Aşağıdakilerden hangisi yoğunluğu değiştirmeden bir cismin yüzmesini sağlayabilir?
A) Cismin kütlesini artırmak
B) Cismin hacmini artırmak
C) Cismin şeklini değiştirmek
D) Cismi ısıtmak
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruyu çözmek için öncelikle yoğunluk ve yüzme prensiplerini iyi anlamamız gerekiyor. Bir cismin yüzüp yüzmemesi, cismin yoğunluğu ile içinde bulunduğu sıvının yoğunluğu arasındaki ilişkiye bağlıdır.
- Bir cisim, içinde bulunduğu sıvıdan daha az yoğunsa yüzer.
- Bir cisim, içinde bulunduğu sıvıdan daha yoğunsa batar.
- Bir cismin yoğunluğu, kütlesinin hacmine oranıdır: $ \text{Yoğunluk} = \frac{\text{Kütle}}{\text{Hacim}} $.
Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim ve "yoğunluğu değiştirmeden" ifadesinin ne anlama geldiğini düşünelim. Burada kastedilen, cismi oluşturan maddenin (örneğin demirin) kendi öz yoğunluğunun değişmemesidir. Ancak bir cismin "ortalama yoğunluğu" (cismin toplam kütlesi bölü kapladığı toplam hacim) değişebilir.
- A) Cismin kütlesini artırmak:
- Eğer cismin kütlesini artırırsak ve hacmi aynı kalırsa, yoğunluğu artar ($ \text{Yoğunluk} = \frac{\text{Artan Kütle}}{\text{Sabit Hacim}} $). Bu durumda cisim daha kolay batar.
- Eğer cismin kütlesini artırırken yoğunluğunu değiştirmemek istiyorsak, hacmini de aynı oranda artırmamız gerekir. Bu, cismin daha büyük bir versiyonunu yapmak anlamına gelir ve yüzmesini garanti etmez, zaten yüzüyorsa yine yüzer, batıyorsa yine batar. Dolayısıyla bu seçenek doğru değildir.
- B) Cismin hacmini artırmak:
- Eğer cismin hacmini artırır ve kütlesini sabit tutarsak, yoğunluğu azalır ($ \text{Yoğunluk} = \frac{\text{Sabit Kütle}}{\text{Artan Hacim}} $). Yoğunluğun azalması cismin yüzmesini sağlayabilir. Ancak soruda "yoğunluğu değiştirmeden" ifadesi var. Eğer cismin hacmini artırırken yoğunluğunu değiştirmemek istiyorsak, kütlesini de aynı oranda artırmamız gerekir. Bu da A seçeneğindeki gibi yüzmeyi garanti etmez.
- Bu seçenekteki "hacmi artırmak" eğer cismin içini boşaltarak veya genişleterek (yani toplam kapladığı alanı artırarak) yapılıyorsa, bu aslında şekil değiştirmeye girer ve cismin ortalama yoğunluğunu düşürür. Bu da bizi C seçeneğine götürür.
- C) Cismin şeklini değiştirmek:
- İşte bu doğru cevaptır! Bir cismin şeklini değiştirerek, cismi oluşturan maddenin yoğunluğunu (örneğin demirin yoğunluğunu) değiştirmeden, cismin kapladığı toplam hacmi artırabiliriz.
- Bunun en güzel örneği gemilerdir. Bir parça demir suya bırakıldığında batar çünkü demirin yoğunluğu sudan fazladır. Ancak aynı demir parçası, içi boş bir gemi şeklinde yapıldığında yüzer. Geminin içindeki boşluklar (hava) sayesinde, geminin toplam kütlesi (demir + hava) bölü kapladığı toplam hacim (demir + hava hacmi) oranı, yani geminin ortalama yoğunluğu suyun yoğunluğundan daha az hale gelir. Bu sayede gemi, kendi ağırlığı kadar suyu iterek yüzebilir.
- Bu işlemde demirin kendi öz yoğunluğu değişmez, sadece cismin (geminin) ortalama yoğunluğu değişir.
- D) Cismi ısıtmak:
- Cismi ısıttığımızda genellikle genleşir, yani hacmi artar. Kütlesi sabit kalırken hacmi arttığı için yoğunluğu azalır ($ \text{Yoğunluk} = \frac{\text{Sabit Kütle}}{\text{Artan Hacim}} $).
- Yoğunluğun azalması cismin yüzmesini sağlayabilir (örneğin sıcak hava balonları bu prensiple uçar). Ancak bu durumda cismin yoğunluğu değişmiş olur. Soru ise "yoğunluğu değiştirmeden" koşulunu belirtiyor. Dolayısıyla bu seçenek doğru değildir.
Sonuç olarak, bir cismin kendi öz yoğunluğunu değiştirmeden, sadece şeklini değiştirerek kapladığı toplam hacmi artırabilir ve böylece ortalama yoğunluğunu düşürerek yüzmesini sağlayabiliriz.
Cevap C seçeneğidir.
