📝 9. Sınıf Fizik: Açık hava basıncı, kaldırma kuvveti, bernoulli ilkesi Ders Notu
Açık Hava Basıncı 🌬️
Dünyamızı saran atmosfer tabakası, sahip olduğu ağırlık nedeniyle yeryüzündeki tüm cisimler üzerine bir basınç uygular. Bu basınca açık hava basıncı denir ve P₀ sembolü ile gösterilir. Açık hava basıncını ilk kez ölçen bilim insanı Torricelli'dir. Torricelli, deniz seviyesinde ve \( 0^\circ C \) sıcaklıkta yaptığı deneyde, bir ucu kapalı cam boruyu cıva dolu bir kaba daldırarak cıva seviyesinin \( 76 \) cm olduğunu gözlemlemiştir.
Önemli Not: Açık hava basıncı yükseklere çıkıldıkça azalır. Bunun temel nedeni, atmosferi oluşturan gazların yoğunluğunun yukarılara çıkıldıkça azalmasıdır.
Torricelli Deneyi ve Etki Eden Faktörler
- Deneyin yapıldığı yerin deniz seviyesinden yüksekliği (yükseklik arttıkça basınç azalır).
- Kullanılan sıvının cinsi (öz kütlesi).
- Sıcaklık (sıvı genleşmesi nedeniyle).
Borunun kesit alanı veya borunun eğik durması cıva seviyesini değiştirmez. Cıva yerine su kullanılsaydı, suyun yoğunluğu cıvadan çok daha düşük olduğu için yaklaşık \( 10,3 \) metrelik çok uzun bir boruya ihtiyaç duyulurdu.
Akışkanlarda Basınç ve Bernoulli İlkesi 🌊
Akışkanlar (sıvılar ve gazlar), kendilerine uygulanan basıncı her yöne iletirler. Akışkanların hızının arttığı yerde basınç azalır, hızının azaldığı yerde ise basınç artar. Bu prensip Bernoulli İlkesi olarak adlandırılır.
Günlük Yaşamdan Örnekler
- Uçak Kanatları: Kanadın üst kısmındaki hava akış hızı alt kısma göre daha fazladır. Hızın yüksek olduğu üst kısımda basınç düşer, alt kısımdaki basınç daha yüksek olduğu için uçak yukarı doğru bir kaldırma kuvvetine maruz kalır.
- Parfüm Şişeleri: Pompa kısmına basıldığında hava hızla akar ve basınç düşer. Şişe içindeki yüksek basınç, parfümün yukarı doğru yükselmesini sağlar.
Kaldırma Kuvveti ⚓
Bir sıvı içine bırakılan cisimlere, sıvının uyguladığı yukarı yönlü kuvvete kaldırma kuvveti denir. Kaldırma kuvveti, cismin sıvıya batan kısmının hacmi kadar sıvının ağırlığına eşittir. Bu durum Arşimet Prensibi olarak bilinir.
Kaldırma kuvveti formülü: \( F = V_{batan} \times d_{sıvı} \times g \)
| Durum | Kuvvet İlişkisi |
|---|---|
| Yüzen Cisim | Kaldırma = Ağırlık |
| Askıda Cisim | Kaldırma = Ağırlık |
| Batan Cisim | Kaldırma < Ağırlık |
Çözümlü Örnek
Bir cismin hacmi \( 200 \) cm³ olup tamamı sıvı içine batmaktadır. Sıvının öz kütlesi \( 1,5 \) g/cm³ ve yer çekimi ivmesi \( g = 10 \) m/s² olarak alındığında, cisme etki eden kaldırma kuvveti kaç Newton olur? (Not: \( 1 \) kg \( = 10 \) N kabul ediniz.)
Çözüm:
Verilenler: \( V = 200 \) cm³, \( d = 1,5 \) g/cm³.
Kaldırma kuvveti kütle cinsinden: \( m = V \times d = 200 \times 1,5 = 300 \) gram.
Kütleyi kilograma çevirelim: \( 300 \) g \( = 0,3 \) kg.
Ağırlık: \( G = m \times g = 0,3 \times 10 = 3 \) Newton.
Cisim tamamen battığı için kaldırma kuvveti, taşırdığı sıvının ağırlığına eşittir. Sonuç: \( 3 \) N.