Kaldırma kuvveti, bir sıvı veya gaz içinde bulunan bir cisme, bulunduğu ortam tarafından uygulanan yukarı yönlü kuvvettir. 9. sınıf fizik müfredatında kaldırma kuvveti konusu, bir cismin neden suya batmadığını veya neden suyun üstünde yüzdüğünü açıklamak için kullanılır. Bu kuvvet, sıvının cisme uyguladığı basınç farklarından kaynaklanır.
Durgun akışkanlar içinde bulunan cisimler, akışkan tarafından yukarı doğru bir kuvvetle karşılaşır. Bu kuvvete kaldırma kuvveti denir. İlk kez Archimedes tarafından keşfedilen bu kuvvetin büyüklüğü, batmış cismin hacmi, sıvının yoğunluğu ve yerçekimi ivmesi ile doğru orantılıdır.
Kaldırma kuvvetinin formülü şu şekildedir:
Bu formül bize şunu anlatır:
- Tamamen ya da kısmen sıvı içerisine batmış bir cisme uygulanan kaldırma kuvveti, cisim tarafından yer değiştiren sıvının ağırlığına eşittir.
- Kaldırma kuvveti, cismin sıvı içinde kalan hacmi ile sıvının yoğunluğu ve yerçekimi ivmesi ile doğru orantılı olarak artar.
1. Yüzme Durumu
Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan küçükse, cisim sıvının bir kısmı dışarıda kalacak şekilde yüzer. Bu durumda, cisme etki eden kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir. Cisim bu koşulda yüzmeye devam eder.
Fk = G
ds > dc
Sonuç= Cisim yüzer.
2. Askıda Kalma Durumu
Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğuna eşitse, cisim sıvı içinde herhangi bir yükseklikte askıda kalır. Kaldırma kuvveti bu durumda cismin ağırlığına eşittir. Cisim askıda durur.
Fk = G
ds = dc
Sonuç: Cisim askıda kalır.
3. Batma Durumu
Cismin yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan büyükse, cisim dibe batar. Kap tabanına uygulanan kuvvet, cismin ağırlığı ile kaldırma kuvveti arasındaki fark olarak hesaplanır. Cisim bu durumda dibe çöker.
Fk < G
ds < dc
Sonuç: Cisim dibe batar.
Birbirine Karışmayan Sıvılarda Kaldırma Kuvveti
- Bir cisim birbirine karışmayan iki sıvıda şekildeki gibi askıda ise sıvıların cisme uyguladığı toplam kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir. Cismin V1 hacmindeki kısmı d1 özkütleli sıvı içerisinde, V2 hacmindeki kısmı ise d2 özkütleli sıvı içerisindedir.
Cisimlerin İçinde Boşluk Olduğunda Kaldırma Kuvveti
Cisimlerin içlerinde boşluk varsa cismin özkütlesi yapıldığı maddenin özkütlesinden küçük olur. İçi dolu küresel cismin özkütlesi cismin yapıldığı maddenin özkütlesine eşit iken, içerisinde boşluk olan küresel cismin özkütlesi cismin yapıldığı maddenin özkütlesinden küçüktür. Çeliğin özkütlesi, suyun özkütlesinden büyüktür. Çelik, suya bırakıldığında suya batar. Fakat çelikten yapılmış gemilerde oluşturulan boşluk nedeniyle geminin ortalama özkütlesi suyun özkütlesinden daha da küçültülerek geminin suda yüzmesi sağlanır.
