer. Bunun sebebi, geminin muazzam hacminin çok büyük miktarda suyu yerinden etmesi ve bu suyun ağırlığının geminin ağırlığını dengelemesidir. Geminin şekli, içine binen yükle birlikte toplam hacmini belirler ve bu da kaldırma kuvvetini oluşturur.

Şekil ve Yer Değişen Hacim: Yapısal Önem

Bir cismin şekli ve bu şeklin ne kadar su yerinden değiştirebileceği de yüzme prensibini etkiler. Düşün ki aynı miktarda demir, top şeklinde olduğunda suda batarken, ince bir levha haline getirilip bir gemi gövdesi gibi kıvrıldığında yüzebilir. Bu, metalin toplam kütlesi aynı olsa da, gemi şeklinin daha büyük bir hacim oluşturarak daha fazla suyu yerinden etmesini ve dolayısıyla daha büyük bir kaldırma kuvveti üretmesini sağlar.

* Büyük bir geminin dibi neden batmıyor? Çünkü geminin dış gövdesi, içeriye kıyasla çok daha fazla boşluk (hava) barındırır. Bu boşluklar, geminin toplam yoğunluğunu düşürür.

* Bir kabın içine bir taşı atarsan dibe çöker. Ama aynı taşı bir bardağın içine koyup o bardağı da suya bırakırsan, bardağın ve içindeki taşın toplam ağırlığı, bardağın yerini değiştirdiği suyun ağırlığından az ise yüzer.

Günlük Hayattan Örnekler ve İpuçları

Bu bilgileri günlük hayatta nasıl kullanabilirsin?

* Dondurma: Evde yapılan dondurma, dışarıdan alınan dondurmadan daha hızlı eriyebilir. Bunun nedeni, ev yapımı dondurmada bazen koruyucu maddelerin olmamasıdır. Ama yüzerlik açısından, bir çilek dondurma küpü suya attığında yüzerken, bir çikolata küpü dibe çökebilir. Çileğin daha hafif dolgu maddeleri içermesi ve daha az yoğun olması bundandır.

* Bulaşık süngeri: Islak bir sünger, kuru süngere göre daha ağırdır ve suya batma eğilimi daha fazladır. Çünkü süngerin içindeki gözeneklere dolan su, süngerin toplam yoğunluğunu artırır.

* Kayık tasarlarken: Eğer kendi salını veya küçük bir kayığını yapmak istersen, malzemenin yoğunluğunu ve elde edeceğin yapının toplam hacminin ne kadar su yerinden değiştireceğini hesaplamalısın. Örneğin, içi boş metal tüplerden yapılmış bir sal, dolu bir metal bloğa göre çok daha fazla yük taşıyabilir.

* Akıntıda bir nesne: Bir derede yüzen bir nesne, akıntının hızıyla birlikte sürüklenir. Eğer nesne suyun yoğunluğundan azsa, akıntıya kapılmadan da yüzer. Ama suyun içine gömülmüş bir nesne, akıntının dibe uyguladığı kuvvetle birlikte hareket eder.

Unutma, suyun içinde bir şeyin batıp batmaması, tamamen o nesnenin yoğunluğu ile yerini değiştirdiği suyun yoğunluğu arasındaki dengeye bağlıdır. Bu basit ama etkileyici bir fizik prensibi.