Basınç konusu 8. Sınıf 3. Ünitenin birinci konusudur.
Bu ünitede öğrencilerin; katı, sıvı ve gaz basınçlarını ve bu basınçları etkileyen faktörler hakkında bilgi ve beceriler kazanmaları, aynı zamanda basıncın günlük hayattaki uygulamalarını fark etmeleri amaçlanmaktadır.
F.8.3.1. Basınç
Önerilen Süre: 10 ders saati
Konu / Kavramlar: Basınç, katı basıncını etkileyen değişkenler, sıvı basıncını etkileyen değişkenler, basıncın günlük yaşam ve teknolojideki uygulamaları
F.184.108.40.206. Katı basıncını etkileyen değişkenleri deneyerek keşfeder.
F.220.127.116.11. Sıvı basıncını etkileyen değişkenleri tahmin eder ve tahminlerini test eder.
F.18.104.22.168. Katı, sıvı ve gazların basınç özelliklerinin günlük yaşam ve teknolojideki uygulamalarına örnekler verir.
Basınç
Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç denir. Basınç; katı basıncı, sıvı basıncı ve gaz basıncı olarak üçe ayrılır. Basınç P ile gösterilir.
A-) Katı Basıncı
- Katı bir cismin ağırlığından dolayı temas ettiği yüzeye uyguladığı dik kuvvete katı basıncı denir.
- Birimi Pa (Pascal) ‘dır.
Katı basıncı nelere bağlıdır?
a-) Katı basıncı, ağırlıkla (kuvvet) doğru orantılıdır.
- Ağırlık (Kuvvet) arttıkça basınçta artar.
- Bir tuğlanın yere yaptığı basınç azken üst üste iki tuğlanın yaptığı basınç daha fazladır.
b-) Katı basıncı, yüzey (temas) alanı ile ters orantılıdır.
- Kuvvet aynı kalmak şartıyla yüzey alanı arttıkça basınç azalır.
- Bir iğne ucu sivriyken daha iyi batar, ucu körelmiş bir iğne zor batar.
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/ Temas Alanı formülü ile basıncı hesaplarız.
Not: Basınç kuvveti, basıncın oluşmasını sağlayan kuvvettir. (F kuvveti)
Günlük Hayattan 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
Günlük Hayattan Basıncı Azaltmaya Örnekler
• Kamyonların teker sayısının fazla olması
• Kepçeler de palet 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
• Tek çivi balonu patlatırken, çok sayıda çivi balona batırıldığında balon patlamaz.
Not: Günlük hayattaki basınç artırma ve azaltma uygulamaları genellikle temas alanlarının değiştirilmesi ile yapılmaktadır. Ağırlık değiştirmek daha zor bir durumdur.
B-) Sıvı Basıncı
Sıvıların akışkanlık özelliği ve ağırlığından dolayı temas ettikleri bütün yüzeylere uyguladıkları dik kuvvete sıvı basıncı denir.
- Sıvılar akışkandır. Bu nedenle sıvılar temas ettikleri yüzeye basınç uygular.
Sıvı Basıncı Nelere Bağlıdır?
a-) Sıvı basıncı, sıvının derinliğine bağlıdır ve derinlik ile doğru orantılıdır.
- Sıvının derinliği arttıkça yaptığı basınçta artar.
Not: Sıvının derinliği, belirlenen noktanın üzerinde kalan sıvı miktarı ile belirlenir.
b-) Sıvı basıncı, sıvının yoğunluğuna bağlıdır ve yoğunluk ile doğru orantılıdır.
Sıvının yoğunluğu arttıkça basıncı da artar.
Aynı derinlikte su ve alkolden, suyun yoğunluğu fazla olduğu için tabana yaptığı basınç daha fazladır.
Not: Yoğunluk maddenin cinsiyle alakalıdır.Önemli !! : Sıvı basıncı kabın şekline ve sıvının miktarına bağlı değildir.
Bileşik Kaplar
Şekildeki bileşik kabın içerisine konulan sıvının derinliği her bölümde eşittir. Buradan sıvı basıncının kabın şekline bağlı olmadığını anlarız. Bu şekilde bir kapta bir uçtan doldurulan sıvı her kapta eşit şekilde yükselir.
Su deposunun yüksekliğinden az bütün evlere su gelecektir. Bu bir bileşik kap örneğidir.
Pascal Prensibi ( Sıvıların Basıncı İletmesi )
Sıvıların sıkıştırılabilme özelliği yoktur. Bu nedenle sıvılar, uygulanan basıncı her yöne ve eşit olarak iletir. Buna Pascal Prensibi denir.
İçi su dolu balonuna eşit büyüklükte delik açılıp üzerine bastırıldığında, deliklerden fışkıran suların aynı uzaklığa gittiği görülür. Bunun sebebi Pascal 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 daha büyük bir kuvvet ile dengelenir. Bu sayede küçük kuvvetlerle büyük ağırlıklara etki edilebilir.
2) Otomobil Fren Sistemleri
Otomobil fren sistemleri Pascal prensibi ile çalışır. Fren pedalına uygulanan küçük bir kuvvet tekerleklerde daha büyük bir kuvvete dönüşür. Bu sayede hızla giden tekerlekler bile durdurulabilir.
3) Hidrolik Kaldırma Sistemleri (Hidrolik lift)
Traktör, itfaiye merdiveni, kepçe, damperli kamyon gibi araçlarda kullanılır. Büyük ağırlıkları kaldırmak için kullanılır.
4) Su Tulumbası
Su kuyularından, su çekmek için geliştirilmiştir.
5) Berber Koltuğu
Az bir kuvvet uygulanarak bir insanı kaldıracak kadar kuvvet elde edilebilir.
6) Hidrolik Direksiyon
Araçlarda kullanılan hidrolik direksiyon pascal prensibi sayesibde az bir kuvvetle tekerleklerin rahat bir şekilde dönmesi sağlanabilir.
7) İlaç Pompaları ( Su Tabancaları )
İlaçlama yapmada kullanılan pompa (tulumba) Pascal prensibi ile çalışır. Aynı mantık oyuncak su tabancaları için de geçerlidir.
8) Hidrolik Press
Sanayi ve hurdalıklarda sıkıştırma amacı ile kullanılır. Büyük cisimleri rahatlıkla ezecek kadar büyük kuvvetler elde edilebilir.
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 Basıncı
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.
Cıva seviyesi, borunun kalınlığına şekline bağlı değildir.
Not: 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 Basıncının Günlük Hayattaki Örnekleri
1. 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. Aynı mantık hacamat yaparken kullanılan araçlarda da vardır.
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. Bu durum bazen aklımızı alır ama olsun 🙂
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. İçerde ateşin yanmasıyla içerdeki gaz miktarı azalır, bu durum açık hava basıncının şişenin içindeki basınçtan fazla olmasını sağlar. Bu da yumurtayı içeri iter.
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 firen sistemini çalıştırmak için sıvı basıncından yararlanılır.
• Hidrolik liftlerle çok büyük ağırlıklar kaldırılabilmektedir. Liftler sıvı basıncından yararlanılarak yapılmıştır.
• İtfaiye, kamyon, vinç gibi araçlarda kaldırmak işi için sıvı basıncından yararlanılır.
• Bahçe hortumun ucu sıkıştırıldığında su daha ileri gider. Sıvı basıncı artırılmış olur.
• Şırınganın içerisine sıvı çekmek için sıvı basıncı kullanılır.
c-) 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 kaynaklanabilir.)
• Zeytinyağ tenekesinden yağ boşaltılırken yağın düzgün akabilmesi için tenekeye ikinci bir delik daha açılır.
• Çay demliğinden çayın daha fazla akması için kapağın açılması gerekir.