Basınç ve Kaldırma Kuvveti Nedir? Detaylı Konu Anlatımı29 Nisan 2019
Konu Başlıkları
Basınç ve basınç kuvveti kavramlarının katı, durgun sıvı ve gazlarda bağlı olduğu değişkenler
Bütün maddelerin ağırlığı vardır ve maddeler ağırlıklarından dolayı temas ettiği yüzeye basınç uygular. Maddenin ağırlığından dolayı birim yüzeye uyguladığı dik kuvvete basınç denir. Basınç P sembolü ile gösterilir ve değeri P = Fdik / A eşitliği ile bulunur.
Basıncın birimi pascal (Pa) olarak verilir.
Katı bir cismin temas ettiği yüzeye uyguladığı basınç, ağırlığı ile doğru orantılı temas yüzey alanı ile ters orantılıdır. Katı maddeler üzerine uygulanan kuvveti tamamen iletirken basıncı tam iletmez.
Bir sıvının bulunduğu kapta oluşturduğu basınç sıvı yüksekliğine ve sıvının yoğunluğuna bağlıdır. Sıvı basıncının değeri P = h.d.g eşitliği ile bulunur.
Sıvı basıncı, sıvının bulunduğu kabın şeklinden bağımsızdır. Sıvı maddeler kuvveti tamamen iletmez ancak basıncı iletirler. Bu durum Pascal Prensibi ile açıklanır.
Pascal Prensibi
Bir kaptaki sıvının serbest yüzeyine (açık yüzeyine) uygulanan basınç, bu sıvı tarafından, sıvının temas ettiği tüm noktalara aynen ve dik olarak iletilir.
Sıvı maddenin meydana getirdiği sıvı basınç kuvvetinin değeri yüzey alanı arttıkça azalır. Gaz maddeler ağırlıklarından dolayı ve içerisinde bulundukları kabın iç yüzeyine gaz moleküllerinin çarpması sonucunda basınç oluşturur.
Açık hava basıncı üzerinde çalışmalar yapan Torricell (Toriçelli), yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncının azaldığını keşfetmiştir. Açık hava basıncının en büyük değerini ise deniz seviyesinde ölçmüştür.
Basınç maddenin hâl değişimi üzerinde etkilidir. Maddenin üzerine uygulanan basıncın artması hâl değiştirme sıcaklığını yükseltir. Örneğin düdüklü tencerede suyun geç kaynamasının nedeni su üzerine uygulana basıncın artmasındandır.
Basıncı ölçmek için farklı araçlar kullanılır: Açık hava basıncını ölçmek için barometre; bir kaptaki gaz basıncını ölçmek için manometre; bulunulan yerin deniz yüzeyinden yüksekliğini ölçmek için altimetre; denizin derinliğini ölçmek için bati metre denilen ölçüm araçları kullanılır.
Akışkanlarda akış sürati ile akışkan basıncı arasındaki ilişki
Sıvı ve gaz maddelere akışkan maddeler adı verilir. Akışkan maddeler içerisinden geçtikleri ortamların kesitinin farklı olmasına bağlı olarak farklı sürate sahip olabilir.
Yapılan deneyler bunun nedeninin akışkanın içerisinden geçtiği ortamın yüzeylerine farklı basınç uygulamasından kaynaklandığını göstermiştir. Kesit alanı büyük olan boruda sıvının boru yüzeyine uyguladığı basınç büyük olurken akış sürati azdır.
Kesit alanı küçük olan boruda ise akan aynı miktardaki sıvının boru yüzeyindeki basınç küçük olurken sürati fazladır. Bernoulli İlkesi olarak bilinen bu ilke akışkanın düzgün akması ve akışkanın sıkışmaz olması koşuluyla geçerlidir.
Bernoulli İlkesi
Bir boruda akan akışkanın süratinin arttğı noktalarda basınç düşmesi olur.
Günlük yaşamda Bernoulli İlkesi’nin uygulama alanlarına örnek olarak, uçağın uçmasında, parfüm şişelerinde, tansiyon ölçümünde kullanılmasını verilebilir.
Durgun akışkanlarda cisimlere etki eden kaldırma kuvveti
Sıvı ve gaz maddeler içerisinde bulunan maddelere kaldırma kuvveti uygular. Bir sıvı içerisine konulan ve sıvı içerisinde çözünmeyen cisme etki eden kaldırma kuvveti,
cismin alt ve üst yüzeylerine sıvı tarafından uygulanan basınç farkından ortaya çıkar. Sıvı içerisinde bulunan cisme etki eden kaldırma kuvvetinin büyüklüğü Fk = Vbatan.dsıvı.g bağıntısı ile bulunur.
Bu eşitlik cismin sıvı içerisinde ne kadar hafiflediğini de ifade eder. Cisim sıvı içerisine bırakıldığında hacmi kadar sıvı ile yer değiştirir. Archimedes (Arşimet) İlkesi olarak bilinen bu ilke aşağıdaki gibi ifade edilir:
Archimedes İlkesi
Tamamı ya da bir kısmı durgun akışkana batırılan cisme akışkan tarafından uygulanan kaldırma kuvvetinin büyüklüğü, cismin batan kısmının hacminden dolayı yer değiştiren akışkanın ağırlığına eşittir.
Sıvı içerisinde bir cisim yüzebilir, askıda kalabilir ya da batabilir. Bu durumların oluşması için gerekli şartlar aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- dc < dsıvı ise cisim yüzer.
- dc = dsıvı ise cisim askıda kalır.
- dc > dsıvı ise cisim batar.
Benzer durum gaz içerisinde bulunan cisim için de geçerlidir. Gazlar da sıvılar gibi içerisinde bulunan cisme yukarı yönlü kaldırma kuvveti uygular. Bu kuvvetin büyüklüğü cismin hacmine ve gazın yoğunluğuna bağlıdır.