Küçücük bir çivi suda batarken, dev bir gemi neden batmıyor?

Suda yüzen yahut batan cisimleri incelediğinizde, garip üzere gözüken pek çok farklı cisim bulabilirsiniz. Geçtiğimiz gün Physics Is Fun (Fizik Eğlencelidir) Facebook kümesinde sorulan bir soru da buna örnek verilebilir. Bir kullanıcı “Çiviler suya batıyor ama demir ve çelik gemiler yüzüyor, bu neden böyle?” diye sordu.

Kaldırma kuvveti nedir?

Bu sorunun karşılığını vermek için, öncelikle kaldırma kuvveti hakkında biraz bilgi sahibi olmamız gerekiyor. Kaldırma kuvveti, bir akışkanın (sıvıların yanı sıra hava dahil herhangi bir akan madde) içindeki tüm cisimlere üste hakikat uygulanan kuvvettir. Bu kuvvet, daha derin kısımlara indikçe akışkanın içindeki basıncın artmasından kaynaklanır. Akışkan içindeki bir objenin derinliklerindeki basınç, üst kısımlardakinden daha yüksektir ve bu da üst gerçek kuvvete neden olur. Arşimed prensibi, bir akışkana kısmen yahut büsbütün daldırılmış bir cismin, yerini değiştirdiği sıvının tartısına eşit büyüklükte bir kaldırma kuvveti tarafından etkilendiğini belirtir.

Bir akışkanın kaldırma kuvveti, içine yerleştirilen bir objenin aşağı hakikat uyguladığı kuvvetten (kütlesi çarpı yerçekimi alanı kuvveti) daha büyükse, obje yüzer. Fakat yüzeydeyken sudan daha ağır olan objeler, kuvvetler eşitlenene kadar batacaktır.

Yani bir çivi, sudan daha ağır olduğu için batar. Suyun yüzey tansiyonu tarafından yüzer bir formda tutulabilen daha küçük objeler için kimi istisnalar bulunsa da, genel olarak birden fazla cisim bu kuralı takip eder.

Çivi batarken gemi nasıl yüzüyor?

Ancak çelik sudan daha ağır olsa da, yüzbinlerce ton yük taşıyabilen kargo gemileri (dış bir etki olmadığı sürece) batmadan yüzmeyi başarabiliyor. Bütün bir çelik obje elbette suya batacaktır, lakin gemiler, büsbütün çelikle dolu cisimler değildir. Gemileri yüzer bir formda tutan şey, içlerinin hava da dahil olmak üzere öbür pek çok gereçle dolu olmasıdır. Bu farklı materyaller sayesinde bir geminin ortalama yoğunluğu, suyun yoğunluğundan daha düşük olur ve münasebetiyle üste yanlışsız uygulanan kuvvet, onu okyanusun tabanına çeken kuvvetten daha büyüktür ve böylelikle yüzebilir. 100.000 ton yükündeki bir gemiyi suya koyduğunuzda, 100.000 ton suyun yerini değiştirene kadar batacaktır. Gemiyi sudan daha ağır objelerle doldurduğunuzda, yeni tartıya eşit olacak kadar suyun yerini değiştirene kadar suya batmaya devam eder.