Basınç Konu Anlatımı
Basınç Konu Anlatımı: Fizikte basıncın temel prensipleri, formüller ve uygulamalar. Ayrıntılı dersler ve örneklerle.
Basınç
Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç denir. Basıncı, katı basıncı, sıvı basıncı ve gaz basıncı olarak üçe ayırabiliriz.
A- Katıların Basıncı
Basınç nelere bağlıdır
a-Basınç, ağırlıkla (kuvvet) doğru orantılıdır.
Kuvvet (Ağırlık) arttıkça basınçta artar.
Bir tuğlanın yere yaptığı basınç az, üst üste iki tuğlanın yaptığı basınç daha fazladır.
b- Yüzey alanı ile ters orantılıdır.
Kuvvet (Ağırlık) aynı kalmak şartıyla yüzey alanı arttıkça basınç azalır.
Tuğlanın dik durumda yaptığı basınç, yatay duruma göre daha fazladır.
Bir iğne ucu sivriyken daha iyi batar, ucu körelmiş bir iğne zor batar.
Kum zeminde batmamak için daha geniş tabanlı ayakkabı giyeriz.
Not: Katılar üzerine uygulanan kuvveti aynen iletir, fakat basınç aynen iletmez. Basınç yüzeyle ters orantılıdır.
Çivinin sivri ucunda kuvvet aynı olmasına rağmen basınç fazladır.
Basınç= Kuvvet/ Alan formülü ile basıncı hesaplarız. 1N / 1m2 = 1Pa (Pascal)dır. Pa (Pascal) basınç birimidir.
Not: Basınç kuvveti, basıncın oluşmasını sağlayan kuvvet- tir. (F kuvveti)
Basıncı artırmaya örnekler
- Bıçağın ucunun sivri olması
- Sivri topuklu ayakkabının kuma gömülmesi
- Krampon tabanında sivri çiviler olması
- Kışın tekerlere zincir takılması
- Toplu iğnenin ucunun sivri olması
- Botların altının tırtıklı olması
- Patenlerin sivri olması
- Tavukların ayaklarının perdesiz olması
- Dişlerimizin keskin olması
- Tırnakların sivri olması
Basıncı azaltmaya örnekler
- Kamyonların teker sayısının fazla olması
- Kepçe ve tanklarda palet kullanılması
- Trenlerin teker sayısının fazla olması
- Kar ayakkabılarının geniş olması
- Fil, deve ve ayı gibi hayvanların ayaklarının geniş olması
- Kaz ve ördeklerin ayaklarının perdeli olması
- Raptiyenin bastırdığımız ucunun geniş olması
- Traktör arka tekerlerinin geniş olması
- Tek çivi balonu patlatırken, çok sayıda çivi balona batırıldığında balon patlamaması.
Çok sayıda çivi balonu patlatmaz.
Not: Bir cismin taban alanı ve ağırlığı aynı oranda artarsa zemine yaptığı basınç değişmez.
B- Sıvıların Basıncı
Sıvılar akışkandır.
Bu nedenle sıvılar temas ettikleri yüzeye basınç uygular.
Sıvı Basıncı
Sıvıların basıncı nelere bağlıdır.
Sıvı Basıncı Formülü
P = h . d . g (Perşembe haftanın dördüncü günü)
P: Sıvı basıncı
h: Yükseklik (Derinlik)
d: Sıvının yoğunluğu
g: Yer çekimi ivmesi (Dünya üzerinde çok fazla değişmediği için kullanılmayacak)
Not: Sıvı, basıncı yükseklik ve yoğunlukla doğru orantılıdır. Sıvı basıncı sabitken yükseklik ve yoğunluk ters orantılıdır. Basınç formülü kullanılmayacak sadece basıncın nelere bağlı olduğu bilinecektir.
a-Sıvının derinliğine bağlıdır.
Sıvının derinliği arttıkça yaptığı basınçta artar.
Yükseklik basınç ilişkisi
Yüksekliği fazla suyun tabana yaptığı basınç fazladır.
Derinlik arttıkça sıvı basıncı artacağı için sıvının akış hızı da artar.
b- Sıvının yoğunluğuna bağlıdır.
Sıvının yoğunluğu arttıkça basıncı da artar.
Yoğunluk Basınç İlişkisi
Aynı yükseklikte su ve alkolden, suyun yoğunluğu fazla olduğu için tabana yaptığı basınç daha fazladır.
Aynı derinlikte su ve yağ bulunan kaplardaki basınçlar birbirinden farklıdır.
Not: Sıvı basıncı kabın şekline ve sıvının miktarına bağlı değildir.
Değişik kaplarda sıvı basıncının zamanla değişimi
Bileşik Kaplar
Şekildeki bileşik kabın içerisine konulan sıvının yüksekliği eşittir. Buradan sıvı basıncının kabın şekline bağlı olmadığını anlarız.
Köylerde kullanılan su deposu
Köylerde su basıncının belirli bir seviyede olması için su depoları kullanılır.
Su deposunun yüksekliğinden az bütün evlere su gelecektir. Bu bir bileşik kap örneğidir.
Pascal Prensibi (Sıvıların basıncı iletmesi)
Sıvıların sıkıştırılabilme özelliği yoktur.
Bu nedenle sıvılar, uygulanan basıncı her yöne ve eşit olarak iletir. Buna pascal prensibi denir.
Not: Basınç değişmez, fakat basınç kuvveti alanın büyüklüğüne göre değişir.
İçi su dolu balonuna eşit büyüklükte delik açılıp üzerine bastırıldığında, deliklerden fışkıran suların aynı uzaklığa gittiği görülür. Bunun sebebi Paskal prensibine göre sıvı basıncı her noktaya aynen iletilmesidir.
Pascal prensibinin uygulama alanları
1.Su cenderesi
Kesitleri farklı 2 silindirin tabanından birleşmesiyle oluşan bir bileşik kaptır.
Küçük piston üzerine uygulanan az kuvvet, büyük silindirde fazla olarak elde edilir. (F < G)
Sıvı basıncı her tarafta aynıdır.
2. Otomobil fren sistemleri
Otomobiller fren sistemleri Pascal prensibi ile çalışır.
3.Hidrolik kaldırma sistemleri (Hidrolik lift)
Traktör, itfaiye merdiveni, kepçe, damperli kamyon gibi araçlarda kullanılır.
4.Su Tulumbası
Su kuyularından, su çekmek için geliştirilmiştir.
5.Berber koltuğu
Az bir kuvvet uygulanarak koltuk kaldırılabilir.
6.Hidrolik direksiyon
Araçlarda kullanılan hidrolik direksiyon az bir kuvvetle tekerin çevrilmesini sağlar.
7.İlaç pompaları
İlaçlama yapmada kullanılan pompa (tulumba) Pascal prensibi ile çalışır.
8.Hidrolik Pres
Sanayi ve hurdalıklarda sıkıştırma amacı ile kullanılır.
Ayrıca su depoları, yağdanlık, parfüm şişelerinde de Pascal prensibi kullanılır.
C- Gazların Basıncı
- Gazlarda sıvı basıncına benzer şekilde yüzeye basınç uygular.
- Atmosferin üzerimize uyguladığı basınca açık hava basıncı denir.
- Gazlar bulundukları kabın tamamını doldurur, bu nedenle içinde bulundukları kabın her tarafına basınç uygular.
- Gazlar da sıvılar gibi akışkandır.
- Gazlar içerisinde bulunan cisimlere basınç uygular.
Açık Hava Basıncının Ölçülmesi
Dünya’nın etrafını saran atmosfer ağırlığından dolayı basınç uygular.
Açık hava basıncını bulan bilim insanı Toriçelli‘dir. Toriçelli 1 m uzunluğundaki bir cam boruyu cıva ile doldurup cıva dolu bir kabın içine ters çevirmiştir. Cıva seviyesini deniz seviyesinde ve 0 °C’de 76 cm olarak ölçmüştür.
Not: Cıva seviyesi, borunun kalınlığına şekline bağlı değildir.
Açık Hava Basıncı Deniz Seviyesinden Yukarıya Doğru Çıkıldıkça Azalır.
Deniz seviyesinde 0 °C de açık hava basıncını 76 cmHg (Cıva) ölçmüştür.
Toriçelli deneyinde cıva yerine su kullanılmış olsaydı, su seviyesi daha fazla olacaktı.
(Yaklaşık 10.5 metre)
Açık hava basıncını ölçen araçlara “Barometre” denir.
Not: Açık Hava Basıncı = Atmosfer Basıncı = 1 atm (76 cmHg)
Açık hava basıncını nasıl anlarız
- Aşağıdaki deneyde bardağın içerisine ağzına kadar su doldurulup, içinde hava kalmayacak şekilde üzeri kağıtla kapatılıyor. Bardak hızlıca ters çevrildiğinde suyun dökülmediği görülebilir. Aşağıdaki hava basıncı suyun dökülmesini engellemiştir.
2. Magdeburg Deneyi
Magdeburg yarım küreleri hava olmayacak şekilde birleştirilir. Kürenin içerisindeki hava boşaltıldığında küreler birbirinden ayrılmaz.
Çok güçlü atlar çektiklerinde birbirinden zorlukla ayırabilmiştir. Bu deney açık hava basıncının büyüklüğünü göstermektedir.
3. Isıtılan Teneke Kutu Deneyi
Teneke kutu ısıtılıp, ağzı sıkıca kapatıldıktan sonra soğumaya bırakıldığında teneke kutu içerisine doğru büzülür.
4. Çay Tabağı ve Çay Bardağı
Çay tabağı ve çay bardağı arasına su girdiğinde, tabak bardakla beraber tabakta kalkar. Bu olay açık hava basıncını gösterir.
5. Haşlanmış Yumurta Deneyi
Cam şişe içerisinde kibritle ateş yakılarak atılıp, şişenin ağzına haşlanmış yumurta yerleştirilirse şişe içerisinde ateş söndüğünde yumurta da şişe içerisine düşecektir.
Açık hava basıncı nelere bağlıdır?
Yerden yukarı çıkıldıkça açık hava basıncı azalır. Yüksek dağlara çıkıldığında havanın yoğunluğu azalır, bu nedenle basınçta azalır.
Kapalı kaptaki basınç
Kapalı kap içerisinde bulunan gaz tanecikleri hareket ederken kaba çarparak basınç oluşturur.
Kapalı kaplardaki gazın basıncı “Manometre” ile ölçülür.
D- Basıncın Günlük Yaşamada ve Teknolojide Uygulamaları
a-Katı basıncı
- Bıçağın meyveyi kesmesi için ağzı keskinleştirilir. Bu sayede basınç artırılmış olur.
- Kışın karda ayağımızın batmaması için geniş tabanlı kar ayakkabıları giyeriz.
- Baltanın ağzının bilenmesi katı basıncını artırır.
b- Sıvı basıncı
- Otomobilin fren sistemini çalıştırmak için sıvı basıncından yararlanılır.
- Hidrolik liftlerle çok büyük ağırlıklar kaldırılabilmek- Liftler sıvı basıncından yararlanılarak yapılmıştır.
- İtfaiye, kamyon, vinç gibi araçlarda kaldırmak işi için sıvı basıncından yararlanılır.
- Bahçe hortumun ucu sıkıştırıldığında su daha ileri Sıvı basıncı artırılmış olur.
- Şırınganın içerisine sıvı çekmek için sıvı basıncı kullanılır.
b- Gaz basıncı
- Pipet ile meyve suyunu içmek için açık hava basıncından yararlanırız.
- Boya makinelerinde gaz basıncından yararlanılır.
- Emme basma tulumbalarda açık hava basıncından yararlanılır.
- Yangın tüpü, mutfak tüpü ve oksijen tüpünde gaz basıncından yararlanılır.
- Parfümlerde gaz basıncından yararlanılır.
- Otomobil hava yastıklarında gaz basıncından yararlanılır.
- Elektrikli süpürgenin tozu çekmesi hava basıncı ile gerçekleşir.
- Vantuzların cama yapışması hava basıncı sayesinde olur.
- Vakumlu poşetler içerisinde hava basıncı alınmıştır.
- Tıkanan lavaboları açmakta kullanılan lavabo açıcılar açık hava basıncından yararlanılır.
- Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncının azalmasından dolayı kulaklarımız tıkanır, burnumuz kanar. (Kulak tıkanıklığı basınç artmasından da )
- Zeytinyağ tenekesinden yağ boşaltılırken yağın düz- gün akabilmesi için tenekeye ikinci bir delik daha açılır.
- Çay demliğinden çayın daha fazla akması için kapağın açılması