Katı Sıvı Hava Basıncı Kaldırma Kuvveti Ders Notu

Basınç, bir yüzeye etki eden dik kuvvetin, birim yüzey alanına düşen miktarıdır. Fizikte "P" sembolü ile gösterilir ve birimi Pascal (Pa) olarak ifade edilir. Basınç, katılar, sıvılar ve gazlar için farklı özellikler gösterir.

Katı Basıncı 🧱

Katı cisimler, ağırlıkları nedeniyle temas ettikleri yüzeye bir basınç uygularlar. Bu basınç, cismin ağırlığı ile yüzey alanının oranına bağlıdır.

• Basınç Formülü: Katı basıncı, cismin yüzeye uyguladığı dik kuvvet (genellikle ağırlığı) ile bu kuvvetin etki ettiği yüzey alanının bölümü olarak hesaplanır.
\[ P_{katı} = \frac{F}{A} \]
• Burada;
• \( P_{katı} \) : Katı basıncı (Pascal - Pa)
• \( F \) : Yüzeye dik etki eden kuvvet (Newton - N) (Genellikle cismin ağırlığıdır, \( G = m \cdot g \))
• \( A \) : Kuvvetin etki ettiği yüzey alanı (metrekare - \( m^2 \))
• Basıncı Etkileyen Faktörler:
• Kuvvet (Ağırlık): Yüzeye uygulanan dik kuvvet arttıkça basınç artar.
• Yüzey Alanı: Kuvvetin etki ettiği yüzey alanı küçüldükçe basınç artar, büyüdükçe basınç azalır.
• Günlük Hayattan Örnekler:
• Bıçakların keskin ucunun daha iyi kesmesi (alan küçük, basınç büyük).
• Kar ayakkabılarının kara batmayı engellemesi (alan büyük, basınç küçük).
• İş makinelerinin paletli olması (alan büyük, basınç küçük).

Sıvı Basıncı 💧

Sıvılar, içinde bulundukları kabın çeperlerine ve tabanına, ayrıca içlerine daldırılan cisimlerin tüm yüzeylerine basınç uygularlar. Sıvı basıncı, katı basıncından farklı olarak, sıvının derinliğine ve yoğunluğuna bağlıdır.

Sıvı Basıncının Özellikleri

• Sıvı basıncı, sıvının derinliği ile doğru orantılıdır. Derinlik arttıkça basınç artar.
• Sıvı basıncı, sıvının yoğunluğu ile doğru orantılıdır. Yoğunluk arttıkça basınç artar.
• Sıvı basıncı, yer çekimi ivmesi ile doğru orantılıdır.
• Sıvı basıncı, kabın şekline veya sıvının hacmine bağlı değildir.
• Sıvılar, üzerlerine uygulanan basıncı her yöne ve eşit büyüklükte iletirler (Pascal Prensibi).

Sıvı Basıncı Formülü

Bir sıvının belirli bir derinlikteki basıncı şu formülle hesaplanır:

\[ P_{sıvı} = h \cdot d \cdot g \]

• Burada;
• \( P_{sıvı} \) : Sıvı basıncı (Pascal - Pa)
• \( h \) : Sıvının açık yüzeyinden itibaren olan derinlik (metre - m)
• \( d \) : Sıvının yoğunluğu (kilogram/metreküp - \( kg/m^3 \))
• \( g \) : Yer çekimi ivmesi (metre/saniye kare - \( m/s^2 \))

Pascal Prensibi (Sıvıların Basıncı İletmesi)

Kapalı bir kaptaki sıvının herhangi bir noktasına uygulanan basınç, sıvının temas ettiği her noktaya, kabın iç çeperlerine ve sıvının içindeki her noktaya aynen ve eşit büyüklükte iletilir.

Bu prensip, hidrolik sistemlerin temelini oluşturur. Örneğin, hidrolik frenler, vinçler veya itfaiye merdivenleri bu prensiple çalışır.

\[ \frac{F_1}{A_1} = \frac{F_2}{A_2} \]

• Burada;
• \( F_1 \) : Küçük yüzeye uygulanan kuvvet
• \( A_1 \) : Küçük yüzey alanı
• \( F_2 \) : Büyük yüzeyden elde edilen kuvvet
• \( A_2 \) : Büyük yüzey alanı

Bileşik Kaplar

Farklı şekil ve büyüklükteki kapların tabanlarından birleştirilmesiyle oluşan kaplara bileşik kaplar denir. Bileşik kaplarda aynı cins sıvı, dengeye geldiğinde tüm kollarda sıvı seviyesi aynı yüksekliğe ulaşır. Bu durum, aynı yatay seviyedeki sıvı basınçlarının eşit olması prensibine dayanır.

Açık Hava Basıncı (Atmosfer Basıncı) 🌬️

Dünyayı saran atmosfer tabakasındaki havanın, ağırlığı nedeniyle yeryüzündeki tüm cisimlere uyguladığı basınca açık hava basıncı denir. Bu basınç, "atmosfer basıncı" olarak da bilinir.

• Özellikleri:
• Açık hava basıncı, temas ettiği her yüzeye dik olarak etki eder.
• Deniz seviyesinden yukarı çıkıldıkça, üzerimizdeki hava tabakasının kalınlığı azaldığı için açık hava basıncı azalır.
• Açık hava basıncı, barometre adı verilen aletlerle ölçülür.
• Günlük Hayattan Örnekler:
• İçeceklerin pipetle çekilmesi.
• Vantuzların yüzeye yapışması.
• Kapalı kutulardaki içeceklerin pipetle içilirken kutunun içe çökmesi.
• Tulumbaların su çekmesi.

Kaldırma Kuvveti ⚓

Bir akışkan (sıvı veya gaz) içine tamamen ya da kısmen batırılan cisme, akışkan tarafından yukarı yönde uygulanan kuvvete kaldırma kuvveti denir.

Arşimet Prensibi

Bir akışkan içine batan cisme etki eden kaldırma kuvveti, cismin batan hacmi kadar akışkanın ağırlığına eşittir.

• Kaldırma Kuvveti Formülü:
\[ F_K = V_{batan} \cdot d_{sıvı} \cdot g \]
• Burada;
• \( F_K \) : Kaldırma kuvveti (Newton - N)
• \( V_{batan} \) : Cismin akışkan içindeki batan hacmi (metreküp - \( m^3 \))
• \( d_{sıvı} \) : Akışkanın yoğunluğu (kilogram/metreküp - \( kg/m^3 \))
• \( g \) : Yer çekimi ivmesi (metre/saniye kare - \( m/s^2 \))
• Kaldırma Kuvvetini Etkileyen Faktörler:
• Batan Hacim: Cismin akışkan içindeki batan hacmi arttıkça kaldırma kuvveti artar.
• Akışkanın Yoğunluğu: Akışkanın yoğunluğu arttıkça kaldırma kuvveti artar.

Cisimlerin Akışkan İçindeki Durumları

Bir akışkan içine bırakılan cismin yüzme, askıda kalma veya batma durumu, cismin ağırlığı ile kaldırma kuvvetinin karşılaştırılmasına veya cismin yoğunluğu ile akışkanın yoğunluğunun karşılaştırılmasına bağlıdır.

Durum	Kaldırma Kuvveti (\(F_K\)) ile Ağırlık (\(G\))	Cisim Yoğunluğu (\(d_{cisim}\)) ile Sıvı Yoğunluğu (\(d_{sıvı}\))
Yüzme 🏊‍♀️	\( F_K > G \) (Cisim yukarı hareket eder, bir kısmı dışarıda kalır. Denge durumunda \( F_K = G \))	\( d_{cisim} < d_{sıvı} \)
Askıda Kalma 🧘‍♀️	\( F_K = G \) (Cisim sıvının içinde herhangi bir yerde dengede kalır)	\( d_{cisim} = d_{sıvı} \)
Batma	\( F_K < G \) (Cisim dibe çöker)	\( d_{cisim} > d_{sıvı} \)