Basınç, Kaldırma Kuvveti ve Bernoulli İlkesi

Konu Özeti

Basınç, bir yüzeye dik etkiyen kuvvetin yüzey alanına bölümüdür. Sıvılar basınç uygular ve sıvı içindeki cisimlere kaldırma kuvveti etki eder. Bu konuda Pascal ilkesi, açık hava basıncı ve akışkanların hız-basınç ilişkisi de incelenir. Vantuz, uçak kanadı ve hidrolik fren gibi günlük olayları bu ilkelerle açıklayabilirsin.

Temel Kavramlar

Basınç (FİZ.9.3.1): Basınç, yüzeye dik etkiyen kuvvetin birim yüzeye düşen miktarıdır. Aynı kuvvet küçük yüzeye uygulanırsa basınç büyür; bu yüzden bıçak keskin, kayak tahtası geniştir.

P = F / A (F: N, A: m², P: N/m² = Pa)

• Katılar kuvveti aynen iletir; basınç yüzey alanına bağlıdır.
• Ağırlıktan doğan kuvvet için F = G = m · g alınır.
• Kuvvet sabitken A azalırsa P artar; A artarsa P azalır.

Durgun sıvılarda basınç (FİZ.9.3.2): Sıvı basıncı derinlikle ve sıvının özkütlesiyle artar. Bir noktadaki basınç, kabın şekline ve sıvı miktarına bağlı değildir.

P = h · d · g (h: derinlik m, d: özkütle kg/m³, g: 10 m/s²)

• Sıvı basıncı her yönde etki eder ve kabın tabanına, yan duvarlarına kuvvet uygular.
• Aynı sıvıda aynı derinlikteki noktaların basıncı eşittir.
• Sıvı tabanına etki eden kuvvet F = P · A ile bulunur.

Pascal ilkesi ve günlük hayat (FİZ.9.3.3): Kapalı kaptaki durgun sıvıya uygulanan basınç, sıvının her noktasına aynen iletilir.

F₁ / A₁ = F₂ / A₂

• Hidrolik kaldıraç, hidrolik fren ve servis lifti bu ilkeye göre çalışır.
• Küçük pistona küçük kuvvet uygulanır, büyük pistonda büyük kuvvet elde edilir; kuvvetten kazanç vardır, işten kazanç yoktur.
• Barajların alt kısmının kalın yapılması derinlikle artan sıvı basıncıyla ilgilidir.

Açık hava basıncı (FİZ.9.3.4): Atmosferin ağırlığından kaynaklanan basınca açık hava basıncı denir. Torricelli deneyiyle ölçülür ve deniz seviyesinde yaklaşık 76 cmHg değerindedir.

• Yükseklik arttıkça hava inceldiği için açık hava basıncı azalır.
• Barometre açık hava basıncını, manometre kapalı kaptaki gazın basıncını ölçer.
• Pipetle sıvı içmek ve vantuzun yapışması açık hava basıncıyla açıklanır.

Kaldırma kuvveti (FİZ.9.3.5 ve FİZ.9.3.6): Sıvıya batan cisme sıvının yukarı yönde uyguladığı kuvvete kaldırma kuvveti denir. Nedeni, cismin alt yüzeyine etki eden basıncın üst yüzeyinkinden büyük olmasıdır.

F_k = V_batan · d_sıvı · g

• Kaldırma kuvveti batan hacme ve sıvının özkütlesine bağlıdır.
• Cismin özkütlesine, kütlesine ve tamamen battıktan sonra derinliğine bağlı değildir.
• Kaldırma kuvveti, cismin yerini değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir.

Bernoulli ilkesi (FİZ.9.3.7)

Akışkan, sıvı ve gazların ortak adıdır. Boru kesit alanı küçüldükçe akışkanın hızı artar (A · v yaklaşık sabittir). Hız arttıkça boru çeperlerine yapılan basınç azalır.

• Dar kesitte sürat büyük, basınç küçüktür; geniş kesitte sürat küçük, basınç büyüktür.
• Uçak kanadının üstündeki hızlı hava akışı kanadı yukarı iten bir fark oluşturur.
• Sprey ve parfüm şişesinde dar çıkıştan hızla geçen hava, sıvıyı dışarı çeker.