Bu ünitede; katı, sıvı ve gaz basınçlarını ve bu basınçları etkileyen faktörleri aynı zamanda basıncın günlük hayattaki uygulamalarını öğreneceğiz. Haydi başlayalım 🙂
Basınç Nedir?
- Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç adı verilir.
- Basınç; katı, sıvı ve gaz basıncı olmak üzere üçe ayrılır.
Basınç konusu, “Katı Basıncı”, “Sıvı Basıncı” ve “Gaz Basıncı” olmak üzere üç farklı durumda incelenir.
Katı Basıncı
Katı Basıncı Nelere Bağlıdır?
1- Basınç ile ağırlık (kuvvet) doğru orantılıdır.
- Ağırlık arttıkça basınçta artar, ağırlık azaldıkça basınçta azalır.
2- Basınç ile yüzey alanı ters orantılıdır.
- Ağırlığın sabit tutulması şartıyla yüzey alanı arttıkça basınç azalır, yüzey alanı azaldıkça basınç artar.
Katılar, üzerine uygulanan kuvveti aynen iletirken basıncı aynen iletemez. Çünkü basınç yüzeyle ters orantılıdır.
- Basınç = Kuvvet (Newton = N)/ Yüzey Alanı (m2) formülü ile hesaplanır.
- Basıncın birimi Pascal‘dır. “Pa” ile gösterilir.
- 1N / 1m2 = 1Pa
Basınç kuvveti (F), basıncın meydana gelmesini sağlayan kuvvete denir.
Basıncı Artırmaya Yönelik Örnekler
- Bıçakların ucunun sivri olması
- Sivri topuklu ayakkabının, düz tabanlı ayakkabıya göre daha çok kuma gömülmesi
- Kramponun tabanında sivri çivilerin yer alması
- Kış mevsiminde araba kaymasın diye tekerlere zincir takılması
- Çivi, toplu iğne, raptiye uçlarının sivri olması
- Botların tabanının tırtıklı olması
- Buz patenlerin tabanının sivri olması
- Tavukların ayaklarının perdesiz olması
Basıncı Azaltmaya Yönelik Örnekler
- Kamyon, tren gibi araçların tekerlek sayılarının fazla olması
- Kepçe ve tanklarda palet kullanılması
- Kar ayakkabılarının tabanlarının geniş olması
- Fil, deve, gergedan ve ayı gibi hayvanların ayaklarının geniş yapılı olması
- Kaz ve ördeklerin ayaklarının perdeli yapıda olması
- Raptiyeye bastırdığımız kısmın geniş olması
- Traktörlerin arka tekerlerinin geniş yapıda olması
- Balon tek çivinin olduğu zemine batırıldığında patlarken, çok sayıda çivinin olduğu zemine batırıldığında ise patlamaması
Bir cismin taban alanı ve ağırlığı aynı oranda artar veya azaltılırsa zemine yaptığı basınç değişmez.
Sıvı Basıncı
- Sıvılar akışkan olduğundan dolayı temas ettikleri yüzeylere basınç uygularlar.
Sıvı Basıncı Formülü : P = h . d . g
P: Sıvı basıncı
h: Derinlik
d: Sıvının yoğunluğu
g: Yer çekimi ivmesi
Sıvı basıncı, derinlik ve yoğunluk ile doğru orantılıdır.
Sıvı basıncı sabit tutulduğunda derinlik ve yoğunluk birbiriyle ters orantılıdır.
Sıvı Basıncı Nelere Bağlıdır?
1- Sıvı basıncı sıvının derinliğine bağlıdır.
- Sıvı cinsi sabit tutulup derinlik arttırıldığında sıvı basıncı artar, derinlik azaltıldığında ise sıvı basıncı azalır.
- Derinlik arttırıldığında sıvı basıncı da artacağı için sıvının akış hızı da bu basınç artışından dolayı artar.
2- Sıvının basıncı yoğunluğa bağlıdır.
- Sıvı yoğunluğu arttığında basınç artar, sıvı yoğunluğu azaldığında ise basınç azalır.
- Aynı derinlikte olan su ve alkolün kap tabanına yaptıkları basınçlar karşılaştırıldığında suyun tabana yaptığı basınç alkolün tabana yaptığı basınçtan fazladır. Çünkü suyun yoğunluğu alkolün yoğunluğundan daha fazladır. (dsu= 1g/cm3, dalkol= 0,789 g/cm3)
- Aynı derinlikte su ve yağ bulunan kaplardaki basınçlar birbirinden farklıdır.
Sıvıların basıncı kabın şekline, aynı derinlikteki sıvı miktarına ya da kabın duruş şekline bağlı değildir.
Değişik Kaplarda Sıvı Basıncının Zamanla Değişimi
Bileşik Kaplar
- Yukarıdaki görselde kabın kollarından birine sıvı doldurmaya başladığımızda sıvı seviyesi tüm kollarda aynı olur. Bundan dolayı aynı derinlikte kabın her yerine yapılan basınçlar eşittir.
- Köylerde su basıncının belirli bir seviyede kalması için su depoları kullanılır. Bu su depoları bir bileşik kap örneğidir.
Pascal Prensibi (Sıvıların Basıncı İletmesi)
- Sıvıların sıkıştırılabilme özelliği yoktur. Bundan dolayı sıvılar uygulanan basıncı her yöne eşit bir şekilde iletir. Bu olaya da pascal prensibi adı verilir.
Sıvılarda basınç değişmez fakat basınç kuvveti alanın büyüklüğüne göre değişiklik gösterir.
- İçi su dolu balonun üzerine eşit büyüklükte delikler açılıp üzerine bastırıldığında deliklerden fışkıran suyun aynı uzaklığa gittiği görülür. Bunun sebebi pascal prensibine göre sıvı basıncının her noktaya aynen iletilmesidir.
Pascal Prensibinin Uygulamaları
Hidrolik Asansörler
- Alışveriş merkezleri ve binalarda kullanılan hidrolik asansörler, Pascal prensibine dayanır. Bir sıvının basıncını artırarak, bu asansörler ağır yükleri kolayca kaldırabilir.
Otomobil Fren Sistemleri
- Otomobil, minibüs gibi araçların fren sistemleri Pascal prensibi ile çalışır.
Sprey Şişeler
- Parfüm veya temizlik malzemesi gibi sıvıları püskürtmek için kullanılan sprey şişeler, basınç sayesinde sıvıyı püskürtür. Bu da Pascal prensibinin bir uygulamasıdır.
Hidrolik kaldırma sistemleri (Hidrolik lift)
- Traktör, itfaiye merdiveni, kepçe ve damperli kamyon gibi araçlarda kullanılır.
Su Tulumbası
- Su tulumbası, su kuyularından su çekmek amacıyla geliştirilmiştir.
Berber Koltuğu
- Pascal prensibi sayesinde az bir kuvvet uygulanarak berber koltuğu kaldırılabilir.
Hidrolik Direksiyon
- Araçlarda kullanılan hidrolik direksiyon sistemi az bir kuvvetle tekerin çevrilmesini sağlar.
İlaç Pompaları
- İlaçlamada kullanılan ilaç pompaları Pascal prensibi ile çalışır.
Hidrolik Pres
- Sanayi ve hurdalıklarda hidrolik pres sıkıştırma amacı ile kullanılır.
- Su depoları, yağdanlık ve parfüm şişelerinde de Pascal prensibi kullanılır.
Gaz Basıncı
- Gazlar temas ettikleri yüzeylere basınç uygular.
- Atmosferin üzerimize uyguladığı basınca açık hava basıncı adı verilir.
- Gazlar bulundukları kabın tamamını doldururlar ve içinde bulundukları kabın tüm yüzeyine basınç uygularlar.
- Gazlar akışkan özelliğe sahiptirler.
- Gazlar içerisinde yer alan cisimlere basınç uygularlar.
Açık Hava Basıncının Ölçülmesi
- Dünya’nın etrafını saran atmosfer ağırlığı nedeniyle basınç uygular. Buna açık hava basıncı adı verilir.
- Toriçelli, açık hava basıncını bulmuştur.
- Toriçelli 1 m uzunluğundaki bir cam boruyu cıva ile doldurup cıva dolu bir kabın içine ters çevirmiştir. Bu deney sonucunda cıva seviyesini deniz seviyesinde ve 0 °C’de 76 cm olarak ölçmüştür.
Cıva seviyesi deneyde kullanılan borunun kalınlığına, şekline bağlı değildir.
- Toriçelli, deniz seviyesinde 0 °C de açık hava basıncını 76 cmHg (Cıva) ölçmüştür.
- Toriçelli, deneyinde cıva yerine su kullansaydı, su seviyesi daha fazla olacaktı. (Yaklaşık 10.5 metre)
- Açık hava basıncını ölçen alete “Barometre” adı verilir.
Açık Hava Basıncı = Atmosfer Basıncı = 1 atm = 76 cmHg
Açık Hava Basıncını Nasıl Anlarız?
- Bardağın içerisi ağzına kadar su ile doldurulur ve içinde hava kalmayacak şekilde üzeri kağıtla kapatılır. Ardından bardak hızlıca ters çevrilir ve suyun dökülmediği görülür. Bunun sebebi hava basıncının suyun dökülmesini engellemesidir.
Isıtılan Teneke Kutu Deneyi
- Teneke kutu ısıtılıp ağzı sıkıca kapatıldıktan sonra soğumaya bırakıldığında teneke kutunun içeri doğru büzüldüğü görülür.
Çay Tabağı ve Çay Bardağı
- Çay tabağı ve çay bardağı arasına su girdiğinde, bardakla beraber tabakta kalkar. Bu olay açık hava basıncının bir göstergesidir.
Haşlanmış Yumurta Deneyi
- Kibritle ateş yakılarak cam şişenin içerisine atılır, şişenin ağzına haşlanmış yumurta yerleştirilirse şişe içerisinde ateş söndüğünde yumurta da şişe içerisine düşecektir.
Açık Hava Basıncı Nelere Bağlıdır?
- Deniz seviyesinden yukarı doğru çıkıldıkça açık hava basıncı azalır.
- Yüksek dağlara çıkıldıkça hava yoğunluğunun azalmasıyla basınçta azalma meydana gelir.
Kapalı Kaptaki Basınç
- Kapalı kap içerisindeki gaz tanecikleri hareket ederken kaba çarparak basınç oluşturur.
- Kapalı bir kaptaki gazın hacmi ile basıncı ters orantılıdır. Yani hacim azaldıkça basınç artar, hacim arttıkça basınç azalır.
- Kapalı kaptaki gaz basıncı “Manometre” ile ölçülür.
Bernoulli İlkesi
- Hızlı akan bir akışkan bölgesi, yavaş akan bir akışkan bölgesine göre daha düşük bir basınç oluşturur. Bir bölgedeki akış hızı arttıkça basınçta azalma meydana gelir. Buna Bernoulli İlkesi denir.
Basıncın Günlük Yaşam ve Teknolojideki Uygulamaları
Katı Basıncı
- Bıçağın eti, meyveyi, ekmeği vb. kesmesi için ağzı keskinleştirilir. Bu sayede basınç artırılmış olur.
- Kışın ayağımızın kara batmaması için geniş tabanlı kar ayakkabıları giyeriz.
Sıvı Basıncı
- Otomobilin fren sistemini (hidrolik fren) çalıştırmak için sıvı basıncından faydalanılır.
- Hidrolik liftlerle çok büyük ağırlıklar kaldırılabilir. Hidrolik liftler sıvı basıncından faydalanılarak yapılmıştır.
- İtfaiye, kamyon, vinç gibi araçlardaki kaldırma işi için sıvı basıncından yararlanılır.
Gaz Basıncı
- Pipet ile meyve suyunu içmek için açık hava basıncından faydalanırız.
- Emme basma tulumbalarda açık hava basıncından faydalanılır.
- Otomobil hava yastıklarında gaz basıncından faydalanılır.
- Elektrikli süpürgenin tozu çekmesi hava basıncı ile meydana gelir.
- Vantuzların cama yapışması hava basıncı sayesindedir.
- Vakumlu poşetler içerisindeki hava basıncı alınmıştır.
- Çay demliğinden çayın daha fazla akması için kapağın açılması gerekir.
Sonuç
Basınç, katılar, sıvılar ve gazlar olmak üzere doğanın temel kavramlarından biridir ve fen bilimleri eğitiminde önemli bir yer tutar. Günlük yaşamdan teknolojiye kadar her alanda karşımıza çıkan bu kavram, öğrencilerin hem teorik bilgilerini geliştirmelerine hem de çevrelerindeki dünyayı daha iyi anlamalarına yardımcı olur. Fen bilimleri derslerinde basınç konusunun detaylı incelenmesi, öğrencilere çevresel fenomenleri anlama ve teknolojik uygulamalara ilham verme konusunda güçlü bir temel sağlar.