Akışkanlar Ders Notu

Maddeler doğada katı, sıvı ve gaz hâllerinde bulunabilirler. Akışkanlar, katı olmayan, yani kolayca akabilen ve bulundukları kabın şeklini alabilen maddelerdir. Bu tanıma göre sıvılar ve gazlar akışkan olarak kabul edilir.

Akışkanlar Nedir? 🤔

Fizikte akışkan terimi, molekülleri arasında zayıf çekim kuvvetleri bulunan ve bu nedenle belirli bir şekilleri olmayıp bulundukları kabın şeklini alabilen maddeleri ifade eder.

• Sıvılar: Belirli bir hacimleri vardır ancak belirli bir şekilleri yoktur. Akışkan özellik gösterirler.
• Gazlar: Belirli bir hacimleri veya şekilleri yoktur. Bulundukları kabın tamamını doldururlar ve sıkıştırılabilirler. Akışkan özellik gösterirler.

Akışkanlar günlük hayatımızda pek çok alanda karşımıza çıkar: içtiğimiz su, soluduğumuz hava, bir nehrin akışı, rüzgarın esmesi akışkanların hareketine örneklerdir.

Basınç Kavramı ve Birimi ⚖️

Basınç, birim yüzeye etki eden dik kuvvete denir. Fizikte basınç, bir yüzeye uygulanan kuvvetin o yüzeyin alanına bölünmesiyle bulunur.

Basınç \( P \) ile gösterilir ve matematiksel olarak şu şekilde ifade edilir:

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

Burada:

• \( P \): Basınç (Pascal veya \( N/m^2 \))
• \( F \): Yüzeye etki eden dik kuvvet (Newton - \( N \))
• \( A \): Kuvvetin etki ettiği yüzey alanı (metrekare - \( m^2 \))

Basınç Birimleri

Uluslararası Birim Sistemi'nde (SI) basınç birimi Pascal (Pa)'dır. Bir Pascal, bir metrekarelik yüzeye etki eden bir Newton'luk kuvvete eşittir.

\[ 1 \text{ Pa} = 1 \frac{\text{N}}{\text{m}^2} \]

Günlük hayatta ve bilimde kullanılan diğer basınç birimleri de vardır, ancak 9. sınıf seviyesinde Pascal ve \( N/m^2 \) temel birimlerdir.

Katılarda Basınç 🧱

Katı cisimler, ağırlıkları nedeniyle bulundukları yüzeye bir kuvvet uygularlar. Bu kuvvetin temas yüzeyine oranı katılarda basıncı oluşturur.

Katı Basıncının Bağlı Olduğu Faktörler

1. Kuvvet (Ağırlık): Yüzeye etki eden dik kuvvet arttıkça basınç da artar. Bir cismin ağırlığı arttıkça yere uyguladığı basınç artar.
2. Yüzey Alanı: Kuvvetin etki ettiği yüzey alanı küçüldükçe basınç artar, yüzey alanı büyüdükçe basınç azalır.

Günlük Hayattan Örnekler 💡

• Karda yürürken kar ayakkabısı giymek, ağırlığımızı daha geniş bir alana yayarak basıncı azaltır ve kara batmayı engeller.
• Bıçakların veya iğnelerin uçlarının sivri olması, kuvveti çok küçük bir alana odaklayarak basıncı artırır ve kesme/delme işlemini kolaylaştırır.
• Tankların paletli olması, ağırlığı geniş bir yüzeye yayarak toprağa batmasını engeller.
• Traktörlerin geniş tekerlekli olması, toprağa uyguladığı basıncı azaltır.

Sıvılarda Basınç 💧

Sıvılar, içinde bulundukları kabın her noktasına ve temas ettikleri tüm yüzeylere basınç uygularlar. Sıvı basıncı, katılardaki basınçtan farklı olarak sıvının derinliğine, yoğunluğuna ve yer çekimi ivmesine bağlıdır.

Sıvı Basıncının Özellikleri

• Sıvılar, ağırlıklarından dolayı basınç uygular.
• Sıvı basıncı, sıvının temas ettiği yüzeye her zaman diktir.
• Açık bir kapta bulunan sıvının yüzeyine etki eden açık hava basıncı, sıvının içindeki basıncı etkiler ancak 9. sınıf müfredatında sadece sıvının kendi ağırlığından kaynaklanan basınç incelenir.

Sıvı Basıncının Bağlı Olduğu Faktörler

Bir sıvının belirli bir derinlikteki noktada oluşturduğu basınç şu faktörlere bağlıdır:

1. Derinlik (h): Sıvının yüzeyinden itibaren ölçülen dik uzaklıktır. Derinlik arttıkça basınç artar.
2. Sıvının Yoğunluğu (d): Yoğunluğu fazla olan sıvılar daha fazla basınç uygular.
3. Yer Çekimi İvmesi (g): Bulunulan ortamdaki yer çekimi ivmesi arttıkça sıvı basıncı da artar.

Sıvı basıncı \( P_{sıvı} \) matematiksel olarak şu şekilde ifade edilir:

\[ P_{sıvı} = h \cdot d \cdot g \]

Burada:

• \( P_{sıvı} \): Sıvı basıncı (Pascal veya \( N/m^2 \))
• \( h \): Sıvı yüzeyinden ölçülen derinlik (metre - \( m \))
• \( d \): Sıvının yoğunluğu (kilogram/metreküp - \( kg/m^3 \))
• \( g \): Yer çekimi ivmesi (metre/saniye kare - \( m/s^2 \))

Önemli Not: Sıvı basıncı, kabın şekline veya kabın taban alanına bağlı değildir. Sadece sıvının derinliğine, yoğunluğuna ve yer çekimi ivmesine bağlıdır.

Günlük Hayattan Örnekler 🌊

• Baraj duvarları, derinlere indikçe daha kalın yapılır. Bunun nedeni, sıvının derinliği arttıkça uyguladığı basıncın da artmasıdır.
• Denizaltılar, çok derinlere indiklerinde üzerlerindeki su basıncından korunmak için çok sağlam yapıda tasarlanır.
• Su kuleleri, şehirdeki evlere suyun daha yüksek basınçla ulaşmasını sağlamak için yüksek yerlere inşa edilir. Yükseklik arttıkça suyun oluşturduğu basınç da artar.