10.SINIF FİZİK BASIÇ KONUSU

                                BASINÇ

KATI BASINCI:Katı cisimler kendilerine uygulanan kuvveti aynı yön ve doğrultuda değiştirmeden kendi ağırlıkları ile beraber temas ettikleri yüzeye iletirler. İletilen bu kuvvet yüzeyde bir basınç oluşturur  ve aşağıda verilen formülle hesaplanır.

Yüzeye etki eden kuvvet dik değilse kuvvetin dik bileşeni alınır.

Basınç Kuvveti yüzeye etki eden  kuvvete eşittir. Sadece bir cisim varsa cismin ağırlığı kadar kuvvet uygulanır. Cismin üzerine kuvvet etki ediyorsa basınç kuvveti bulunurken aşağıdaki işlemler yapılır

Özellikler :

1-) Şekilde verilen cisimler  şekil 1 deki gibi dik kesilirse veya şekil 2 deki gibi eğimli kesilirse ilk duruma göre basınçları nasıl değişir.

Şekil 1 için  P1  =  P2  =   P ilk

Şekil 2 için P4  > P ilk  >  P3

2. Basınç tanımını yaparken basıncın yüzeye dik olarak etki ettiğini söylemiştik .Eğik düzlem üzerindeki bir cismin zemine uyguladığı basıncı bulurken ağırlığın yüzeye dik bileşeni bulunur.

P=mgcosα/S

3.   a ivmesiyle yukarı doğru hızlanan bir asansör içindeki cismin zemine yaptığu basınç:

4. Kuvvet sabit kalmak şartıyla basınç, yüzey ile ters orantılıdır.

Şekildeki çivinin geniş yüzeyine F kuvveti uygulandığında bu kuvvet sivri uca da aynen iletilir. Fakat  sivri  uçta daha fazla basınç oluşur…Katılar kuvveti aynen iletirle fakat basıncı aynen iletmezler.

S1 >> S2 olduğundan, P2 >> P1 olur.

Not: Katılar kendilerine uygulanan kuvveti aynı yönde ve aynı büyüklükte iletirler. Fakat basıncı aynen iletmezler.

5- ) Yerçekimi olmayan bir ortamda basınç oluşmaz.

SIVI BASINCI:

Sıvıların belli şekilleri yoktur, akışkan oldukları için bulundukları kabın şeklini alırlar  ve ağırlıkları nedeniyle bulundukları kaba basınç uygularlar. Bu yazımızda durgun sıvıların basıncını ele alacağız.

Durgun sıvıların basıncı iki değişkene bağlıdır. Derinlik(h)  basıncın uygulandığı noktanın sıvının açık yüzeyine olan olan mesafe , yoğunluk(d)  ise  sıvının özkütlesine bağlıdır. Aşağıda verilen bağıntıya göre  basınç hem sıvı derinliği, hem de sıvının özkütlesi ile doğru orantılıdır

P=h.d.g

Basınç Kuvveti

F = P. s

F = h.psıvı s = h. d. g. s

Özellikler :

1. Sıvı basıncı bu iki niceliğin dışında kabın sekline ve biçimine bağlı değildir. Sıvı yüksekliği ve sıvının özağırlığı değişmemek şartıyla sıvı hacmine de bağlı değildir.

P1=P2=P3

2. Sıvı basıncı yüzeye daima dik olarak etki eder. Kap yüzeyinde açılan bir delikten çıkan sıvının yüzeye dik olarak çıkması da basıncın yüzeye dik uygulandığını gösterir.
3. Şekildeki düzgün silindirik kaba akış hızı sabit olan musluktan su akıyor. Suyun yüksekliği zamanla düzgün olarak arttığı için kabın tabanındaki sıvı basıncı da zamanla düzgün olarak artar.

4. Şekildeki kaba akış hızı sabit olan musluktan su akıyor. Kap yukarı doğru daraldığı için kaptaki sıvı yüksekliği zamanla daha hızlı artmaktadır. Dolayısıyla kabın tabanına etki eden sıvı basıncının artış miktarı artarak sekildeki gibi olur

 5. Yine şekildeki kaba akış hızı sabit olan musluktan su akıyor. Kap yukarı doğru genişlediği için kaptaki sıvı yüksekliğindeki artış zamanla yavaşlayacaktır.

Dolayısıyla kabın tabanındaki sıvı basıncının zamanla değişimi şekildeki gibi olur. Şekildeki kapta birbirine karışmayan d1 ve d2 özkütleli sıvılar vardır. Kabın tabanındaki toplam sıvı basıncı, sıvıların ayrı ayrı basınçlarının toplamına eşittir.

6. Birbirine karışmayan sıvıların bir kabın tabanına uyguladığı basınç;

Psıvı = h1 . d1.g+ h2 .d2.g

7. Silindirik ve düzgün prizma seklindeki kaplarda sıvıların kap tabanına uyguladığı basınç kuvveti sıvının ağırlığına eşittir.

8. Ağırlıkları eşit üç farlı kaptaki ağırlık-basınç kuvveti ilişkisi;

9.  Şekildeki kapta sıvının delik aracılığı ile yatayda alacağı x uzaklığı h1 ve h yüksekliklerine bağlıdır ama açık hava basıncına bağlı değildir.

Suyun akış hızı ise aşağıda verilen formülle hesaplanır.

10. Kapta bulunan sıvının, kabın yan yüzeylerine uyguladığı basınç kuvvetini bulmak için ortalama derinlik alınır

F1 = h.d.g.s

F2=(h/2).d.g.2S

F3=(h/2).d.g.3S

PASCAL PRENSİBİ

İçine sıvı çekilen bir enjektörün ucu kapatılıp piston ileri doğru itilmeye çalışıldığında, itilemediği gözlenir. Yani sıvıların basınç altındaki hacim değişimleri önemsenmeyecek kadar azdır. Yani pratikte sıvılar basınç altında sıkıştırılamaz. Sıvılar sıkıştırılamadığı için basıncı aynen iletirler
Pascal prensibi :Kapalı bir kaptaki sıvının herhangi bir noktasına uygulanan basınç kabın sekli nasıl olursa olsun, kabın iç yüzeylerinin  her noktasına sıvı tarafından aynı büyüklükte iletilir. Pascal prensibinden yararlanılarak, bileşik kapların ve su cenderelerinin çalışma ilkeleri açıklanabilir.

Su Cendereleri
Tabanları birlestirilmiş kesitleri farklı iki silindir ve pistonlardan oluşur. Küçük piston üzerine bir kuvvet uygulanarak sıvı üzerine basınç uygulanır. Su cendereleri basit makineye benzerler. Kuvvetten kazanç sağlar ama yoldan da kaybettirirler. Sıvıların basıncı iletme özelliğinden yararlanılarak günlük hayatta kullanılan pek çok araç yapılmıştır.Yıkama yağlama sistemlerinde arabaların kaldırılmaları, hidrolik frenler, emme–basma tulumbaları. Bazı bitkilerin ve meyvelerin yağını ve suyunu çıkarmada kullanılır.

Özel durumlar

1-)

P1=P2

(F1/S1)=(F2/S2)

Piston ağırlığı ihmal ediliyor.

2-) Pistonlar ağırlıklı ise ve 1. piston M1 ikinci piston M2 ağırlığında ise;

P1 = P2

(M1+F1) /S1 + hdg = (M2+F2)/S2

 3-)

P1=P2

hdg= (M1/S1)

4-)

P1=P2

(F/S1)=(M2/S2)+hdg

5-)

P1=P2

(F1/S1)=(M1/S1)+(M2/S2)+hdg

Bileşik Kaplar ( U boruları)

Şekilleri ve kesitleri farklı iki ya da daha fazla kabın tabanlarının birleştirilmesi ile elde edilen kaplara bileşik kaplar denir. Örneğin U borusu bileşik kaptır.

U borularında özkütlesi fazla olan sıvı alt tarafta , özkütlesi az olan sıvı üst tarafta olur. Soruları çözmek için denklem kurmamız gerekir. Denklemleri karşılıklı aynı seviyelerde basınç eşitliğine göre kurulur.  Aşağıdaki gibi denklemler kurulabilir.

AÇIK HAVA BASINCI

Dünyanın çevresindeki hava tabakası çeşitli gazlardan meydana gelir. Bu gaz tabakasına atmosfer denir. Atmosferdeki gazlar da, katı ve sıvılarda ki gibi ağırlığından dolayı dokundukları yüzeylere basınç uygular.  Yani üzerimizde bulunan atmosfer ağırlığından dolayı bize basınç uygular. Bu basınca açık hava basıncı ya da atmosfer basıncı denir.

Aşağıdaki resimde de görüldüğü gibi, Açık hava basıncının değeri yeryüzüne yakın yerlerde en büyüktür. Yükseklere çıkıldıkça üzerimizde bulunan havanın ağırlığı azalacağı için açık hava basıncı da  azalır.

Açık hava basıncını ilk defa 1643 yılında, İtalyan bilim adamı Evangelista Torricelli  keşfetmiştir. Yaptığı deneylerde Torricelli Deneyi denmiştir.

Toriçelli Deneyi
Torricelli bu deneyi deniz seviyesinde ve 0 °C sıcaklıkta yapmıştır. Yaklaşık bir metre uzunluğun da olan bir ucu kapalı cam boru alınarak ağzına kadar cıva dolduruluyor.( Cıva yerine farklı sıvılarda kullanılabilir) Borunun açık kısmı el ile kapatılıp  cıva çanağına daldırıldıktan sonra el çekildiğinde, cıvanın biraz çanağa boşalıp sonra sabit kaldığı görülüyor. Yaptığı her denemede borudaki cıva yüksekliği 76 cm’de kalıyor. Borunun ağzı açık olduğu halde cıvanın tamamının kaba boşalmayarak 76cm yüksekliğinde kalmasının nedeni, cıva basıncının açık hava basıncı tarafından dengelenmiş olmasıdır.

Deneyi farklı yükseklik ve farklı sıcaklık değerlerinde tekrarlarsak cıva yüksekliği değişir.  Açık hava basıncı Poile gösterilir.

Yukarıdaki şekilde ,Aynı deney farklı genişlikteki borularla yapıldığında cıva yüksekliğinin  76 cm olduğu görülüyor. Yani borudaki cıva yüksekliği borunun kesitine bağlı değildir.

Açık hava basıncının ölçüldüğü aletlere barometre denir. Şekildeki barometrede çanaktaki cıva üzerine etki eden açık hava basıncı, cıva tarafından itilerek, borudaki cıva basıncını dengeler.

Barometredeki Cıva Yüksekliği Nelere Bağlıdır;

a) Kullanılan sıvının özkütlesi= Kullanılan sıvının özkütlesine göre cam borudaki sıvı yüksekliği değişir. kullanılan sıvının özkütlesi düştükçe borudaki sıvı yüksekliği artar . Po=h.d.g    d azalırsa , h artar

b) Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça= Üzerimizdeki hava tabakası azalır ve Açık hava basıncı düşer buna bağlı olarak   h yüksekliği azalır.

c-) Ortamın Sıcaklığı= Otamın sıcaklığı artarsa borudaki cıva genleşir ve h seviyesi artar

d) Borunun üst kısmında bir gaz varsa = Açık hava basıncı borunun üstündeki gaz ve cıva yüksekliği toplamı kadar olur  (Po: h.d.g  + P gaz )  ve  h yüksekliği azalır   
e) Çekim ivmesi = Çekim ivmesi büyürse  h yüksekliği azalır. Çünkü  (Po=h.d.g )    g büyürse , h azalır
f) Borunun biçimi ve kalınlığı = h yüksekliğini değiştirmez.

Basınç Ölçmek İçin Kullanılan Aletler

Barometre: Açık hava basıncını ölçmek için kullanılır

Manometre: Kapalı kaplardaki gaz basıncını ölçmek için kullanılır

Batimetre: Basınç değişiminden yararlanarak deniz ve göllerin derinliğini ölçmeye yarayan alet

Altimetre: Deniz seviyesine göre , atmosfer basıncından faydalanarak yükseklik ölçen alettir.

KAPALI KAPLARDAKİ GAZ BASINCI

Kapalı kaptaki Gazların basıncı, gaz moleküllerinin sürekli kabın iç çeperlerine çarpmaları sonucu oluşmaktadır. Kabın iç yüzeyindeki birim yüzeye, birim zamanda çarpma sayısı ne kadar fazla ise, gazların basınç ta o kadar fazladır.Gaz moleküllerinin kabın iç yüzeyindeki her noktaya çarpma sayısı eşit olduğundan, her noktadaki gaz basıncı da eşit olur.

Kapalı Kaptaki Gazların Basıncı Nelere Bağlıdır

1. Sıcaklık ve hacim sabit ise gaz basıncı molekül sayısı ile doğru orantılıdır. (P ~ N)

2. Sıcaklık ve molekül sayısı sabit ise, kabın yani gazın hacmi ile ters orantılıdır. Hacim arttıkça basınç azalır, hacim azaldıkça basınç artar.

3. Hacim ve molekül sayısı sabit ise, gazın basıncı mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Sıcaklık arttıkça gaz moleküllerinin hızı artar ve kabın iç yüzeyinde birim alana çarpma sayısı artar. Bu da basıncın artmasına neden olur.

Bu üç nicelik ve basınç arasındaki ilişki       P . V = n . R . T     şeklinde olur.

Boyle – Mariotte Kanunu
Bir miktar gazın sıcaklığı sabit kalmak şartı ile basıncı ile hacminin çarpımı sabittir. Şekilde piston ileri itilerek gaz sıkıştırıldığında basınç, hacim çarpımı değişmez.

P1 . V1 = P2 . V2

Dalton prensibi :
Bir musluk vasıtasıyla birbirine bağlı olan içi gaz dolu iki kap şekildeki dengededir. Eğer musluk açılırsa son basınç;

P1.V1 + P2 .V2 = Pson .Vtoplam

Not:Çocuk balonu gibi esnek kaplarda iç basınç daima dış basınca eşittir. Dış basınç azalırsa iç basınç iç basınç etkisiyle balon şişer Dış basınç artarsa dış basınç etkisiyle balonun hacmi küçülür. Eğer sıcaklık ve molekül sayısı değişmiyorsa ,balonun basıncının artması hacminin küçülmesi ile sağlanır. Örneğin esnek bir balon yükselirken hacmi artar ve belli bir balonu su içinde aşağı doğru
indirirsek dış artacağı için balonun hacmi küçülür ve iç basınç artar.

Manometreler
Kapalı kaptaki gazların basınçlarını ölçmek için kullanılan aletlere manometre denir. Manometrelerde borunun ucu kapalı veya açık olabilir.

a) Şekildeki cam kapta bulunan gazın basıncı kapalı uçlu manometre de h yüksekliğindeki cıvanın basıncına eşittir.

Pgaz = Pcıva = h cm-Hg dir.

Gazın basıncı h yüksekliğindeki cıvanın basıncına eşittir. Manometre’ler, barometreler den faydalanılarak yapılmıştır.

b) Açık hava basıncının P0 ve cm-Hg birimi cinsinden olduğu bir ortamda, açık uçlu manometre de cıva düzeyleri arasındaki fark şekildeki gibi h kadar ise,

Pgaz > P0 dır.
Pgaz = P0 + h dir.

h değeri cm cinsinden ise gaz basıncı cm-Hg cinsinden bulunur.

c) Açık uçlu manometre de cıva düzeyleri eşit ise, gazın basıncı açık hava basıncına eşittir.

Pgaz = P0 dır.

d)Yine açık uçlu manometre de cıva düzeyleri arasındaki fark şekildeki gibi h kadar ise,

Pgaz < P0 dır.
Pgaz = P0 – h dir.

AKIŞKANLARIN BASINCI

Bir yerden başka bir yere uygun şartlarda akabilen maddelere akışkan maddeler denir. Sıvılar ve gazlar akışkan maddelere örnektir. Akışkanlar basınç farkından dolayı akarlar ve akma yönü basıncın büyük olduğu yerden küçük olduğu yere doğrudur.
Akışkanlarla ilgili aşağıdaki yargılar geçerlidir.
1-) Akışkanlar daima basıncın büyük olduğu yerden küçük olduğu yöne doğru akar. Dağlarda da sular daima aşağı doğru akar. Odanın kapı ve penceresini açarak hava akımı oluşturulması da basınç farkından dolayıdır.
Ayrıca arabada içilen sigaranın dumanının pencereden dışarı çıkması, yarış arabalarında rüzgarlık yapılarak üstteki basıncın fazla olması sağlanması da bu ilkeye birer örnektir.
2-) Akışkanların kesit alanı daraldıkça akış hızı artar. Şekildeki borunun dar kesitinde akan suyun v2 hızı, geniş kesitinden akan suyun hızından büyüktür.

S1 > S2 > S3 ise V3 > V2 > V1
V3 > V2 > V1 ise P1 > P2 > P3

Veya akışkanın hızının arttığı yerde kesit alanı daralır. Örneğin musluktan akan suyun aşağı doğru hızı artar ve kesiti daralarak incelir.

3-) Akışkanın hızının arttığı yerde basıncı azalır. Şekildeki düzenekte pompa yardımıyla borunun K ucuna hava üflendiğinde, borudan  sıvı yükselerek püskürür. Sıvının yükselmesinin nedeni, sıvının açık yüzeyine uygulanan açık hava basıncı L ucuna iletilir, K ucunda ise akışkanların (havanın) hızı arttığı için basınç farkı oluşur ve sıvı, basıncının büyük olduğu L ucundan,basıncın küçük olduğu K ucuna doğru hareket eder.

İYİ ÇALIŞMALAR...