Madde ve Özellikleri
MADDE
Uzayda yer kaplayan, kütlesi, hacmi olan ve eylemsizlige uyan varliklara madde denir. Maddeler kati, sivi ve gaz halinde bulunabilir. Maddenin sekil almis haline de cisim denir.
Maddelerin Ortak Özellikleri
Bütün maddelerde bulunan özellige ortak özellik denir. Bir maddenin yalniz kendine ait özelligine ise, ayirt edici özellik denir.
Maddelerin ortak özellikleri,
1. Eylemsizlik
2. Hacim
3. Kütle
Bir maddenin sahip oldugu hareket ve sekil durumunu koruma meyline eylemsizlik denir. Arabadan inmek isteyen bir yolcu, araba henüz durmadan önce inerse, arabanin hareket yönünde gitmek zorunda kalir. Arabada iken hizi olan yolcu inincede bu hizini devam ettirmek isteyecektir. Bu durum bütün maddeler için geçerlidir. Duran madde durmak ister, hareket halindeki ise hareketini devam ettirmek ister.
2. Hacim
Maddelerin uzayda kapladigi yere hacim denir. Iki madde birlikte ayni hacmi isgal edemez. Örnegin bir bardaga su konuldugunda bardagin içindeki hava, kabi terkeder.
Kati maddelerin belli bir sekli ve hacmi vardir. Sivi maddelerin belli bir hacimleri olmasina ragmen belirli bir sekilleri yoktur, konulduklari tabin seklini alirlar. Gazlarin ise hem belirgin hacimleri hem de belirgin sekilleri yoktur. Konulduklari kaplarin hacmini ve seklini alirlar.
Geometrik Biçimli Cisimlerin Hacimleri
Geometrik sekilli, dikdörtgenler prizmasi, küp, silindir, küre ve koni seklindeki kati cisimlerin hacimleri, boyutlari ölçülerek hesaplanir.
Dikdörtgenler prizmasinin hacmi farkli üç kenarinin çarpimina esittir.
Hacim = En . boy . yükseklik
V = a . b. c dir.
Üç kenari da esit ve a kadar olan küpün hacmi
V = a3 dür.
Taban yariçapi r, yüksekligi h olan silindirin hacmi, taban alani ile yüksekliginin çarpimina esittir.
V = pr2 . h dir.
Yariçapi r olan kürenin hacmi
Düzgün Olmayan Cisimlerin Hacimleri
Düzgün geometrik yapida olmayan kati cisimlerin hacimleri, dereceli kaplardaki sivilardan yararlanilarak bulunur.
Bu tür cisimler tamamen sivi dolu olan bir kaba batirildiginda, sivida erimemek sartiyla hacmi kadar hacimde sivi tasirir. Eger cisim tamamen batmiyorsa, tasan sivinin hacmi batan kismin hamine esit olur.
Tamamen dolu olmayan dereceli kaptaki siviya bir cisim atilirsa, cismin hacmine esit hacimde siviyi yer degistirir.
Eger kati bir cisim sivi içine atildiginda çözünüyorsa, cismin gerçek hacmini bulamayiz. Çünkü, cismin kati haldeki hacmi ile sivi haldeki hacmi esit olmadigi gibi, kati içinde hava bosluklari olabilir ve eridiginde hava çikar ve hacim azalir.
Dereceli kapta bulunan kuru kumun üzerine su döküldügünde, karisimin hacmi, su ve kumun ayri ayri hacimlerinin toplamindan daha küçük olur. Bunun nedeni, kum tanecikleri arasinda hava boslugu olmasi ve suyun bu bosluklari doldurmasidir. Buna göre, kumun gerçek hacmi, karisimin hacminden suyun hacmi çikarilarak bulunur.
Hacim Birimleri
Hacim V sembolü ile gösterilir. SI birim sisteminde hacim birimi m3 tür. Pratikte maddelerin hacmini ölçmek için m3 ün alt katlari olan cm3 ve dm3 kullanilir. Bir cismin hacmi bulunurken, üç boyutu çarpildigi için, hacim birimleri de uzunluk birimlerinin küpü olarak ifade edilir.
Kütle
Kütle madde miktari ile ilgili bir özelliktir. m sembolü ile gösterilir.
Agirlik ve kütle kavramlari birbirine karistirilmamalidir. Agirlik gezegenin maddeye uyguladigi kütle çekim kuvvetidir. Kütleleri esit olan cisimlerin farkli gezegenlerde agirliklari esit olmayabilir. Kütle esit kollu terazi ile ölçülür, agirlik ise dinamometre denilen yayli kantarla ölçülür.
Esit Kollu Terazi
Kütle esit kollu terazi ile ölçülür. Esit kollu terazi moment prensibine göre çalisir. Esit kollu terazinin kollari esit uzunlukta ve kefeleri özdestir.
Esit kollu terazinin duyarliligini artirmak için binici denilen bir alet kullanilir. Ölçülebilecek en küçük kütle, o terazinin duyarliligini gösterir. Binicinin kütlesi m gram ve terazinin bir kolu N tane esit bölmeye ayrilmis ise, 
orani, binicinin bir bölme hareketi durumunda saglayacagi katkinin gram karsiligini verir. Ayrica bu deger terazinin duyarliligina esittir.
Binici sag koldaki kefeye dogru 1 bölme kaydirilirsa, sag kefeye kadar gram ilave edilmis olur. Binici 5. bölmede iken katkisi ise
kadar olur.
Binicinin ardisik bir bölme yer degistirmesi 1 gram karsilik geliyor denilirse, 
olarak verilmis demektir.
Agirlik
Yeryüzünden belli bir yükseklikten serbest birakilan cisimler yer yüzeyine dogru düserler. Bu durum cisimlere yere dogru bir kuvvet uygulandigini gösterir.
Bir cisme, bulundugu noktada etki eden kütle çekim kuvvetine o cismin agirligi denir.
Agirlik vektörel bir büyüklük olup, dinamometre denilen yayli kantarla ölçülür. Agirlik kuvvetinin yönü daima dünyanin merkezine dogrudur. Kütlesi m olan bir cismin agirligi,
G = m . g
esitligi ile hesaplanir. Buradaki g, yerçekim ivmesidir.
Özkütle
Bir maddenin birim hacminin kütlesine o maddenin özkütlesi denir.
Kütle m, hacim V, özkütle d ile gösterilmek üzere
olur.SI birim sisteminde özkütle birimi kg/m3 dür. g/cm3 de özkütle birimidir. Ayni sartlarda özkütle, maddeler için ayirt edici özelliktir.
Sekildeki grafiklere göre, kati ve sivi maddelerin sicakligi sabit kalmak sarti ile kütle ile hacmi dogru orantilidir. Kütle – hacim grafiginde dogrunun egimi özkütleyi verir.
Özkütle, maddelerin hacmine ve kütlesine bagli degildir. Hacim arttikça kütle de artar, veya kütle arttikça hacim de artar ve özkütle sabit kalir.
Maddelerin özkütleleri iki nedenden dolayi degisebilir.
1. Kütle sabit kalmak sartiyla, basincin etkisiyle hacmi degisen maddelerin özkütlesi degisebilir. Basinçla madde sikistirilip hacmi azaltilirsa özkütlesi artar.
2. Sicaklik ve basinç sabit iken kütle ve hacim dogru orantili olarak degisir. Kütle sabit iken sicaklik etkisiyle hacim degisikligi olursa, özkütle degisir. d=m/V bagintisina göre, bir cismin sicakligi artarsa, hacmi de artar. Kütle sabit kalmak sarti ile hacim artarsa özkütle azalir. Sicaklik azalirsa hacim azalir ve özkütle artar.
Kütle ile hacim dogru orantili degil de sekildeki gibi degisiyorsa, egim dolayisiyla da özkütle artiyor demektir. Bu da kütle ile hacim artarken ayni zamanda sicaklik azaliyor demektir.
Eger kütle hacim grafigi sekildeki gibi degisiyorsa, kütle ve hacim artarken sicaklik da artiyor, dolayisiyla özkütle azaliyor demektir.
Sicaklik özkütleyi etkileyen bir faktör oldugu için ,maddenin ayni sicakliktaki özkütleleri karsilastirilabilir farkli sicakliklarda özkütleleri esit olan iki cismin , ayni sicakliktaki özkütleleri esit olmaz
Özagirlik
Bir maddenin birim hacminin agirligina özagirlik denir.
Karisimin Özkütlesi
Birbirine türdes olarak karisabilen ayni sicakliktaki sivilarin karistirilmasiyla, karisan sivilarin özkütlelerinden farkli özkütleli bir karisim elde edilir. Karisimin özkütlesi, birbirine karisan sivilarin özkütlelerine ve karisma oranlarina baglidir.
Iki ya da daha fazla sivinin karistirilmasiyla meydana gelen karisimin özkütlesi,
esitligi ile bulunur.
Karisimin özkütlesi, karisan sivilarin özkütleleri arasinda bir deger alir. Örnegin d1 ve d2 özkütleli sivilarin karisimlarinin özkütlesi dK olsun. Eger d1>d2 ise karisimin özkütlesi d1>dK>d2 olacak sekilde arada bir deger almak zorundadir. Hangi sividan hacimce fazla karisim olursa, karisimin özkütlesi o sivinin özkütlesine daha yakindir.
Özel Durumlar
I. Özkütleleri d1 ve d2 olan sivilardan esit hacimde karisim yapilmis ise, karisimin özkütlesi,
Karisimda özkütlesi büyük olan madde kütlece fazla demektir.
II. Karisimi meydana getiren maddelerden esit kütlede karisim yapilmis ise, karisimin özkütlesi,
bagintisi ile bulunur.
Bu tip karisimlarda özkütlesi büyük olan maddeden hacimce az karistirilmis demektir.
SIVILARIN KALDIRMA KUVVETI
Sivi içerisine kismen veya tamamen batan cisimler sivi tarafindan yukari dogru itilirler. Bu itme kuvveti, sivilarin cisimlere uyguladigi kaldirma kuvvetidir.
Siviya batirilan bir tahta parçasi yukari çikmak ister. Tahta parçasinin tamamini batacak sekilde sivi içinde tutabilmek için üstten bir kuvvet uygulamak gerekir.
Cismi yukari çikmaya zorlayan kaldirma kuvveti, cisim tarafindan yeri degistirilen sivinin agirligina esittir. Yeri degisen sivinin hacmi, cismin batan kisminin hacmine esit oldugundan, kaldirma kuvveti.
Fkal = Vb . rsivi
bagintisi ile hesaplanir. Burada rsivi = d . g dir. Yani sivinin özagirligi, sivinin özkütlesi ile çekim ivmesinin çarpimina esittir.
Cisimlere uygulanan sivi kaldirma kuvveti sivinin özkütlesine baglidir. Yukaridaki sekillerde de görüldügü gibi ayni cismin farkli sivilardaki konumlari farkli olabilmektedir.
Sivi içindeki serbest cisimlere agirlik kuvveti ile kaldirma kuvveti etki eder. Bu iki kuvvet düsey dogrultuda ve zit yönlü kuvvetlerdir. Cisimlerin sivi içinde batmalari veya yüzmeleri yani sividaki durumlari bu iki kuvvetin büyüklügüne baglidir.
Sekil – I de saf su içine atilan yumurta dibe batar. Suya tuz ilave edilerek karistirildiginda yumurta Sekil – II deki gibi yüzmeye baslar. Bunun nedeni suya tuz karistirildiginda suyun özkütlesinin artmasi ve F = Vb . d . g bagintisina göre, kaldirma kuvvetinin büyümesi, dolayisiyla bileske kuvvetin yukari dogru olmasi ve yumurtayi yukari yönde hareket ettirmesidir.
Yüzen Cisimler
Siviya birakilan bir cismin hacminin bir kismi sivi disinda kalacak sekilde dengede kaliyorsa bu cisme yüzen cisim denir. Cismin yüzebilmesi için özkütlesi sivinin özkütlesinden küçük
(dcisim < dsivi) olmalidir.
Yüzen cisim dengede iken cisme uygulanan kaldirma kuvveti ile cismin agirlik kuvveti büyüklükçe esit olur. Bir cisim sivi içine iyice daldirilip birakilirsa tekrar bir kismi sivi disinda olacak sekilde yüzer. Böyle yüzen cisimlerde
G = FK oldugundan
bagintisi elde edilir. Bu bagintiya göre cismin batan hacminin bütün hacmine orani, cismin özkütlesinin, sivinin özkütlesinin oranina esittir.
Askida Kalan Cisimler
Sekildeki gibi hacminin tamami sivi içinde olacak biçimde bir yere temas etmeden dengede kalan cisimlere askida kalan cisimler denir. Cismin askida kalabilmesi için özkütlesi, sivinin özkütlesine esit olmalidir. Bu durumda cisim kabin tabanina birakilsa bile cismin tabanla irtibati kesilir. Yani askida kalan cisim herhangi bir yere temas etmez. Askida kalan cisim dengede oldugu için cisme uygulanan kaldirma kuvveti cismin agirligina (Fk = G) esittir.
Batan Cisimler
Özkütlesi sivinin özkütlesinden büyük olan (dC > dS) cisimler siviya birakildiginda bir engelle karsilasincaya kadar yoluna devam ederler. Bu tür cisimlere batan cisimler denir.
Batan cisimlerin agirlik kuvveti cisme etki eden kaldirma kuvvetinden daha büyüktür (Fk < G).
ÖZEL DURUMLAR
1. Bir cismin ayni sivi içinde hacminin tamami batmak sartiyla kaldirma kuvveti cismin sivi içindeki derinligine bagli degildir.
2. Sivi içine daldirilan bir cisim, havadaki agirligina göre, görünen agirligi kaldirma kuvveti kadar hafifler. Sekilde sivi içindeki cismin görünen agirligi
T = G – FK dir.
3. Kati bir cisim kendi sivisinda yüzüyorsa, cisim eridiginde sivi seviyesi degismez. Örnegin
su içinde olan buz eridiginde, kaptaki su düzeyi degismez.
4. Özkütlesi sivininkinden küçük ya da sivininkine esit olan cisimler, tasma seviyesine kadar olan siviya birakildiklarinda agirliklari kadar agirlikta sivi tasirirlar. Dolayisiyla kabin toplam agirligi degismez.
Özkütlesi sivininkinden büyük olan bir cisim birakilirsa, cisim batar ve tasan sivinin hacmi cismin hacmine esit olmasina ragmen sivinin özkütlesi cismin özkütlesinden küçük oldugundan kap agirlasir.
5. Sekildeki esit kollu terazinin sol kefesinde gram, sag kefesinde ise içinde sivi olan kapla denge saglaniyor. Daha sonra ipe bagli bir cisim sivi içine daldirilarak asiliyor. bu durumda cisme sivi tarafindan kaldirma kuvveti uygulanir (etki), cisim ise siviya asagi yönlü esit büyüklükte tepki gösterir. Dolayisiyla terazinin dengesi bozulur. Dengenin yeniden saglanmasi için sol kefeye kaldirma kuvvetine degerce esit agirlikta cisim konulmalidir.
6. Gazlarda, sivilar gibi cisimlere kaldirma kuvveti uygular. Bu kaldirma kuvvetinin degeri sivilarda oldugu gibi cisim tarafindan yeri degistirilen havanin agirligina esittir. Havanin kaldirma kuvveti
FK = VC . dhava . g
bagintisindan hesaplanir.
Bu bagintiya göre, hacmi büyük olan cisimlere hava tarafindan uygulanan kaldirma kuvveti de büyük olur.
-
Bir cismin agirligi, havanin kaldirma kuvvetinden büyük ise, cisim yere dogru düser. GC > FK
-
Bir cismin agirligi, havanin kaldirma kuvvetine esit ise, cisim havada askida kalir.GC = FK
-
Bir cismin agirligi havanin kaldirma kuvvetinden küçük ise, cisim yükselir. GC<FK
-
Sekil – I de hava ortaminda esit kollu terazinin kollarina asilarak hacimleri farkli cisimler dengeleniyor. Hava bosaltildiginda terazi Sekil – II deki durumu aliyor. Çünkü hava ortaminda, hacmi büyük olan cisme daha fazla kaldirma kuvveti uygulanir. Hava disari alindiginda bu kuvvet ortadan kalktigi için hacmi büyük olan cisim asagi iner.
Eger havasiz ortamda ayni terazi dengelendikten sonra hava ortamina çikarilsaydi, bu durumda da hacmi büyük olan cisim yukari kalkardi.
7. Kaldirma kuvveti cismin batan kisminin hacim merkezine uygulanir. Sekilde yarisi siviya batmis esit bölmeli türdes çubugun batan iki bölmeli kisminin ortasina kaldirma kuvveti uygulanir.
