Kaldırma kuvveti

Yüz binlerce ton çelikten yapılmış bir gemi yüzer, küçük bir taş ise batar. Bu görünür çelişkinin cevabı, MÖ 3. yüzyılda Arşimet'in tanımladığı kaldırma kuvvetinde saklıdır.

Arşimet prensibi

Akışkan içindeki bir cisme, yerini değiştirdiği akışkanın ağırlığı kadar yukarı doğru kuvvet etki eder:

Fk = ρ(akışkan) × V(batan) × g

Burada ρ akışkanın yoğunluğu (kg/m³), V cismin akışkan içinde kalan hacmi (m³), g yer çekimi ivmesidir (≈ 9,81 m/s²).

Örnek

2 litrelik (0,002 m³) bir cisim tamamen suya batırılsın. Suyun yoğunluğu 1.000 kg/m³ ise: 1.000 × 0,002 × 9,81 = 19,62 N. Cismin ağırlığı bundan azsa yükselir ve yüzeye çıkıp kısmen batmış hâlde dengede kalır; fazlaysa batar. Bu hesap kaldırma kuvveti hesaplama aracında farklı akışkanlar için hazır yapılır.

Yüzme, batma ve askıda kalma

• Cismin ortalama yoğunluğu akışkandan küçükse yüzer.
• Eşitse akışkan içinde askıda kalır (denizaltıların balast tanklarıyla yaptığı gibi).
• Büyükse batar.

Gemi çelikten yapılsa da içi boş gövdesi büyük bir su hacmini yerinden ettiği için ortalama yoğunluğu sudan küçüktür. Deniz suyu tatlı sudan daha yoğun olduğundan aynı gemi denizde biraz daha az batar. Sıcak hava balonları da aynı ilkeyle havada yükselir: İçindeki ısınmış hava, dışarıdaki soğuk havadan daha hafiftir.

Uçak kanadında oluşan aerodinamik kaldırma ise farklı bir mekanizmadır; basınç farkı ve hava akışının yön değiştirmesiyle oluşur ve uçak kaldırma kuvveti aracında ayrıca hesaplanır.