Madde ve Özellikleri-Konu Anlatımı

Uzayda yer kaplayan, kütlesi, hacmi olan ve eylemsizliğe uyan varlıklara
madde denir. Maddeler katı, sıvı ve gaz halinde bulunabilir. Maddenin
şekil almış haline de cisim denir.
Maddelerin Ortak Özellikleri
Bütün maddelerde bulunan özelliğe ortak özellik denir. Bir maddenin
yalnız kendine ait özelliğine ise, ayırt edici özellik denir.
Maddelerin ortak özellikleri,
1. Eylemsizlik
2. Hacim
3. Kütle
Bir maddenin sahip olduğu hareket ve şekil durumunu koruma meyline
eylemsizlik denir. Arabadan inmek isteyen bir yolcu, araba henüz
durmadan önce inerse, arabanın hareket yönünde gitmek zorunda kalır.
Arabada iken hızı olan yolcu inincede bu hızını devam ettirmek
isteyecektir. Bu durum bütün maddeler için geçerlidir. Duran madde
durmak ister, hareket halindeki ise hareketini devam ettirmek ister.
2. Hacim
Maddelerin uzayda kapladığı yere hacim denir. İki madde birlikte aynı
hacmi işgal edemez. Örneğin bir bardağa su konulduğunda bardağın
içindeki hava, kabı terkeder.
Katı maddelerin belli bir şekli ve hacmi vardır. Sıvı maddelerin belli
bir hacimleri olmasına rağmen belirli bir şekilleri yoktur, konuldukları
tabın şeklini alırlar. Gazların ise hem belirgin hacimleri hem de
belirgin şekilleri yoktur. Konuldukları kapların hacmini ve şeklini
alırlar.

Geometrik Biçimli Cisimlerin Hacimleri
Geometrik şekilli, dikdörtgenler prizması, küp, silindir, küre ve koni
şeklindeki katı cisimlerin hacimleri, boyutları ölçülerek hesaplanır.
Dikdörtgenler prizmasının hacmi farklı üç kenarının çarpımına eşittir.

Hacim = En . boy . yükseklik
V = a . b. c dir.
Üç kenarı da eşit ve a kadar olan küpün hacmi
V = a3 dür.
Taban yarıçapı r, yüksekliği h olan silindirin hacmi, taban alanı ile
yüksekliğinin çarpımına eşittir.
V = pr2 . h dir.
Yarıçapı r olan kürenin hacmi



Düzgün Olmayan Cisimlerin Hacimleri
Düzgün geometrik yapıda olmayan katı cisimlerin hacimleri, dereceli
kaplardaki sıvılardan yararlanılarak bulunur.
Bu tür cisimler tamamen sıvı dolu olan bir kaba batırıldığında, sıvıda
erimemek şartıyla hacmi kadar hacimde sıvı taşırır. Eğer cisim tamamen
batmıyorsa, taşan sıvının hacmi batan kısmın hamine eşit olur.

Tamamen dolu olmayan dereceli kaptaki sıvıya bir cisim atılırsa, cismin
hacmine eşit hacimde sıvıyı yer değiştirir.
Eğer katı bir cisim sıvı içine atıldığında çözünüyorsa, cismin gerçek
hacmini bulamayız. Çünkü, cismin katı haldeki hacmi ile sıvı haldeki
hacmi eşit olmadığı gibi, katı içinde hava boşlukları olabilir ve
eridiğinde hava çıkar ve hacim azalır.
Dereceli kapta bulunan kuru kumun üzerine su döküldüğünde, karışımın
hacmi, su ve kumun ayrı ayrı hacimlerinin toplamından daha küçük olur.
Bunun nedeni, kum tanecikleri arasında hava boşluğu olması ve suyun bu
boşlukları doldurmasıdır. Buna göre, kumun gerçek hacmi, karışımın
hacminden suyun hacmi çıkarılarak bulunur.
Hacim Birimleri
Hacim V sembolü ile gösterilir. SI birim sisteminde hacim birimi m3 tür.
Pratikte maddelerin hacmini ölçmek için m3 ün alt katları olan cm3 ve
dm3 kullanılır. Bir cismin hacmi bulunurken, üç boyutu çarpıldığı için,
hacim birimleri de uzunluk birimlerinin küpü olarak ifade edilir.
Kütle
Kütle madde miktarı ile ilgili bir özelliktir. m sembolü ile gösterilir.
Ağırlık ve kütle kavramları birbirine karıştırılmamalıdır. Ağırlık
gezegenin maddeye uyguladığı kütle çekim kuvvetidir. Kütleleri eşit olan
cisimlerin farklı gezegenlerde ağırlıkları eşit olmayabilir. Kütle eşit
kollu terazi ile ölçülür, ağırlık ise dinamometre denilen yaylı
kantarla ölçülür.
Eşit Kollu Terazi
Kütle eşit kollu terazi ile ölçülür. Eşit kollu terazi moment prensibine
göre çalışır. Eşit kollu terazinin kolları eşit uzunlukta ve kefeleri
özdeştir.
Eşit kollu terazinin duyarlılığını artırmak için binici denilen bir alet
kullanılır. Ölçülebilecek en küçük kütle, o terazinin duyarlılığını
gösterir. Binicinin kütlesi m gram ve terazinin bir kolu N tane eşit
bölmeye ayrılmış ise, oranı, binicinin bir bölme hareketi durumunda
sağlayacağı katkının gram karşılığını verir. Ayrıca bu değer terazinin
duyarlılığına eşittir.

Binici sağ koldaki kefeye doğru 1 bölme kaydırılırsa, sağ kefeye kadar
gram ilave edilmiş olur. Binici 5. bölmede iken katkısı ise kadar olur.
Binicinin ardışık bir bölme yer değiştirmesi 1 gram karşılık geliyor
denilirse, olarak verilmiş demektir.
Ağırlık
Yeryüzünden belli bir yükseklikten serbest bırakılan cisimler yer
yüzeyine doğru düşerler. Bu durum cisimlere yere doğru bir kuvvet
uygulandığını gösterir.
Bir cisme, bulunduğu noktada etki eden kütle çekim kuvvetine o cismin
ağırlığı denir.
Ağırlık vektörel bir büyüklük olup, dinamometre denilen yaylı kantarla
ölçülür. Ağırlık kuvvetinin yönü daima dünyanın merkezine doğrudur.
Kütlesi m olan bir cismin ağırlığı,
G = m . g
eşitliği ile hesaplanır. 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. Aynı şartlarda özkütle, maddeler için ayırt edici özelliktir.

Şekildeki grafiklere göre, katı ve sıvı maddelerin sıcaklığı sabit
kalmak şartı ile kütle ile hacmi doğru orantılıdır. Kütle �hacim
grafiğinde doğrunun eğimi özkütleyi verir.

Özkütle, maddelerin hacmine ve kütlesine bağlı değildir. Hacim arttıkça
kütle de artar, veya kütle arttıkça hacim de artar ve özkütle sabit
kalır.
Maddelerin özkütleleri iki nedenden dolayı değişebilir.
1. Kütle sabit kalmak şartıyla, basıncın etkisiyle hacmi değişen
maddelerin özkütlesi değişebilir. Basınçla madde sıkıştırılıp hacmi
azaltılırsa özkütlesi artar.
2. Sıcaklık ve basınç sabit iken kütle ve hacim doğru orantılı olarak
değişir. Kütle sabit iken sıcaklık etkisiyle hacim değişikliği olursa,
özkütle değişir. d=m/V bağıntısına göre, bir cismin sıcaklığı artarsa,
hacmi de artar. Kütle sabit kalmak şartı ile hacim artarsa özkütle
azalır. Sıcaklık azalırsa hacim azalır ve özkütle artar.
Kütle ile hacim doğru orantılı değil de şekildeki gibi değişiyorsa, eğim
dolayısıyla da özkütle artıyor demektir. Bu da kütle ile hacim artarken
aynı zamanda sıcaklık azalıyor demektir.
Eğer kütle hacim grafiği şekildeki gibi değişiyorsa, kütle ve hacim
artarken sıcaklık da artıyor, dolayısıyla özkütle azalıyor demektir.

Sıcaklık özkütleyi etkileyen bir faktör olduğu için ,maddenin aynı
sıcaklıktaki özkütleleri karşılaştırılabilir farklı sıcaklıklarda
özkütleleri eşit olan iki cismin, aynı sıcaklıktaki özkütleleri eşit
olmaz
Özağırlık
Bir maddenin birim hacminin ağırlığına özağırlık denir.

Karışımın Özkütlesi
Birbirine türdeş olarak karışabilen aynı sıcaklıktaki sıvıların
karıştırılmasıyla, karışan sıvıların özkütlelerinden farklı özkütleli
bir karışım elde edilir. Karışımın özkütlesi, birbirine karışan
sıvıların özkütlelerine ve karışma oranlarına bağlıdır.
İki ya da daha fazla sıvının karıştırılmasıyla meydana gelen karışımın
özkütlesi,

eşitliği ile bulunur.

Karışımın özkütlesi, karışan sıvıların özkütleleri arasında bir değer
alır. Örneğin d1 ve d2 özkütleli sıvıların karışımlarının özkütlesi dK
olsun. Eğer d1>d2 ise karışımın özkütlesi d1>dK>d2 olacak
şekilde arada bir değer almak zorundadır. Hangi sıvıdan hacimce fazla
karışım olursa, karışımın özkütlesi o sıvının özkütlesine daha yakındır.

Özel Durumlar
I. Özkütleleri d1 ve d2 olan sıvılardan eşit hacimde karışım yapılmış
ise, karışımın özkütlesi,

Karışımda özkütlesi büyük olan madde kütlece fazla demektir.
II. Karışımı meydana getiren maddelerden eşit kütlede karışım yapılmış
ise, karışımın özkütlesi,bağıntısı ile bulunur.
Bu tip karışımlarda özkütlesi büyük olan maddeden hacimce az
karıştırılmış demektir.
SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ
Sıvı içerisine kısmen veya tamamen batan cisimler sıvı tarafından yukarı
doğru itilirler. Bu itme kuvveti, sıvıların cisimlere uyguladığı
kaldırma kuvvetidir.
Sıvıya batırılan bir tahta parçası yukarı çıkmak ister. Tahta parçasının
tamamını batacak şekilde sıvı içinde tutabilmek için üstten bir kuvvet
uygulamak gerekir.
Cismi yukarı çıkmaya zorlayan kaldırma kuvveti, cisim tarafından yeri
değiştirilen sıvının ağırlığına eşittir. Yeri değişen sıvının hacmi,
cismin batan kısmının hacmine eşit olduğundan, kaldırma kuvveti.

Fkal = Vb . rsıvı
bağıntısı ile hesaplanır. Burada rsıvı = d . g dir. Yani sıvının
özağırlığı, sıvının özkütlesi ile çekim ivmesinin çarpımına eşittir.

Cisimlere uygulanan sıvı kaldırma kuvveti sıvının özkütlesine bağlıdır.
Yukarıdaki şekillerde de görüldüğü gibi aynı cismin farklı sıvılardaki
konumları farklı olabilmektedir.
Sıvı içindeki serbest cisimlere ağırlık kuvveti ile kaldırma kuvveti
etki eder. Bu iki kuvvet düşey doğrultuda ve zıt yönlü kuvvetlerdir.
Cisimlerin sıvı içinde batmaları veya yüzmeleri yani sıvıdaki durumları
bu iki kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır.
Şekil �I de saf su içine atılan yumurta dibe batar. Suya tuz ilave
edilerek karıştırıldığında yumurta Şekil �II deki gibi yüzmeye başlar.
Bunun nedeni suya tuz karıştırıldığında suyun özkütlesinin artması ve F =
Vb . d . g bağıntısına göre, kaldırma kuvvetinin büyümesi, dolayısıyla
bileşke kuvvetin yukarı doğru olması ve yumurtayı yukarı yönde hareket
ettirmesidir.


Yüzen Cisimler
Sıvıya bırakılan bir cismin hacminin bir kısmı sıvı dışında kalacak
şekilde dengede kalıyorsa bu cisme yüzen cisim denir. Cismin yüzebilmesi
için özkütlesi sıvının özkütlesinden küçük
(dcisim < dsıvı) olmalıdır.

Yüzen cisim dengede iken cisme uygulanan kaldırma kuvveti ile cismin
ağırlık kuvveti büyüklükçe eşit olur. Bir cisim sıvı içine iyice
daldırılıp bırakılırsa tekrar bir kısmı sıvı dışında olacak şekilde
yüzer. Böyle yüzen cisimlerde
G = FK olduğundan

bağıntısı elde edilir. Bu bağıntıya göre cismin batan hacminin bütün
hacmine oranı, cismin özkütlesinin, sıvının özkütlesinin oranına
eşittir.
Askıda Kalan Cisimler

Şekildeki gibi hacminin tamamı sıvı içinde olacak biçimde bir yere temas
etmeden dengede kalan cisimlere askıda kalan cisimler denir. Cismin
askıda kalabilmesi için özkütlesi, sıvının özkütlesine eşit olmalıdır.
Bu durumda cisim kabın tabanına bırakılsa bile cismin tabanla irtibatı
kesilir. Yani askıda kalan cisim herhangi bir yere temas etmez. Askıda
kalan cisim dengede olduğu için cisme uygulanan kaldırma kuvveti cismin
ağırlığına (Fk = G) eşittir.


Batan Cisimler
Özkütlesi sıvının özkütlesinden büyük olan (dC > dS) cisimler sıvıya
bırakıldığında bir engelle karşılaşıncaya kadar yoluna devam ederler. Bu
tür cisimlere batan cisimler denir.
Batan cisimlerin ağırlık kuvveti cisme etki eden kaldırma kuvvetinden
daha büyüktür (Fk < G).


ÖZEL DURUMLAR
1. Bir cismin aynı sıvı içinde hacminin tamamı batmak şartıyla kaldırma
kuvveti cismin sıvı içindeki derinliğine bağlı değildir.
2. Sıvı içine daldırılan bir cisim, havadaki ağırlığına göre, görünen
ağırlığı kaldırma kuvveti kadar hafifler. Şekilde sıvı içindeki cismin
görünen ağırlığı
T = G �FK dir.


3. Katı bir cisim kendi sıvısında yüzüyorsa, cisim eridiğinde sıvı
seviyesi değişmez. Örneğin su içinde olan buz eridiğinde, kaptaki su
düzeyi değişmez.


4. Özkütlesi sıvınınkinden küçük ya da sıvınınkine eşit olan cisimler,
taşma seviyesine kadar olan sıvıya bırakıldıklarında ağırlıkları kadar
ağırlıkta sıvı taşırırlar. Dolayısıyla kabın toplam ağırlığı değişmez.
Özkütlesi sıvınınkinden büyük olan bir cisim bırakılırsa, cisim batar ve
taşan sıvının hacmi cismin hacmine eşit olmasına rağmen sıvının
özkütlesi cismin özkütlesinden küçük olduğundan kap ağırlaşır.


5. Şekildeki eşit kollu terazinin sol kefesinde gram, sağ kefesinde ise
içinde sıvı olan kapla denge sağlanıyor. Daha sonra ipe bağlı bir cisim
sıvı içine daldırılarak asılıyor. bu durumda cisme sıvı tarafından
kaldırma kuvveti uygulanır (etki), cisim ise sıvıya aşağı yönlü eşit
büyüklükte tepki gösterir. Dolayısıyla terazinin dengesi bozulur.
Dengenin yeniden sağlanması için sol kefeye kaldırma kuvvetine değerce
eşit ağırlıkta cisim konulmalıdır.


6. Gazlarda, sıvılar gibi cisimlere kaldırma kuvveti uygular. Bu
kaldırma kuvvetinin değeri sıvılarda olduğu gibi cisim tarafından yeri
değiştirilen havanın ağırlığına eşittir. Havanın kaldırma kuvveti
FK = VC . dhava . g
bağıntısından hesaplanır.
Bu bağıntıya göre, hacmi büyük olan cisimlere hava tarafından uygulanan
kaldırma kuvveti de büyük olur.
* Bir cismin ağırlığı, havanın kaldırma kuvvetinden büyük ise, cisim
yere doğru düşer. GC > FK
* Bir cismin ağırlığı, havanın kaldırma kuvvetine eşit ise, cisim havada
askıda kalır.GC = FK
* Bir cismin ağırlığı havanın kaldırma kuvvetinden küçük ise, cisim
yükselir. GC
* Şekil �I de hava ortamında eşit kollu terazinin kollarına asılarak
hacimleri farklı cisimler dengeleniyor. Hava boşaltıldığında terazi
Şekil �II deki durumu alıyor. Çünkü hava ortamında, hacmi büyük olan
cisme daha fazla kaldırma kuvveti uygulanır. Hava dışarı alındığında bu
kuvvet ortadan kalktığı için hacmi büyük olan cisim aşağı iner.
Eğer havasız ortamda aynı terazi dengelendikten sonra hava ortamına
çıkarılsaydı, bu durumda da hacmi büyük olan cisim yukarı kalkardı.
7. Kaldırma kuvveti cismin batan kısmının hacim merkezine uygulanır.
Şekilde yarısı sıvıya batmış eşit bölmeli türdeş çubuğun batan iki
bölmeli kısmının ortasına kaldırma kuvveti uygulanır.