Basınç
Katı, sıvı ve gaz basıncını günlük yaşamdan örneklerle keşfet; kuvvet, temas alanı, derinlik ve yoğunluk ilişkilerini yorumla.
Karda yürürken geniş tabanlı kar ayakkabılarıyla daha az batarsın. Sivri uçlu bir çivi ise tahtaya kolayca girebilir. Bu iki olayda da temas yüzeyinin büyüklüğü önemlidir. Basınç konusuyla, kuvvetin bir yüzey üzerindeki etkisini ve bu etkiden yararlanan teknolojileri keşfedeceksin.
Bu konuda öğreneceklerin
- Basınç ile kuvvetin aynı kavram olmadığını açıklarsın.
- Katı basıncının kuvvet ve temas alanıyla nasıl değiştiğini karşılaştırırsın.
- Sıvı basıncının derinlik ve yoğunluğa bağlı olduğunu yorumlarsın.
- Gazların basınç uyguladığını ve açık hava basıncının günlük etkilerini örneklendirirsin.
- Pascal prensibini hidrolik sistemlerle ilişkilendirirsin.
01 — Basınç nedir?
Bir yüzeye dik uygulanan kuvvetin birim yüzey alanındaki etkisine basınç denir. Aynı kuvvet küçük bir temas alanına dağıldığında birim alana düşen etki daha büyük olur. Temas alanı büyüdüğünde ise bu etki daha geniş bir alana yayılır.
02 — Katı basıncı ve temas alanı
Yatay bir zeminde durgun duran bir cismin ağırlığı zemine dik etki eder. Cismin ağırlığı sabitken zemine temas eden alanı küçültürsen katı basıncı artar. Temas alanını büyütürsen katı basıncı azalır. Burada önemli olan cismin bütün yüzeylerinin toplamı değil, zemine gerçekten temas eden yüzeydir.
Görseli büyüt03 — Katı basıncı ve uygulanan kuvvet
Temas alanı sabitken zemine dik uygulanan kuvvet arttığında basınç artar. Özdeş iki tuğlayı üst üste koyduğunda zemine temas eden alt yüzey aynı kalır; zemine etki eden toplam ağırlık ise artar. Bu nedenle üst üste duran iki tuğlanın zemine uyguladığı basınç, tek tuğlanınkinden daha büyüktür.
Görseli büyüt| Sabit tutulan | Değiştirilen | Basınçta beklenen değişim |
|---|---|---|
| Temas alanı | Dik kuvvet artırılır | Basınç artar. |
| Dik kuvvet | Temas alanı artırılır | Basınç azalır. |
04 — Sıvı basıncı ve derinlik
Sıvılar ağırlıkları nedeniyle basınç uygular. Akışkan oldukları için yalnız kabın tabanına değil, temas ettikleri yan yüzeylere ve içlerindeki cisimlerin yüzeylerine de basınç uygularlar.
Durgun ve aynı yoğunluktaki bir sıvıda serbest yüzeyden aşağıya doğru inildikçe sıvı basıncı artar. Derinlik, kabın tabanından değil sıvının serbest yüzeyinden ölçülür. Aynı sıvının aynı derinliğindeki noktalarda sıvı basıncı eşittir.
Görseli büyüt05 — Sıvı basıncı ve yoğunluk
Derinlik ve diğer koşullar aynı tutulduğunda yoğunluğu daha büyük olan sıvı daha büyük sıvı basıncı oluşturur. Örneğin suyun yoğunluğu ayçiçeği yağının yoğunluğundan büyüktür. Serbest yüzeylerinden aynı derinlikte seçilen noktalar karşılaştırıldığında suyun oluşturduğu sıvı basıncı daha büyüktür.
Görseli büyüt| Araştırılan etken | Değiştirilen | Sabit tutulan temel koşul |
|---|---|---|
| Derinlik | Noktanın sıvı yüzeyine uzaklığı | Sıvının cinsi ve yoğunluğu |
| Yoğunluk | Sıvının cinsi ve yoğunluğu | Noktaların kendi sıvı yüzeylerinden derinliği |
06 — Kabın şekli ve sıvı miktarı
Ağzı açık kaplarda, aynı durgun sıvının aynı derinliğindeki basınçlarını karşılaştırırken kabın genişliği ya da şekli tek başına belirleyici değildir. Kaplarda farklı miktarda sıvı bulunabilir; sıvı yüzeyinden seçilen noktalara olan derinlik aynıysa sıvı basınçları eşit olur.
Görseli büyüt07 — Gaz basıncı ve açık hava basıncı
Gazlar da temas ettikleri yüzeylere basınç uygular. Dünya’yı çevreleyen atmosferin yeryüzüne ve cisimlere uyguladığı basınca açık hava basıncı ya da atmosfer basıncı denir.
Diğer koşullar benzerken deniz seviyesinden daha yükseğe çıkıldıkça açık hava basıncı azalır. Şişe, lastik ve hava pompası gibi günlük yaşam örnekleri de havanın yüzeylere uyguladığı basıncı fark etmeni sağlar.
Görseli büyüt08 — Pascal prensibi ve hidrolik sistemler
Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan ek basınç, sıvının her noktasına ve sıvının temas ettiği yüzeylere aynı büyüklükte iletilir. Bu özellik Pascal prensibi olarak adlandırılır. “Ek basınç” demek, başlangıçta var olan basınca yapılan artış demektir.
Görseli büyütHidrolik lift, hidrolik kriko ve araçların hidrolik frenleri Pascal prensibinden yararlanır. Fren pedalına uygulanan kuvvet fren sıvısında basınç artışı oluşturur. Sıvının ilettiği etkiyle fren parçaları tekerleğe bağlı yüzeylere baskı yapar; sürtünme aracın yavaşlamasını sağlar.
09 — Günlük yaşamda basınç
| Örnek | Yararlanılan özellik | Açıklama |
|---|---|---|
| Çivi ve keskin bıçak | Katı basıncı | Aynı kuvvet küçük temas alanında daha büyük basınç oluşturur. |
| Kar ayakkabısı ve iş makinesi paleti | Katı basıncı | Ağırlık daha geniş temas alanına yayılır; zemine uygulanan basınç azalır. |
| Baraj duvarı | Sıvı basıncı | Derinlikle artan sıvı basıncına karşı alt bölüm daha kalın yapılır. |
| Hidrolik lift ve hidrolik fren | Pascal prensibi | Kapalı sıvı sisteminde ek basınç iletilir. |
| Lastik, yangın söndürme tüpü ve hava pompası | Gaz basıncı | Gazların yüzeylere basınç uygulamasından yararlanılır. |
Mini kontrol
Bir tuğla önce geniş, sonra dar yüzeyiyle yatay zemine konuluyor. İkinci durumda ne değişir?
Tek bir tuğlanın üzerine özdeş bir tuğla yerleştiriliyor. Zemine temas eden alt yüzey değişmiyor. Zemine uygulanan basınç nasıl değişir?
Ağzı açık bir kaptaki durgun suda biri yüzeye yakın, diğeri daha derinde iki nokta seçiliyor. Hangi karşılaştırma doğrudur?
Sıvı yoğunluğunun basınca etkisini araştırmak için su ve ayçiçeği yağı karşılaştırılıyor. Derinlik her sıvının kendi serbest yüzeyinden ölçülüyor. Diğer koşullar aynıyken hangi özellik sabit tutulmalıdır?
Ağzı açık, farklı genişlikte iki kapta aynı durgun su bulunuyor. Seçilen noktaların su yüzeylerinden derinlikleri ve dış ortam koşulları eşit. Noktalardaki sıvı basınçları nasıldır?
Kapalı bir hidrolik sistemde küçük pistona kuvvet uygulanmasıyla oluşan basınç artışı sıvının diğer noktalarına iletiliyor. Bu özellik hangi kavramla açıklanır?
- 1Basınç, yüzeye dik kuvvetin birim alan üzerindeki etkisidir; birimi pascaldır (Pa).
- 2Katı basıncı, temas alanı sabitken dik kuvvet arttığında artar.
- 3Katı basıncı, dik kuvvet sabitken temas alanı arttığında azalır.
- 4Durgun sıvılarda basınç, derinlik ve yoğunluk arttığında artar.
- 5Aynı sıvıda ve aynı derinlikte, kap şekli veya toplam sıvı miktarı basıncı değiştirmez.
- 6Gazlar basınç uygular; atmosferin etkisine açık hava basıncı denir.
- 7Pascal prensibi, kapalı sıvıya uygulanan ek basıncın iletilmesini açıklar.
- 8Basınç ve kuvvet farklıdır; hidrolik sistemde geniş pistonda daha büyük kuvvet elde edilebilir.