Batma şartı nedir (d_cisim > d_sıvı) Test 2

Bir mühendis, tasarladığı denizaltının farklı derinliklerde dengede kalabilmesi için balast tanklarını kullanıyor. Denizaltının yoğunluğunu deniz suyunun yoğunluğuna eşit hale getirdiğinde denizaltı askıda kalıyor. Buna göre denizaltının batması için ne yapılmalıdır?

A) Balast tanklarına su alınmalıdır
B) Balast tanklarındaki su boşaltılmalıdır
C) Denizaltının motor gücü artırılmalıdır
D) Denizaltının ağırlığı azaltılmalıdır

Bu soruyu çözmek için öncelikle cisimlerin sıvılar içindeki davranışlarını belirleyen temel fizik prensibini, yani yoğunluk ve kaldırma kuvveti ilişkisini anlamamız gerekiyor.

• Yoğunluk Nedir? Yoğunluk, bir maddenin birim hacimdeki kütlesidir ($ \rho = m/V $). Bir cismin yoğunluğu, içinde bulunduğu sıvının yoğunluğundan;
  • Küçükse: Cisim yüzer.
  • Eşitse: Cisim askıda kalır (ne batar ne yüzer).
  • Büyükse: Cisim batar.
• Denizaltının Askıda Kalma Durumu: Soruda denizaltının yoğunluğunun deniz suyunun yoğunluğuna eşit olduğu ve bu durumda askıda kaldığı belirtiliyor. Bu, denizaltının o anki kütlesi ve hacmiyle deniz suyuna göre nötr bir dengeye sahip olduğu anlamına gelir.
• Denizaltının Batması İçin Ne Gerekir? Denizaltının batmasını istiyorsak, yukarıdaki kurala göre denizaltının toplam yoğunluğunu deniz suyunun yoğunluğundan daha büyük hale getirmeliyiz.
• Denizaltının Yoğunluğunu Nasıl Artırırız? Denizaltının dış hacmi (suyun içinde kapladığı yer) genellikle sabittir. Yoğunluğu ($ \rho = m/V $) artırmak için, hacim (V) sabitken denizaltının toplam kütlesini (m) artırmamız gerekir.
• Balast Tanklarının Görevi: Denizaltılar, kütlelerini ve dolayısıyla yoğunluklarını değiştirmek için balast tanklarını kullanır. Bu tanklar, deniz suyu ile doldurulabilir veya içindeki su boşaltılıp yerine hava doldurulabilir.

  Balast tanklarına su almak, denizaltının toplam kütlesini artırır.

  Balast tanklarındaki suyu boşaltıp yerine hava doldurmak, denizaltının toplam kütlesini azaltır.

• Seçenekleri Değerlendirelim:

  A) Balast tanklarına su alınmalıdır: Balast tanklarına su almak, denizaltının toplam kütlesini artırır. Kütle artınca, denizaltının hacmi sabit kaldığı için toplam yoğunluğu artar. Denizaltının yoğunluğu deniz suyundan büyük hale geldiğinde batmaya başlar. Bu, istediğimiz durumdur.

  B) Balast tanklarındaki su boşaltılmalıdır: Balast tanklarındaki suyu boşaltmak (yerine hava doldurmak), denizaltının toplam kütlesini azaltır. Kütle azalınca yoğunluğu azalır ve denizaltı yükselir veya yüzer. Bu, batmanın tam tersidir.

  C) Denizaltının motor gücü artırılmalıdır: Motor gücü, denizaltının ileri-geri hareketini veya pervaneler aracılığıyla dinamik olarak dalış/yükselişini sağlar. Ancak denizaltının statik yoğunluğunu ve dolayısıyla batma/yüzme dengesini doğrudan değiştirmez.

  D) Denizaltının ağırlığı azaltılmalıdır: Ağırlığı azaltmak demek, kütleyi azaltmak demektir. Kütle azalınca yoğunluk da azalır ve denizaltı yükselir. Bu da batmanın tersidir.

Sonuç olarak, denizaltının askıda kalma durumundan batma durumuna geçmesi için toplam yoğunluğunun artırılması, bunun için de kütlesinin artırılması gerekir. Bu da balast tanklarına su alınarak sağlanır.

Cevap A seçeneğidir.