Durgun Sıvıların Basıncı ve Basınç kuvveti konu anlatımı soruları çözümleri ders notu 10. Sınıf Fizik

Resim 1 deki gibi bir fıçıya su doldurup bir kaç yerden çivi ile delik açtığımızda suyun deliklerden aktığını görürüz. Bu durum sıvının, kabın bütün noktalarına basınç uyguladığı anlamına gelir.

Aynı şekilde Resim 2 deki gibi su doldurulmuş lastik balona iğne ile delikler açtığımızda her delikten dik olarak sıvı fışkırdığını görürüz. İşte hem Şekil I deki hem de Şekil ll de görüldüğü gibi sıvıların da katılar gibi basınç uyguladığı anlaşılmaktadır.

Sıvılar, ağırlıkları nedeni ile kapların tabanlarına ve yan yüzeylerine basınç uygular. Sıvıların ağırlığı nedeniyle birim yüzeye dik olarak uyguladıkları kuvvete sıvı basıncı denir.

Düşey kesiti Şekil I deki gibi olan kapta sıvı varken sıvı bütün yüzeylere basınç uygular. Bu basınçlar daima o yüzeylere diktir.

Düşey kesiti Şekil II deki gibi verilen kapta h yüksekliğine kadar d_sıvı, özkütleli sıvı varken kap tabanındaki sıvı basıncı; p = h.d_sıvı.g bağıntısı ile bulunabilir. Basınç birimi Pascal dır. Pa ile gösterilir.

Buradan anlaşılacağı üzere sıvı basıncı sıvı derinliğine, sıvının özkütlesine ve yerin çekim ivmesine bağlıdır ve her üçüyle de doğru orantılıdır.

Sıvılarda basınç derinlere indikçe artar. Basınç su altında her 10,3 m derinlikte 1 atm (1 atmosfer basıncı) artmaktadır. Bu nedenle dalgıçların tüpleri olsa bile, belirli bir derinliğe kadar inebilirler. Daha derine indiklerinde sıvı basıncının artmasından ötürü hayati tehlike oluşur.

Sıvı Basıncının Özellikleri

Sıvı basıncı, aynı yükseklikte sıvı bulunan kapların şekline bağlı değildir. Sıvı basıncı P = h.d.g formülüne göre sıvı yüksekliği, sıvı cinsi (özkütle) ve yerçekim ivmesine bağlıdır.

2. Sıvılar basıncı aynen her doğrultuda iletir.

Düşey kesiti şekildeki gibi verilen kapta belirtilen noktalardaki sıvı basıncı o noktaların sıvının en üst yüzeyine olan dik uzaklığıyla doğru orantılıdır.

K ve L noktalarının sıvının en üst yüzeyine olan dik uzaklığı 5h olduğundan bu noktalardaki basınçlar P_K = P_L = 5h.d.g olur.

M noktasının sıvının üst yüzeyine olan dik uzaklığı 4h olduğundan bu noktadaki sıvı basıncı P_M = 4h.d.g olur.

N noktasının sıvının üst yüzeyine dik uzaklığı 2h olduğundan bu noktadaki sıvı basıncı P_N = 2h.d.g olur.

3. Birbirine karışmayan d1 ve d2 özkütleli sıvılar şekildeki gibi aynı kaba konulduğunda hangi noktadaki sıvı basıncı bulunacaksa o noktanın üstündeki sıvıların toplam basıncına eşit- tir. K noktasının üstünde sadece d1 özkütleli sıvı olduğundan bu sıvının basıncı K noktasındaki sıvı basıncı, L noktasının üstünde d1 ve d2 özkütleli sıvılar olduğundan L noktasının basıncı sıvıların ayrı ayrı basınçları toplamına eşittir.

4. Şekildeki gibi düzgün bir kapta birbirine karışmayan d1 ve d2 özkütleli sıvı varken sıvıların karışım yapması sağlandığında sadece kap tabanındaki N noktasında sıvı basıncı değişmez. Diğer K, L, M noktalarındaki sıvı basıncı artar. Bunun nedeni N noktasının üstündeki toplam sıvı kütlesinin değişmemesidir.

Şekil I deki düzgün kap sabit debili bir muslukla doldurulurken sıvı yüksekliği zamanla düzgün artar (Şekil II). Sıvı yüksekliği düzgün arttığı için sıvı basıncı da düzgün anacaktır (Şekil III). Şekil IV deki basınç-yükseklik grafiği kabın şekline bağlı değildir. Yükseklik nasıl değişirse basınçta 0 oranda değişeceği için doğru orantılı bir grafik olur.

Şekil l deki gibi yukarıya doğru genişleyen kap sabit debili muslukla doldurulurken sıvı yüksekliği düzgün artmaz. Yüksekliğin ve basıncın anma hızı azalacağından grafikler Şekil II ve III teki gibi olur. Basınç-yükseklik grafiği kabın şekline bağlı değildir. Yükseklik arttıkça basınç düzgün artacaktır (Şekil IV).

Şekil l deki gibi yukarıya doğru kesiti daralan kap sabit debili muslukla doldurulurken sıvı yüksekliği düzgün artmaz. Kap daraldığı için sıvı yükseldikçe yükselme hızı artar (Şekil II). Bu nedenle basıncın artma hızı da zamanla artacaktır (Şekil III). Basınç yükseklik grafiği kabın şekline bağlı olmadığından yükseklikteki değişim hızı basıncın değişim hızına eşittir (Şekil IV).

Sıvı Basınç Kuvveti

Bir kaptaki sıvının ağırlığından dolayı kap tabanına ya da herhangi bir yüzeye uyguladığı kuvvete basınç kuvveti denir. Şekildeki S kesitli kapta h yüksekliğinde d özkütleli sıvı varken kap tabanındaki sıvı basınç kuvveti F = h.d.g.S ile bulunur.

Sıvı Basınç Kuvvetinin Özellikleri

Sıvıların en önemli özelliklerinden biri sıkıştırılamaz olmalarıdır. Su dolu bir pet şişeyi sıkıştırdığımızda (Şekil I) açık ucundan su çıkışı olduğunu görürüz. Aynı şekilde şırınga sıkıştırıldığında (Şekil II) iğne ucundan su- yun fışkırdığını görürüz. Benzer şekilde şekildeki gibi bir U borusu su ile doluyken bir ucundaki piston itilirse diğer ucundan sıvı yükselmesi görülür.

Yukarıda verilen örneklerin tamamından anlaşılacağı üzere sıvılar sıkıştırılamaz. Sıvıyı sıkıştırma sırasında uygulanan kuvvet sıvının her noktasına basınç olarak aynen iletilir.

Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan basınç sıvının her noktasına ve kabın içindeki her noktaya aynen iletilir. Bu prensibe Pascal Prensibi denir.

Pascal prensibinden faydalanılarak su cendereleri, piston sistemleri, U boruları, fren sistemleri gibi düzenekler oluşturulmuştur.