Bir Tekne En Fazla Ne Kadar Yük Taşıyabilir?

Yaş: 12-16

Zorluk Derecesi: Orta

Çelikten yapılmış bir geminin nasıl yüzebildiğini merak ettiniz mi? Çelik bir cıvatayı bir bardak suyun içine koyarsanız cıvata hızla dibe batar. Peki, çelik bir gemi nasıl oluyor da yüzebiliyor ve batmadan çok ağır yükleri taşıyabiliyor?

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde kolayca temin edilebilecek malzemelerle alüminyum tekneler tasarlayarak, teknenin taşıyabileceği yük miktarı ile teknenin şekli ve hacmi arasındaki bağlantıları keşfediyoruz.

 

Bilmekte Fayda Var!

Bazı maddeler suyun üzerinde yüzer, bazı maddeler batar, bazıları ise suda asılı kalır. Peki, bunun sebebi nedir?

Bir cismin yoğunluğu (birim hacimdeki madde miktarı) içinde bulunduğu sıvının yoğunluğundan daha fazlaysa cisim batar, cismin yoğunluğu sıvınınkinden daha düşükse cisim yüzer, cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşit ise asılı kalır.

Sudaki bir cisim kendi ağırlığı ile aşağı çekilirken suyun uyguladığı kaldırma kuvveti ile yukarı doğru itilir. Cisme etki eden kaldırma kuvveti, cisim suya daldırıldığında yer değiştiren suyun ağırlığına eşittir.

Sıvıların kaldırma kuvvetini 2200 yıldan daha fazla bir süre önce Arşimet keşfetti. “Kartezyen Dalgıcını Tasarla” etkinliğimizi inceleyerek sıvıların kaldırma kuvveti ve Arşimet prensibi ile ilgili daha detaylı bilgi edinebilirsiniz. 

 

Nelere İhtiyacımız Var?

• Alüminyum folyo
• Cetvel
• Dereceli silindir veya ölçü kabı
• Hesap makinesi
• Plastik kap
• Su
• Yük olarak çok sayıda madenî para
• Pirinç
• Havlu veya peçete
• Kâğıt
• Kalem

Ne Yapıyoruz?

. 15 x 15 cm boyutlarında iki alüminyum folyo parçası keselim.

Biri kano gibi iki ucu sivri, diğeri mavna gibi kare veya dikdörtgen şekilde iki tekne gövdesi hazırlayalım. Teknelerimizde herhangi bir delik olup olmadığını kontrol edelim. Biz örnek olarak iki tekne tasarımı yaptık. Siz daha fazla alüminyum folyo parçası kullanarak daha fazla sayıda tasarım hazırlayabilirsiniz.

. Plastik kabı bir miktar su ile dolduralım ve teknelerden birini plastik kabın içindeki suya bırakalım.

. Madenî paraları teknemizin üzerine birer birer ekleyelim. Teknenin devrilmesini önlemek için paraları sağ-sol ve ön-arka yönde dengeli bir şekilde yerleştirmeye dikkat edelim.

. Teknenin taşıyabileceği en fazla yük miktarını belirleyebilmek için her madenî parayı ekledikten sonra yaklaşık 30 saniye bekleyelim.

. Tekne batana kadar madenî para eklemeye devam edelim.

. Teknenin en fazla ne kadar yük taşıyabildiğini hesaplamak için teknenin batmadan önce kaç tane madenî para taşıdığını sayalım (Teknenin batmasına neden olan son para sayılmaz). Paraların kütlesini belirleyebilmek için aşağıdaki tabloyu kullanabilirsiniz.

. Şimdi, teknenin içinde paraların olduğu durumdaki yoğunluğunu hesaplamak için teknenin kütlesini teknenin hacmine bölelim. Batmadan önce teknenin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna yakın olduğu dikkatinizi çekti mi?

Bu hesaplamada teknenin kendi kütlesini ihmal ettik ve teknenin yoğunluğunu yaklaşık olarak hesapladık. Teknenin yoğunluğunu daha hassas bir şekilde belirleyebilmek için teknenin toplam kütlesini bir terazi kullanarak ölçebilirsiniz.

Not: Hesaplamalarınız esnasında kullandığınız birimlere dikkat etmeyi unutmayın. Teknenin kütlesini gram olarak belirlediyseniz hacmini santimetreküp olarak hesaplamalısınız.

. Bu işlemleri tasarladığımız diğer tekne tasarımları için de tekrarlayalım.

 

Ne Oldu?

 

Teknenin ne kadar yük taşıyabileceğini belirleyen gövdenin şeklidir. Gövdenin içindeki hava, çelikten yapılan teknenin ortalama yoğunluğunu düşürerek yüzmesini sağlar.

Tekneyi suya ilk bıraktığımızda yüzmeye başlar çünkü teknenin yoğunluğu suyunkinden daha azdır. Tekneye yük olarak madenî para ekledikçe, hacmi sabit kalmasına rağmen kütlesi arttığı için, teknenin yoğunluğu artar. Yeterince madenî para eklendiğinde teknenin yoğunluğu yaklaşık olarak suyunkine eşit olur. Bu sırada madenî paraların toplam kütlesi teknenin taşıyabileceği en fazla yük miktarı kadardır. Bundan sonra eklenecek tek bir madenî para bile teknenin batmasına neden olur.

 

Düşünelim!

Teknenin suya batan kısımlarının şekli, teknenin taşıyabileceği yük miktarını etkiler mi?

Bu etkinliği tuzlu su dolu bir kapta yapsaydık teknemiz daha fazla yük taşıyabilir miydi?

Kaynaklar:

• https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Aero_p020/aerodynamics-hydrodynamics/how-much-weight-can-your-boat-float#backgroun
• https://www.scientificamerican.com/article/bring-science-home-shipping-science/