TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ I - Deneme Sınavı - 1

Akışkanlar Mekaniği; sıvı ve gaz halindeki maddelerin fiziksel davranışlarını, yani akışkanları inceleyen bir bilim dalıdır ve fen ve mühendislik bilimlerinde önemli yer tutar. Akışkanlar mekaniği su alt başlıklarda incelenir: Akışkanlar Statiği, Akışkanlar Kinematiği ve Akışkanlar Dinamiği.

Madde, genelde, katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç duruma ayrılarak sınıflandırılır.

"Maddenin sıvı hali, kristal ya da amorf olarak sınıflandırılabilir." ifadesinde verilen maddenin katı halinin özelliğidir.", "Maddenin sıvı halinde, moleküller birbirleri üzerine sadece zayıf kuvvette etki yaparlar.", "Maddenin sıvı halinde, moleküller arasındaki ortalama uzaklıklar, moleküllerin boyutlarıyla karşılaştırıldığında oldukça büyüktür." ve "Maddenin sıvı hali, katı halinden daha yüksek sıcaklıkta bulunur." ifadelerinde verilenler ise maddenin gaz halinin özelliklerindendir. Bir maddenin sıvı hali, katı halinden daha yüksek sıcaklıkta bulunur. Dışarıdan yapılan ısısal uyarılar, maddenin katı haline göre sıvı halinde daha etkili olmaktadır. Sonuç olarak; sıvıdaki moleküler kuvvetler, molekülleri sabit konumlarda tutmaya yeterli değildir ve moleküller sıvı içinde gelişigüzel, rastgele dolaşırlar.

"Bir cismin kütlesi ile hızının çarpımı demektir.", "Birimi, kg.m/s’dir." ve "Cismin özkütlesinin bilinmesi için hangi yönde hareket ettiğinin bilinmesi gereklidir." ifadelerinde verilenler momentumun tanımı ve özellikleridir. "Cisme etkiyen kuvvet ile kuvvetin etki süresinin çarpımıdır." ifadesinde verilen itmenin tanımıdır. Bir maddenin özkütlesi (yoğunluğu) birim hacminin kütlesi olarak tanımlanır. Özkütle birimleri, SI sisteminde kg/m³ ve CGS sisteminde g/cm³’dür.

Momentum, bir cismin kütlesi ile hızının çarpımı demektir. Bir maddenin özkütlesi (yoğunluğu,) birim hacminin kütlesi olarak tanımlanır. Bir maddenin bağıl yoğunluğu, özkütlenin 4°C deki suyun özkütlesine oranı olarak tanımlanır. Özgül ağırlık, cismin birim hacminin ağırlığıdır.

Basınç ölçmek için çeşitli basit düzenekler kullanılır. Açık kollu manometre ve cıvalı barometre bunlardan ikisidir. E. Toriçelli tarafından bulunan cıvalı barometre; bir ucu kapalı cıva (Hg) ile doldurulmuş cam bir boru ve bu borunun ters çevrilerek daldırıldığı cıva dolu bir kaptan oluşmaktadır.

Sıvı içindeki basıncın sadece sıvının derinliğine bağlı olmasından dolayı sıvının yüzeyine yapılan basıncın sıvının diğer bütün noktalarına aynen iletildiği sonucuna varılır. Bu ilke ilk kez Fransız bilgin Pascal tarafından ortaya atılmıştır ve Pascal Prensibi olarak bilinir. En önemli çeldirici olan A seçeneğinde verilen Archimedes Prensibi kaldırma kuvveti ile ilgilidir. Sıvı içindeki cisme, batan kısmının hacmi kadar sıvının ağırlığına eşit büyüklükte düşey doğrultuda, sıvının serbest yüzeyine doğru yönelmiş bir kaldırma kuvveti etki eder. Böyle bir itme kuvvetinin varlığı ilk kez deneysel yöntemle Archimedes tarafından bulunmuştur ve bu sebeple bu etki Archimedes Prensibi olarak adlandırılır.

“Madde ne yoktan var edilebilir ne de yok edilebilir” seklinde ifade edilen kütlenin korunumu prensibi, Fransız kimyacısı, A. L. Lavaisier tarafından klasik olarak ifade edilmiştir.

Daniel Bernoulli, akışkanlar dinamiği konusundaki ilk çalışmaların sahibidir. O zamana kadar akan bir akışkanın enerjisi hakkında hiçbir şey bilinmezken; Daniel Bernoulli, akan akışkanların kinetik, basınç ve potansiyel enerjilerine sahip olduğunu ve bu enerjilerin birbirine dönüşebildiğini göstermiştir. Geliştirdiği formüller halen akışkanlar mekaniğinin temelini oluşturmaktadır.

Gerçek sıvılarda mevcut olan, ancak ideal tanımlarda ihmal ettiğimiz sıvı moleküllerinin birbirleri arasındaki çekme kuvvetinin sıvıya kazandırdığı özelliğe kohezyon denir. Adhezyon ise; sıvı ile müşterek bir yüzey teşkil eden katı ile sıvı arasındaki çekim kuvveti olarak tanımlanır. Yani aynı cins moleküllerin birbirini çekmesine kohezyon, farklı cins moleküllerin birbirini çekmesine adhezyon denir.

Akışkanlar Mekaniği; sıvı ve gaz halindeki maddelerin fiziksel davranışlarını, yani akışkanları inceleyen bir bilim dalıdır ve fen ve mühendislik bilimlerinde önemli yer tutar. Akışkanlar mekaniği şu alt başlıklarda incelenir: Akışkanlar Statiği, Akışkanlar kinematiği, Akışkanlar Dinamiği.

Cam kristal katı yapıya örnektir.

Bir maddenin bağıl yoğunluğu; özkütlenin, 4°C deki suyun özkütlesine oranı olarak tanımlanabilir. Özkütle ile özgül ağırlık farklı kavramlardır.

Bir cismin özkütlesi, sıcaklık değişimi kütleyi etkilemeyip hacmi etkilediğinden üç cismin sıcaklığını da 40°C’ye getirerek özkütlelerini karşılaştıralım:
A maddesi 50°C’den 40°C’ye soğutulursa hacmi küçülür ve özkütlesi 3g/cm³’den büyük olur.
B maddesi de 30°C’den 40°C’ye kadar ısıtılırsa hacmi büyür ve özkütlesi 3g/cm³’den küçük olur. O halde aynı sıcaklıkta özkütleler arasında, da > db > dc ilişkisi vardır.

P =d gh =dgh
d_s g 80cm= (1g/cm³) g 120cm,
d_s = 120/80 = 1,5  g/cm³

P= d.h.g
P= 1025 kg/m3 (60m) 9,8m/s2 =602700 Pa

Viskoz olmayan, sıvının her noktasında hızının ve özkütlesinin zamanla sabit kaldığı girdapsız akışlar ideal akışkan modeline uyarlar.

Debi: Birim zamanda sistemden geçen hacimdir.