Buz ve Cam Balonlu Kapta Basınç Değişimi

Merhaba Seda! Seninle birlikte bu güzel fizik sorusunu adım adım inceleyelim. Öncelikle sorudaki düzeneği daha rahat görebilmek için onu düşey olarak çizelim.

Şekilde kapalı bir kapta gaz, su ve iplerle tabana bağlı olan buz ile cam balon dengededir. İkinci durumda sadece buzu eritecek kadar ısı veriliyor ve ölçümler tekrarlanıyor.

Şimdi bu üç niceliğin buz eridiğinde nasıl değişeceğini adım adım analiz edelim.

İlk olarak cam balonun bağlı olduğu ipteki gerilme kuvveti olan T değerini inceleyelim.

Cam balona etki eden kuvvetleri gösterelim. Yukarı doğru suyun uyguladığı kaldırma kuvveti, aşağı doğru ise balonun ağırlığı ve ip gerilmesi vardır.

Denge durumunda, yukarı doğru olan kaldırma kuvveti, aşağı doğru olan ağırlık ve ip gerilmesinin toplamına eşittir.

Cam balon esnek olmayan, sert bir malzemeden yapıldığı için hacmi sabittir. Suyun özkütlesi de değişmediğine göre kaldırma kuvveti değişmez. Balonun kendi ağırlığı da sabittir. Dolayısıyla, ip gerilmesi T değeri değişmez.

Şimdi de buzu erittiğimizde su seviyesinin ve dolayısıyla su basıncı olan P ikinin nasıl değişeceğini inceleyelim.

Biliyoruz ki buzun özkütlesi suyun özkütlesinden küçüktür. Yaklaşık olarak buzun özkütlesi sıfır virgül dokuz gram bölü santimetreküp, suyunki ise bir gram bölü santimetreküptür.

M kütleli bir buzun hacmi, kütlesinin özkütlesine bölümüyle bulunur. Bu durumda buzun hacmi, m bölü sıfır virgül dokuzdur.

Buz tamamen eridiğinde yine m kütleli suya dönüşür. Bu eriyen suyun hacmi ise m bölü bir, yani doğrudan m'ye eşittir.