Akışkanlar Katı Ve Sıvı Basıncı Ders Notu

Basınç, birim yüzeye etki eden dik kuvvete denir. Fizikte basınç, yüzeylere uygulanan kuvvetin o yüzeyin alanına bölünmesiyle bulunur. Basıncın SI birimi Pascal (Pa) olup, \(1 \text{ Pa} = 1 \text{ N/m}^2 \) şeklinde ifade edilir. Basınç skaler bir büyüklüktür.

Katı Basıncı 🧱

Katı cisimler, ağırlıkları nedeniyle bulundukları yüzeye bir kuvvet uygular. Bu kuvvetin, temas ettikleri yüzey alanına oranı katı basıncını oluşturur. Katı basıncı, katının ağırlığı (veya yüzeye uyguladığı dik kuvvet) ile doğru orantılı, yüzey alanı ile ters orantılıdır.

Katı Basıncı Formülü:

\[ P_k = \frac{F}{A} \]

Burada;

• \(P_k\): Katı basıncı (Pascal, Pa)
• \(F\): Yüzeye etki eden dik kuvvet (Newton, N) – Genellikle katının ağırlığı \(G\) alınır.
• \(A\): Temas yüzey alanı (metre kare, \(m^2\))

Katı Basıncını Etkileyen Faktörler

• Kuvvet (Ağırlık): Yüzeye uygulanan dik kuvvet arttıkça basınç artar. Örneğin, bir kişinin tek ayağı üzerinde durması iki ayağı üzerinde durmasından daha fazla basınç oluşturur çünkü kuvvet aynı kalırken yüzey alanı azalır.
• Yüzey Alanı: Temas yüzey alanı azaldıkça basınç artar, arttıkça basınç azalır. Örneğin, kar ayakkabılarının geniş tabanlı olması, bıçağın keskin ucunun dar olması yüzey alanını etkileyerek basıncı ayarlar.

Günlük Hayattan Örnekler

• İş makinelerinin paletleri, karda batmamak için geniş yüzey alanına sahiptir.
• Bıçaklar, keskin olmaları için temas yüzeyleri çok incedir, bu da küçük bir kuvvetle bile yüksek basınç oluşturur.
• Çivilerin uçları sivri yapılır ki, küçük bir kuvvetle bile yüksek basınç oluşup kolayca batabilsin.

Sıvı Basıncı 💧

Sıvılar, içinde bulundukları kabın her noktasına ve temas ettikleri tüm yüzeylere basınç uygular. Sıvı basıncı, katı basıncından farklı olarak, sıvının derinliğine, yoğunluğuna ve yer çekimi ivmesine bağlıdır. Kabın şekline veya sıvı miktarına bağlı değildir.

Sıvı Basıncı Formülü:

\[ P_s = h \times d \times g \]

Burada;

• \(P_s\): Sıvı basıncı (Pascal, Pa)
• \(h\): Sıvının açık yüzeyinden ölçülen derinlik (metre, m)
• \(d\): Sıvının yoğunluğu (kilogram/metre küp, \(kg/m^3\))
• \(g\): Yer çekimi ivmesi (metre/saniye kare, \(m/s^2\))

Sıvı Basıncını Etkileyen Faktörler

• Derinlik (\(h\)): Derinlik arttıkça sıvı basıncı artar. Bir dalgıç denizde derine indikçe üzerine etki eden basınç artar.
• Sıvının Yoğunluğu (\(d\)): Yoğunluğu fazla olan sıvılar, aynı derinlikte daha fazla basınç uygular. Örneğin, deniz suyunda aynı derinlikte hissedilen basınç, tatlı suya göre daha fazladır.
• Yer Çekimi İvmesi (\(g\)): Yer çekimi ivmesi arttıkça sıvı basıncı artar. Dünya'daki bir sıvının basıncı, Ay'daki aynı sıvının basıncından daha fazladır.

Sıvı Basıncının Özellikleri

• Sıvı basıncı, kabın şekline veya genişliğine bağlı değildir. Sadece derinlik, yoğunluk ve yer çekimi ivmesi ile ilgilidir.
• Sıvılar, basıncı her yöne ve temas ettikleri her noktaya dik olarak iletir.
• Kapalı kaplardaki sıvılar, üzerlerine uygulanan basıncı her doğrultuda ve her yönde aynen iletirler (Pascal Prensibi).

Pascal Prensibi (Sıvıların Basıncı İletmesi) ⚙️

Kapalı bir kapta bulunan sıkıştırılamaz bir sıvıya dışarıdan uygulanan basınç, sıvının temas ettiği her noktaya ve kabın çeperlerine aynen iletilir. Bu ilkeye Pascal Prensibi denir.

Günlük Hayattan Uygulamaları

• Hidrolik Fren Sistemleri: Araçlarda pedala uygulanan kuvvet, fren hidroliği sıvısı aracılığıyla fren balatalarına iletilir ve tekerleklerin durmasını sağlar.
• Hidrolik Liftler (Krikolar): Küçük bir kuvvetle büyük ağırlıkları kaldırmak için kullanılır. Küçük bir piston alanına uygulanan kuvvet, büyük bir piston alanında çok daha büyük bir kuvvet oluşturur.
• Su Cendereleri: Küçük bir kuvvetle büyük kuvvetler elde etmek için kullanılır.
• Dişçi Koltukları: Hidrolik sistemlerle yukarı-aşağı hareket eder.

Bileşik Kaplar 🧪

Tabanları birleştirilmiş, farklı şekil ve kesit alanlarına sahip kaplara bileşik kaplar denir. Bileşik kaplara aynı cins sıvı konulduğunda, denge durumunda tüm kollardaki sıvı seviyeleri aynı olur. Bu durum, sıvı basıncının kabın şekline bağlı olmamasının bir göstergesidir.

• Bileşik kaplarda, kolların genişliği veya şekli ne olursa olsun, aynı sıvı için dengeye ulaşıldığında sıvı seviyeleri eşitlenir.

U Boruları ⚖️

U şeklinde bükülmüş, açık uçlu cam borulara U borusu denir. Genellikle farklı yoğunluktaki sıvıların basınçlarını karşılaştırmak veya bir sıvının yoğunluğunu ölçmek için kullanılır.

• U borusunda birbirine karışmayan farklı yoğunluktaki sıvılar dengeye geldiğinde, aynı yatay seviyede basınçlar eşit olur.
• Daha yoğun sıvı, daha az yoğun sıvıya göre daha altta kalır.
• Bu sayede, sıvıların yükseklik farklarından yararlanılarak yoğunlukları hakkında yorum yapılabilir.

Açık Hava Basıncı 🌬️

Dünya'yı saran atmosfer tabakasındaki hava moleküllerinin ağırlığı nedeniyle yeryüzündeki tüm cisimlere uyguladığı basınca açık hava basıncı denir. Bu basınç, atmosferin ağırlığından kaynaklanır ve her yöne etki eder.

• Açık hava basıncı, deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça azalır, çünkü üzerimizdeki hava tabakasının kalınlığı ve yoğunluğu azalır.
• Açık hava basıncının varlığı, içtiğimiz meyve sularının pipetle çekilmesi, vantuzların yüzeylere yapışması gibi günlük hayattaki birçok olayla gözlemlenebilir.
• Açık hava basıncını ölçen aletlere barometre denir. (Toriçelli deneyi ile ölçülmüştür.)

Manometre 🌡️

Kapalı kaplardaki gazların basıncını ölçmek için kullanılan aletlere manometre denir. Manometreler, genellikle bir U borusu şeklinde olup, içindeki sıvı seviyelerinin farkından gaz basıncını belirler.

• Manometreler, sanayide ve laboratuvarlarda gaz tanklarındaki veya boru hatlarındaki basıncı izlemek için yaygın olarak kullanılır.