19.04.23 ALİ ŞEN 1

MADDE VE ÖZELLİKLERİ

Hazırlayan: Ali ŞEN

Fizik Öğretmeni

19.04.23 ALİ ŞEN 2

MADDE

Kütlesi ve hacmi olan her şeye madde denir.Maddeler katı, sıvı, gaz ve plazma olmak üzere dört halde bulunurKatı: Kütlesi hacmi ve şekli sabittir. Taş, tahta....

Sıvı: Kütlesi ve hacmi sabit şekli bulunduğu kabın şeklini alır.sıvılar sıkıştırılamaz. Su,zeytinyağı....

Gaz: Kütlesi sabittir. Hacmi bulunduğu kabın hacmine eşittir. Gaz maddeler sıkıştırılabilir. Gazlar , bulundukları kabın tamamını doldurur ve her tarafına yayılırlar.

Plazma : Maddenin gaz halinden farklı olarak serbest elektron ve iyonlardan oluşan atomlara sahiptir. İyonize olmuş gazlardan meydana gelir.

19.04.23 ALİ ŞEN 3

MADDELERİN ORTAK ÖZELLİKLERİ

Kütle : Değişmeyen madde miktarıdır. Eşit kollu terazi ile ölçülür. “m” harfi ile gösterilir. Birimi kilogram “kg” ın üst ve ast katlarıdır.

Hacim: Maddenin uzayda kapladığı yerdir. “V” harfi ile gösterilir. Katıların hacimleri genellikle “cm³” ün alt ve üst katları ile ifade edilir. Sıvıların hacim ölçüsü birimi litredir. 1L=1dm³=1000cm3

Tanecikli yapı : Bütün maddeler atomlardan oluşur.

Eylemsizlik : Duran cisim durma halini,hareket halindeki cisimde hareket halini sürdürmek ister. Buna eylemsizlik denir.

19.04.23 ALİ ŞEN 4

Küp Hacim=En * Boy * Yükseklik a V=a.a.a=a³ a a

DÜZGÜN GEOMETRİK BİÇİMLİ KATILARIN HACİMLERİNİN ÖLÇÜLMESİ:

19.04.23 ALİ ŞEN 5

Dikdörtgenler Prizması

Hacim=En . Boy . Yükseklik

a V=a.b.c

c

b

19.04.23 ALİ ŞEN 6

Silindir Hacim = Taban alanı . Yükseklik h V =·π.r².h r

19.04.23 ALİ ŞEN 7

Küre r V= 4π.r³/3

19.04.23 ALİ ŞEN 8

Koni

h Hacim=Taban alanı . Yükseklik / 3

r V =.r²h /3

19.04.23 ALİ ŞEN 9

Piramit

Hacim=Taban alanı . Yükseklik / 3

h V=a.b.h/3

a

b

19.04.23 ALİ ŞEN 10

Düzgün Geometrik Şekle Sahip Olamayan Katıların Hacimlerinin Ölçülmesi

Cisimler belirli bir şekle sahip değilse (taş gibi) bunların hacimleri şu şeklide bulunur;

taşsu

V1 =200cm3 V2 V3 =280cm3

V1= suyun hacmi=200cm3

V2= taşın hacmiV3=V1+V2=Su + taşın hacmi = 280V2=V3-V1 =280 - 200 = 80 cm3

su su

19.04.23 ALİ ŞEN 11

Düzgün olmayan cisimlerin hacimleri, dereceli kaptaki suyun yer değiştirme miktarına eşittir.

Hacim ölçümünde, sıvının öz kütlesi katının öz kütlesinden küçük seçilmelidir ki katı sıvı içinde batsın. Tamamen batmayan cismin gerçek hacminin ölçümü mümkün olmaz. Tahta gibi suda batmayan cisimlerin hacim ölçümünde sorunlar ortaya çıkar.

19.04.23 ALİ ŞEN 12

ÖRNEK-1

I.Tanecikleri arasındaki bağ zayıftır.

II. Hacmi; bulunduğu kabın hacmine eşittir.

III. Maddenin hallerinden biridir.

Yukarıdaki özelliklerden hangileri gazlarla ilgilidir?

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III

D) I ve II E) I, II ve III

19.04.23 ALİ ŞEN 13

ÖRNEK – 2

Kenar uzunlukları 15cm, 10cm ve 8cm olan dikdörtgenler prizmasının hacmi kaç dm3 tür?

A) 0,9 B) 1,0 C) 1,1 D) 1,2 E) 1,5

ÇÖZÜM – 2

V = a . b . C

V = 15 . 10 . 8

V =1200cm3

1dm3 = 1000cm3

Olduğuna göre

V = 1,2dm3

19.04.23 ALİ ŞEN 14

ÖRNEK – 3

• Hacim• Kütle• Koku• Sertlik• Genleşme

Maddelere ait yukarıdaki özelliklerden kaç tanesi sayılarla ifade edilebilen, ölçülebilen özelliktir?

A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

19.04.23 ALİ ŞEN 15

• Kütle• Hacim• Eylemsizlik

Yukarıdaki özelliklerden hangileri maddenin katı, sıvı ve gaz halinin üçüne de ait özelliktir?

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III

D) I ve II E) I, II ve III

ÖRNEK – 4

19.04.23 ALİ ŞEN 16

ÖZ KÜTLE

Birim hacmin kütlesine öz kütle denir. “d” harfi ile gösterilir. Birimi kg/m3, g/cm3 ,….

Öz kütle =Kütle / Hacim

d = m / V

Öz kütle

Hacim

d

0 V 2V

Öz kütle

Kütle

d

0 m 2m

Hacim artsa da öz kütle değişmez

Kütle artsa da öz kütle değişmez

19.04.23 ALİ ŞEN 17

2mKütle

Hacim

m

0 V 2Vα

Kütle artıkça hacim de artar. Yani kütle ile hacim doğru orantılıdır.

Kütle – hacim grafiğinde eğim (tg α) özkütleyi verir.

tg α = özkütle = m / V

Özkütle, maddelerin hacmine ve kütlesine bağlı değildir. Hacim artıkça kütle de atar ve özkütle sabit kalır.

19.04.23 ALİ ŞEN 18

Bir maddenin kütlesi sabit kalmak şartıyla, hacmi basınç ve sıcaklık etkisiyle değiştirilebilir.

Basınç artığında bir maddenin hacmi küçülür. d = m / V bağıntısı gereği öz kütlesi artar.

Sıcaklık arttığında maddelerin hacimleri de artar, d= m / V bağıntısına göre, öz kütlesi azalır. Sıcaklık azalırsa, hacimde azalır. Bu sefere öz kütle artar.

19.04.23 ALİ ŞEN 19

KARIŞIMIN ÖZ KÜTLESİ

Birbirine türdeş olarak karışabilen aynı sıcaklıktaki sıvıların karıştırılmasıyla karışan sıvıların öz kütlelerinden farklı öz kütleli bir karışım elde edilir.

İki yada daha fazla sıvının karıştırılmasıyla meydana gelen karışımın öz kütlesi;

dkarışım = Karışıma katılan sıvıların toplam kütlesi / Karışıma katılan sıvıların toplam hacmi

dk = (m1 + m2 +… ) / ( V1 + V2 +…)

bağıntısından bulunur.

19.04.23 ALİ ŞEN 20

Karışımın öz kütlesi karışımı meydana getiren sıvıların öz kütleleri arasında bir değer alır.

d1 ve d2 öz kütleli iki sıvı karıştırılmış olsun. Bunlardan d1 > d2 olduğunu kabul edersek, karışımın öz kütlesi ;

d1 > dk > d2

bu iki öz kütle arasında bir değer alır.

19.04.23 ALİ ŞEN 21

ÖZEL DURUMLAR

I- Karıştırılan sıvıların hacimleri eşit ise, karışımın öz kütlesi;

dk =(d1 + d2 ) / 2

bağıntısı ile hesaplanabilir.

II- Karıştırılan sıvıların kütleleri eşit ise, karışımın öz kütlesi;

dk =2.d1 .d2 / (d1 + d2 )

bağıntısı ile hesaplanabilir.

19.04.23 ALİ ŞEN 22

Kütle hacim değişimleri grafikteki gibi olan X ve Y sıvıları her

oranda karışabilmektedir. a) 10 cm3 X ile 40 cm3 Y b) Eşit hacimlerde X ile Y c) Eşit kütlelerde X ile Y sıvıları

karıştırılıyor.

Her birinde oluşan karışımın öz kütlesini hesaplayınız.

m(g)

V(cm3 )

0 1 2 3

3

2

1

ÖRNEK-1

X Y

19.04.23 ALİ ŞEN 23

a) dX =3 / 1 = 3 g /cm3 dY = 3 / 3=1 g/cm3

dX =mX / VX dY = mY / VY

mX =dX . VX mY = dY . VY

mX =3 . 10= 30g mY = 1 . 40=40g

dk = (mX + mY )/ (VX + VY ) dk = (30+40) / (10+40)

dk = 7 / 5 =1,4 g/ cm3

b) VX = VY olduğundan dk = (dX + dY) / 2 dk =(3+1) / 2 = 2g/cm3

c) mX = mY olduğundan dk = 2. d X .dY / ( dX + dY)

dk = 2.1.3 / (1+3) = 6 / 7 g/cm3

ÇÖZÜM-1

19.04.23 ALİ ŞEN 24

m(g)

X

V(cm3)

Y 80 40

0 20

ÖRNEK-2

m-V grafiği verilen X ve Y maddelerinden 25’er cm3 alınarak eşit kollu bir terazinin bir kefesine konuyor. Teraziyi dengeye getirmek için diğer kefeye kaç gram kütle konmalıdır?

19.04.23 ALİ ŞEN 25

ÇÖZÜM-2

Önce m – V grafiğinden X ve Y sıvılarının öz kütleleri bulunur.

dX = mX / VX den dX = 80 / 20 = 4g / cm3

dY = mY / VY den dY = 40 / 20 = 2g/cm3

Şimdi 25 cm3 e karşılık gelen kütleler hesaplanır.

mX = VX . dX mX = 25 . 4 = 100 g

mY = VY . dY mY = 25 . 2 = 50g

Toplam kütle mX + mY =100 + 50 = 150g

Teraziyi dengeye getirmek için diğer kefeye 150g lık kütle konulmalıdır.

19.04.23 ALİ ŞEN 26

SIVILARIN KALDIRMA KUVVETİ

Sıvı içerisine kısmen veya tamamen batan cisimler sıvı tarafından yukarı doğru itilir. Bu itme kuvveti, sıvıların cisimlere uyguladığı kaldırma kuvvetidir.

su

tahta

G

F

FkSıvıya batırılan bir tahta parçası yukarı çıkmak ister. Tahta parçasının tamamını batacak şekilde sıvı içinde tutabilmek için üstten bir kuvvet uygulamak gerekir.

19.04.23 ALİ ŞEN 27

Cismi yukarı çıkmaya zorlaya kaldırma kuvveti, cisim tarafından yeri değiştirilen sıvının ağırlığına eşittir. Yeri değişen sıvının hacmi, cismin batan kısmının hacmine eşit olduğundan, kaldırma kuvveti;

Fkal = Vb . ρsıvı

bağıntısı ile hesaplanır. Burada

ρsıvı = d . g

dir. Yani sıvının öz ağırlığı, sıvının öz kütlesi ile çekim ivmesinin çarpımına eşittir.

19.04.23 ALİ ŞEN 28

Cisimlere uygulanan sıvı kaldırma kuvveti sıvının öz kütlesine bağlıdır.

K sıvısı L sıvısı M sıvısı

Şekillerde de görüldüğü gibi aynı cismin farklı sıvılardaki konumları farklı olabilmektedir.

Sıvı içerisindeki serbest cisimlere ağırlık kuvveti ile kaldırma kuvveti etki eder. Bu iki kuvvet düşey doğrultuda ve zıt yönlü kuvvetlerdir. Cisimlerin sıvı içinde batmaları veya yüzmeleri yani sıvıdaki durumları bu iki kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır.

X

X

X

19.04.23 ALİ ŞEN 29

YÜZEN CİSİMLER

sıvı

G

Fk

Sıvıya bırakılan bir cismin hacminin bir kısmı sıvı dışında kalacak şekilde dengede kalıyorsa bu cisme yüzen cisim denir. Cismin yüzebilmesi için öz kütlesi sıvının öz kütlesinden küçük (dcisim < dsıvı ) olmalıdır.

Yüzen cisim dengede iken cisme uygulanan kaldırma kuvveti ile cismin ağırlık kuvveti büyüklükçe eşit olur. Bir cisim sıvı içine iyice daldırılıp bırakılırsa tekrar bir kısmı sıvı dışında olacak şekilde yüzer. Böyle yüzen cisimlerde G = Fk olduğundan,

Vb / Vc = dc / ds

Bağıntısı elde edilir. Bu bağıntıya göre cismin batan hacminin bütün hacmine oranı, cismin öz kütlesinin, sıvının öz kütlesinin oranına eşittir.

19.04.23 ALİ ŞEN 30

ASKIDA KALAN CİSİMLER

Şekildeki gibi hacminin tamamı sıvı içinde olacak biçimde bir yere temas etmeden dengede kalan cisimlere askıda kalan cisimler denir. Cismin askıda kalabilmesi için öz kütlesi, sıvının öz kütlesine eşit olmalıdır.

Bu durumda cisim kabın tabanına bırakılsa bile cismin tabanla irtibatı kesilir. Yani askıda kalan cisim herhangi bir yere temas etmez. Askıda kalan cisim dengede olduğu için cisme uygulanan kaldırma kuvveti cismin ağırlığına ( Fk = G) eşittir.

19.04.23 ALİ ŞEN 31

BATAN CİSİMLER

G

Fk

Öz kütlesi sıvının öz kütlesinden büyük olan ( dc > ds ) cisimler sıvıya bırakıldığında bir engel ile karşılaşılıncaya kadar yoluna devam eder. Bu tür cisimlere batan cisimler denir. Batan cisimlerin ağırlık kuvveti cisme etki eden kaldırma kuvvetinden daha büyüktür ( Fk < G).

19.04.23 ALİ ŞEN 32

Y

X

Z

K sıvısı L sıvısı

M sıvısı

Eşit kütleli X, Y ve Z cisimlerinin K, L, M sıvılarındaki denge durumları şekildeki gibidir.

Buna göre;

I- Cisimlere etki eden kaldırma kuvvetleri arasında FZ < FX = FY ilşkisi vardır.

II- Cisimlerin hacimleri arasında VY = VZ < VX ilişkisi vardır.

III- sıvıların öz kütleleri arasında dZ < dY < dX ilişkisi vardır.

yargılarından hangileri kesinlikle doğrudur?

ÖRNEK-1

19.04.23 ALİ ŞEN 33

ÇÖZÜM:

I- Yüzen yada askı kalan cisimler bir yere dokunmadan dengede kaldığı için, kaldırma kuvveti cismin ağırlığına eşittir. Cisimlerin kütleleri eşit olduğundan ağırlıkları da eşittir. Dolayısıyla X ve Y cisimlerine etki eden kaldırma kuvvetleri eşittir. FX = FY = G dir. Buna göre kaldırma kuvvetleri arasında FZ < FX =FY ilişkisi vardır. ( I kesin doğru )

II – K, L, M sıvıları farklı X,Y,Z cisimleri de farklı olduğundan cisimlerin öz kütleleri arasında bir ilişki kurulamaz. Dolayısıyla kütleleri eşit olsa da hacimleri arasında kesin bir ilişki kurulamaz. Eğer bu cisimlerin aynı sıvıdaki denge durumları verilmiş olsa idi, hacimleri arasında VZ < VY <V X ilişkisi olurdu. ( II kesin değil)

III- II. Yargı açıklandığı gibi cisimlerin öz kütleleri arasında kesin bir ilişki kurulamadığı için sıvıların öz kütleleri arasında da kesin bir ilişki kurulamaz. ( III kesin değil)

19.04.23 ALİ ŞEN 34

ÖRNEK-2:

T2

T1

X

Y

d

2d

Birbirine karışabilen d ve 2d öz kütleli sıvılarda X ve Y cisimleri sıvılar karıştırılmadan önce şekildeki gibi dengededir. X in bağlı olduğu ipteki gerilme kuvveti T1, Y nin bağlı olduğu ipteki de T2 dir.

Sıvılarla türdeş karışım oluşturulursa T1 ve T2 gerilme kuvvetleri nasıl değişir?

19.04.23 ALİ ŞEN 35

ÇÖZÜM-2

X cisminin bağlı olduğu ipteki gerilme kuvveti, X in öz kütlesinin d den küçük olmasından dolayı oluşur. Aynı şekilde Y cisminin bağlı olduğu ipteki gerilme kuvveti, Y nin öz kütlesinin 2d den büyük olmasından dolayı oluşur.

Sıvılarla türdeş karışım oluşturulursa, karışımın öz kütlesi dk , d ile 2d arasında bir değer alır. Örneğin, 1,5d olabilir. Bu durumda X e uygulanan kaldırma kuvveti artar. Dolayısıyla ipteki T1 gerilme kuvveti de artar. Y ye uygulanan kaldırma kuvveti azalır. Bu azalma ipteki T2 gerilme kuvvetinin artmasına neden olur.

19.04.23 ALİ ŞEN 36

suZ

Y

X

2T

T

3T

suX Y Z

T1 T2T3

Şekil – 1

Şekil – 2

Birer iple birbirine bağlanan X,Y,Z cisimleri asılarak su içerisinde şekil – 1 deki gibi dengelenmekte ve iplerdeki gerilme kuvvetleri yukarıdan aşağıya sırasıyla 3T, 2T, T olmaktadır. Cisimler teker teker asılıp su içerisinde şekil – 2 deki gibi dengelendiğinde ise iplerdeki gerilme kuvvetleri T1, T2, T3 olduğuna göre, bunlar arasında nasıl bir ilişki vardır?

ÖRNEK – 3:

19.04.23 ALİ ŞEN 37

GX

FX

2T

3T Şekil – 1 deki denge durumuna göre, cisimlere etki eden kuvvetlerden, X cismi için ağırlığı olmak üzere şekildeki gibidir. Denge durumuna göre,

GX + 2T = FX + 3T

GX = FX + T olur.

Buradan T yalnız bırakılırsa

T = GX – FX olur. Y cismi için GY + T = FY + 2T GY = FY + T T = GY + T olur. GY

FY

T

2T

GZ

FZ

T

Z cismi için ise GZ = FZ + T T = GZ – FZ olur. Şekil – II deki denge durumunda ise ip gerilmesi cisimlerin ağırlığı ile cisimlere etki eden kuvvetlerinin farkına eşittir. Dolayısıyla cisimlerin ağırlıkları ve etki eden kaldırma kuvvetleri değişmediği için şekil – II deki ip gerilmeleri eşittir. Yani T1 = T2 = T3