Fiziğin akışkanlar dinamiği konu anlatımı. Bernoulli etkisi, adhezyon ve kohezyon nedir açıklamaları ve örnek bir soru
Akışkanların (sıvıların) bir kap içinde hareketleri, çeşitli iç sürtünmeler (viskosite) ve sıvının aktığı kabın cidarlarıyla olan sürtünmeler nedeniyle oldukça karışıktır. Burada sürekli Laminer Akış (düzgün çizgiler boyunca, dönmeden) denilen akan sıvılar için belirli kural ve kanunlar belirtilecektir.
Bernoulli Etkisi: Sıkıştırılamaz sıvıların akışlarında akışkanın hızı kesiti büyük olan yerlerde küçük, kesiti küçük olan yerlerde büyüktür. Bu nedenle akan sıvıların basıncı büyük kesitlerde (küçük hız) büyük, küçük kesitlerde (büyük hız) küçüktür.
Sıvıların Diğer Özellikleri: Sıvılar, belli şekli olmayan, bulundukları kabın şeklini alan maddelerdir.
Sıvı molekülleri, belli bir hacim içinde bir birlerine göre serbestçe hareket ederler. Fakat moleküller arası çekme kuvvetleri ile bir arada dururlar. Bir sıvının molekülleri yalnız birbirlerine yapışmaz, aynı zamanda diğer maddelerin moleküllerine de yapışabilirler. Bu durumu suya batırılan bir kaşıkta gözleyebiliriz. Su damlacıkları suya sokulan kaşık üzerine yapışarak ince bir zar oluşturur.
* Aynı cins moleküllerin, birbirini çekmesine Kohezyon denir.
* Farklı cins moleküllerin birbirini çekmesine Adhezyon denir.
Bir kapta bulunan sıvı molekülleri arasındaki kohezyon kuvveti, sıvı ile kabın molekülleri arasındaki adhezyon kuvvetinden büyük ise bu sıvı kabını ıslatmaz. Örneğin civa gibi. Sıvının molekülleri arasındaki kohezyon sıvı ile kabın molekülleri arasındaki adhezyondan küçük ise sıvı kabını ıslatır. Örneğin su
Kılcallık: Küçük çaplı borularda sıvıların yükselmesi veya alçalmasına kılcallık denir. Kabını ıslatmayan sıvılar, kılcal boru içinde alçalır. (Adhezyon < kohezyon) Kabını ıslatan sıvılar, kılcal boru içinde yükselir. (Adhezyon > Kohezyon).
Yüzey Gerilimi: Bir su yüzeyi ince ve esnek bir zar ile örtülü imiş gibi davranır. Bu yüzey zarının oluşumu sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvvetidir. (Kohezyon) Sıvı içindeki bir molekül, (B) komşu moleküller tarafından her doğrultuda eşit olarak çekilir. Fakat sıvı yüzeyinde bulunan bir molekül, aşağı doğru çekildiği halde sıvı yüzeyinin üst tarafından bulunan hava molekülleri tarafından çok kuvvetli çekilmez. Bundan dolayı yüzeydeki bir molekül sıvının içersine doğru bir kuvvetle çekilir. Bu, sıvının yüzey gerilimidir.
Yüzey gerilimi nedeniyle her sıvı daima en küçük yüzeye sahip olmak ister. Hacmine göre en küçük yüzeye sahip olan geometrik şekil ise, küredir. Bu nedenle yağmur damlaları küresel şekildedirler.
Örnek Soru : I- Sürtünme önemsiz ise serbest düşen bir kütlenin potansiyel enerjisi azalırken, kinetik enerjisi artar.
II- Debisi değişmeden akan bir sıvının kesit alanı küçüldükçe, akış hızı büyür.
III- Akan sıvılar da Archimedes (Arşimet) yasasına uyarlar.
Az açılmış bir musluktan şekildeki gibi karışmadan düzgün olarak akan suyun aşağıya doğru daralan bir sütun görünümünde olması, yüzey gerilimi dışında yukarıdaki ükelerin hangileriyle açıklanabilir?
A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III
Çözüm: Az açılan musluktan akan su sahip olduğu çekim potansiyel enerjisi azalır. Potansiyel enerji değişimi, suya kinetik enerji olarak aktarılır. Kinetik enerjisi artan suyun akış hızı artar, Bernoulli etkisine göre, suyun akış hızının artması, kesit alanının küçülmesine neden olur. Akan su, daralan bir sütun görünümü alır. Bu olay yukarıdaki I ve II nolu ilkeler ile açıklanabilir. Doğru seçenek (C) şıkkıdır.
