İngilizce basit deneyler (Floating, Sinking) Test 1

An ice cube floats in a glass of water. What percentage of the ice cube is typically above the water surface?

A) 0% (completely submerged)
B) About 10%
C) About 50%
D) About 90%

Bir buz küpünün suda yüzmesi, yoğunluk farkından kaynaklanan temel bir fizik olayıdır. Bu soruyu çözmek için Arşimet Prensibi'ni ve yoğunluk kavramını adım adım inceleyelim.

• 1. Yoğunluk Farkı: Bir cismin bir sıvıda yüzmesinin veya batmasının ana nedeni, cismin yoğunluğu ile sıvının yoğunluğu arasındaki ilişkidir. Buzun yoğunluğu, suyun yoğunluğundan daha düşüktür. Bu yüzden buz suda yüzer.
• 2. Arşimet Prensibi: Yüzen bir cisim için, cisme etki eden kaldırma kuvveti, cismin ağırlığına eşittir. Kaldırma kuvveti ise, cismin batırdığı sıvının ağırlığına eşittir.
• 3. Buz Küpünün Ağırlığı: Buz küpünün ağırlığı ($W_{buz}$) şu şekilde ifade edilir: $W_{buz} = m_{buz} \cdot g = \rho_{buz} \cdot V_{toplam} \cdot g$. Burada $m_{buz}$ buzun kütlesi, $\rho_{buz}$ buzun yoğunluğu, $V_{toplam}$ buz küpünün toplam hacmi ve $g$ yerçekimi ivmesidir.
• 4. Kaldırma Kuvveti: Kaldırma kuvveti ($F_K$) ise şu şekildedir: $F_K = m_{yer\_degistiren\_su} \cdot g = \rho_{su} \cdot V_{batan} \cdot g$. Burada $m_{yer\_degistiren\_su}$ yer değiştiren suyun kütlesi, $\rho_{su}$ suyun yoğunluğu ve $V_{batan}$ buz küpünün suyun altında kalan (batan) hacmidir.
• 5. Denge Durumu: Buz küpü yüzdüğü için, ağırlığı kaldırma kuvvetine eşittir: $W_{buz} = F_K$. Bu denklemi açarsak: $\rho_{buz} \cdot V_{toplam} \cdot g = \rho_{su} \cdot V_{batan} \cdot g$.
• 6. Oran Hesaplama: Yerçekimi ivmesi ($g$) her iki taraftan sadeleşir ve buz küpünün batan kısmının toplam hacmine oranını buluruz: $\frac{V_{batan}}{V_{toplam}} = \frac{\rho_{buz}}{\rho_{su}}$.
• 7. Yoğunluk Değerleri: Tipik olarak, buzun yoğunluğu yaklaşık $917 \text{ kg/m}^3$ (veya $0.917 \text{ g/cm}^3$) ve suyun yoğunluğu yaklaşık $1000 \text{ kg/m}^3$ (veya $1.0 \text{ g/cm}^3$) olarak kabul edilir.
• 8. Batan Hacmin Yüzdesi: Bu değerleri formülde yerine koyarsak: $\frac{V_{batan}}{V_{toplam}} = \frac{917}{1000} = 0.917$. Bu, buz küpünün yaklaşık $91.7\%$ 'sinin suyun altında kaldığı anlamına gelir.
• 9. Suyun Üstündeki Kısım: Soruda su yüzeyinin üzerinde kalan kısım sorulduğu için, toplam hacimden batan kısmı çıkarırız: Yüzeyin üstündeki oran $= 1 - \frac{V_{batan}}{V_{toplam}} = 1 - 0.917 = 0.083$. Bu da yaklaşık $8.3\%$ 'e denk gelir.
• 10. Cevabın Belirlenmesi: Seçeneklere baktığımızda, $8.3\%$ değeri "About $10\%$ " seçeneğine en yakındır.

Cevap B seçeneğidir.