💡 9. Sınıf Fizik: Açık hava basıncı, kaldırma kuvveti, bernoulli ilkesi Çözümlü Örnekler

Vantuzların yüzeye yapışma süreci şu adımlarla gerçekleşir:

• Vantuzu duvara bastırdığımızda, vantuz ile duvar arasındaki hava dışarı atılır.
• İçerideki hava boşaldığı için iç basınç minimum seviyeye iner.
• Dışarıdaki açık hava basıncı (\( P_0 \)), vantuzun dış yüzeyine büyük bir kuvvet uygular.
• İçeride bu basıncı dengeleyecek bir hava kalmadığı için, dış basıncın etkisiyle vantuz yüzeye sıkıca tutunur.

✅ Bu durum, açık hava basıncının varlığını kanıtlayan en basit günlük hayat örneklerinden biridir.

Pipetle sıvı içme olayı tamamen basınç farkı ile ilgilidir:

• Pipetin içindeki havayı ciğerlerimize çektiğimizde, pipet içindeki gaz basıncını düşürmüş oluruz.
• Meyve suyunun yüzeyine etki eden bir açık hava basıncı (\( P_0 \)) vardır.
• Sıvı yüzeyindeki basınç, pipet içindeki basınçtan daha büyük hale geldiği için sıvı, yüksek basınçtan alçak basınca doğru hareket eder.
• Böylece meyve suyu pipet içinde yükselerek ağzımıza ulaşır.

👉 Eğer açık hava basıncı olmasaydı (örneğin uzay boşluğunda), pipetle sıvı çekmek imkansız olurdu.

Torricelli deneyinde sıvı yüksekliği ile açık hava basıncı arasındaki ilişki şu şekildedir:

• Açık hava basıncı, üzerimizdeki hava tabakasının ağırlığından kaynaklanır.
• Deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça, üzerimizdeki hava sütununun yüksekliği ve yoğunluğu azalır.
• Bu nedenle, dağın tepesine çıkıldığında açık hava basıncı azalır.
• Basınç azaldığı için cam borudaki cıvayı yukarı iten kuvvet de azalır ve \( h \) yüksekliği azalır.

📌 Sonuç: Yükseklik arttıkça \( P_0 \) azalır, dolayısıyla \( h \) değeri \( 76 \) cm'den daha küçük bir değer alır.

Bu deney, akışkanların hızı ile basıncı arasındaki ilişkiyi gösterir:

• Kağıtların arasına üflediğimizde, o bölgedeki havanın akış hızı artar.
• Bernoulli İlkesi'ne göre; bir akışkanın hızı arttıkça, uyguladığı basınç azalır.
• Kağıtların iç tarafındaki basınç düşerken, kağıtların dış tarafındaki durgun hava basıncı (açık hava basıncı) sabit kalır.
• Dış basınç, iç basınçtan büyük hale geldiği için kağıtlar birbirine doğru itilir.

✅ Yani: Hız artar \( \rightarrow \) Basınç düşer.

Bu olaylar Bernoulli İlkesi'nin doğrudan bir sonucudur:

• Fırtına sırasında çatının üst kısmında hava çok hızlı hareket eder.
• Hızın arttığı bu bölgede hava basıncı aniden düşer.
• Evin içindeki hava ise durgun olduğu için basıncı daha yüksektir.
• İçerideki yüksek basınç, çatıyı yukarı doğru iterek uçmasına neden olur.

📌 Şemsiyelerde de benzer şekilde, üst yüzeydeki hızlı hava akımı basıncı düşürür ve alttaki yüksek basınç şemsiyeyi ters çevirir.

Cismin sıvı içindeki durumu özkütle kıyaslaması ile belirlenir:

• Tahtanın özkütlesi (\( 0,8 \)), suyun özkütlesinden (\( 1 \)) küçük olduğu için tahta blok suda yüzer.
• Yüzen cisimler için denge şartı şudur: Cisme etki eden yukarı yönlü kaldırma kuvveti (\( F \)), cismin aşağı yönlü ağırlığına (\( G \)) eşittir.

Denklem olarak:

✅ Eğer cisim yüzüyorsa, kaldırma kuvveti ağırlığı tam olarak dengeliyor demektir.

Kaldırma kuvveti formülü kullanılarak hesaplama yapılır:

• Kaldırma kuvveti formülü: \( F = V \times d \times g \)
• Burada \( V \) batan hacimdir. Bilye tamamen battığı için \( V = 200 \) cm³.
• Önce birimleri SI sistemine çevirelim veya gram/cm³ üzerinden gidelim:
• Sıvının kütlesi: \( m = V \times d = 200 \times 1 = 200 \) gram.
• Kilogram cinsinden: \( m = 0,2 \) kg.
• Kaldırma kuvveti (yerini değiştirdiği sıvının ağırlığı): \( F = m \times g = 0,2 \times 10 = 2 \) N.

✅ Sonuç: Metal bilyeye etki eden kaldırma kuvveti \( 2 \) Newton'dur.

Cismin denge konumu, özkütleler arasındaki ilişkiyi belirler:

• Cisim üstteki \( d \) özkütleli sıvıda batmış, alttaki \( 3d \) özkütleli sıvıda ise yüzmektedir.
• Bir cismin bir sıvıda batması için özkütlesinin o sıvıdan büyük olması gerekir: \( x > d \).
• Bir cismin bir sıvıda yüzmesi veya askıda kalması için özkütlesinin o sıvıdan küçük veya eşit olması gerekir: \( x < 3d \).
• Cisim iki sıvının arasında dengede kaldığına göre, özkütlesi bu iki değerin arasındadır.

✅ Sonuç: Cismin özkütlesi \( d < x < 3d \) aralığındadır.