💡 9. Sınıf Fizik: Basınç, kaldırma kuvveti ve bernoulli Çözümlü Örnekler

Katı bir cismin yere uyguladığı basınç, cisme etki eden dik kuvvet ile yüzey alanının tersiyle doğru orantılıdır. 📌 Formülü şu şekildedir: \[ P = \frac{F}{A} \] Burada:

• P: Basınç (Pascal - Pa)
• F: Yüzeye dik uygulanan kuvvet (Newton - N)
• A: Kuvvetin uygulandığı yüzey alanı (metrekare - m²)

Yani basıncı etkileyen temel faktörler kuvvetin büyüklüğü ve temas yüzeyinin alanıdır. 💡

Kutunun yere uyguladığı basıncı bulmak için verilen değerleri formülde yerine koyalım:

• Kuvvet (F) = Ağırlık = 20 N
• Yüzey Alanı (A) = 0.5 m²

Basınç formülü: \( P = \frac{F}{A} \) Hesaplama: \[ P = \frac{20 \text{ N}}{0.5 \text{ m}^2} \] \[ P = 40 \text{ Pa} \] Dolayısıyla, kutunun yere uyguladığı basınç 40 Pascal'dır. ✅

Kar ayakkabısı giyen birinin karda daha rahat yürümesinin temel nedeni basıncı azaltmaktır. 💡 Kar ayakkabıları, kişinin ağırlığını (kuvvetini) daha geniş bir yüzey alanına yayar. Basınç formülünü hatırlayalım: \( P = \frac{F}{A} \). Eğer yüzey alanı (A) artarsa, aynı kuvvet (F) için basınç (P) azalır. Bu sayede kişi kara daha az batar ve daha kolay hareket eder. 👉

Bir sıvı içinde bulunan cisme etki eden kaldırma kuvveti ( \(F_k\) ), cismin sıvı içine batan hacmi ( \(V_{batan}\) ) ile sıvının yoğunluğu ( \(d_{sıvı}\) ) ve yerçekimi ivmesi ( \(g\) ) ile doğru orantılıdır. 📌 Formülü şöyledir: \[ F_k = d_{sıvı} \cdot V_{batan} \cdot g \] Sıvı basıncı ise derinlikle doğru orantılıdır. Bir \(h\) kadar derinlikteki sıvı basıncı ( \(P_{sıvı}\) ) şu şekilde bulunur: \[ P_{sıvı} = d_{sıvı} \cdot g \cdot h \] Derinlik arttıkça sıvı basıncı artar. 💡

Bu soruyu çözmek için kaldırma kuvveti ve cisimlerin denge durumlarını göz önünde bulundurmalıyız:

• Yüzen Cisimler (X küpü): Yüzen bir cisme etki eden kaldırma kuvveti, cismin ağırlığına eşittir. \( F_{k,X} = G_X \). Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan küçüktür.
• Askıda Kalan Cisimler (Y küpü): Askıda kalan bir cisme etki eden kaldırma kuvveti de cismin ağırlığına eşittir. \( F_{k,Y} = G_Y \). Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşittir.
• Batan Cisimler (Z küpü): Batan bir cisme etki eden kaldırma kuvveti, cismin ağırlığından küçüktür. \( F_{k,Z} < G_Z \). Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan büyüktür.

Soruda küplerin hacimlerinin eşit olduğu belirtilmiş. Eğer küplerin özkütleleri farklıysa ağırlıkları da farklı olacaktır. Ancak, kaldırma kuvveti cismin batan hacmi ile ilgilidir.

• X yüzdüğü için batan hacmi en azdır.
• Y askıda kaldığı için batan hacmi kendi hacmine eşittir.
• Z dibe battığı için batan hacmi kendi hacmine eşittir.

Hacimleri eşit ve Y ile Z askıda/batıyor ise, batan hacimleri eşittir. Bu durumda, kaldırma kuvvetleri de eşittir: \( F_{k,Y} = F_{k,Z} \). X yüzdüğü için batan hacmi daha azdır, dolayısıyla kaldırma kuvveti de daha azdır: \( F_{k,X} < F_{k,Y} = F_{k,Z} \). 👉

Bu durum, geminin genel yapısının ve içindeki boşluğun etkisinden kaynaklanır. 💡

• Geminin Yapısı: Bir gemi, büyük ölçüde hava dolu boşluklardan oluşur. Bu hava, geminin ortalama yoğunluğunu (geminin kütlesinin kapladığı hacme oranı) çok düşürür. Gemi, içine aldığı su miktarına göre yeterince büyük bir hacme sahip olur ve bu sayede toplam yoğunluğu, suyun yoğunluğundan daha az hale gelir. Bu da geminin yüzmesini sağlar.
• Demir Parçasının Batması: Sadece demirden yapılmış bir parça ise, yoğunluğu sudan çok daha fazladır. Bu nedenle, ağırlığına karşılık gelen kaldırma kuvveti, ağırlığından küçük kalır ve parça batar.

Yani, geminin büyük hacmi ve düşük ortalama yoğunluğu yüzmesini sağlarken, demir parçasının yüksek yoğunluğu batmasına neden olur. ✅

Bu durum, Bernoulli İlkesi ile açıklanır. 💡 Bernoulli İlkesi'ne göre, bir akışkanın (sıvı veya gaz) hızı arttıkça, akışkanın basıncı azalır ve akışkanın sahip olduğu potansiyel enerjisi azalır (eğer yükseklik sabitse). Şimdi sorudaki duruma uygulayalım:

• Dar Boru: Akışkanın (su) hızı daha yüksektir.
• Geniş Boru: Akışkanın (su) hızı daha düşüktür.

Dolayısıyla:

• Dar borudaki suyun hızı yüksek olduğu için basıncı daha düşüktür.
• Geniş boruya geçtiğinde suyun hızı düştüğü için basıncı daha yüksektir.

Özetle, su dar borudan geniş boruya geçerken hızı azalır ve basıncı artar. 👉

Parfüm şişesinin püskürtme mekanizması, Bernoulli İlkesi prensibine dayanır. 💡 Mekanizma şu şekilde çalışır:

• Şişenin içindeki sıvı (parfüm), bir pompa yardımıyla yukarı doğru itilir.
• Bu pompa, dar bir delikten geçerek hızla dışarı atılan bir hava akımı oluşturur.
• Dar delikten çıkan hava çok hızlıdır. Bernoulli İlkesi'ne göre, hızın yüksek olduğu yerde basınç düşüktür.
• Böylece, parfüm şişesinin içindeki hava basıncı, dışarıdaki yüksek hızlı hava akımının yarattığı düşük basınca göre daha yüksek olur.
• Bu basınç farkı, şişenin içindeki sıvıyı (parfümü) yukarı doğru iterek, dar bir tüp aracılığıyla hızlı hava akımının olduğu bölgeye taşır.
• Burada, hızlı hava akımı sıvıyı küçük damlacıklara ayırarak dışarı püskürtür.

Yani, pompaladığımız hava, parfümün dışarı püskürmesi için gerekli olan düşük basınç alanını yaratarak sıvıyı yukarı çeker. ✅