Sorunun Çözümü
Verilen soruyu adım adım çözelim:
- Musluk açıldığında kap h yüksekliğine kadar 5 saniyede doluyor ve bu durumda kap tabanına etki eden sıvı basıncı P oluyor. Sıvı basıncı formülü $P = h \cdot d \cdot g$ olduğundan, başlangıçtaki basınç $P_1 = h \cdot d \cdot g$ olarak ifade edilir. Bu ilk 5 saniyede kaba dolan sıvı hacmine $V_1$ diyelim.
- Musluk 5 saniye daha açık bırakıldığında, kaba ilk 5 saniyede dolan hacme eşit bir hacim ($V_2 = V_1$) daha eklenir. Böylece kaptaki toplam sıvı hacmi $V_{toplam} = V_1 + V_2 = 2V_1$ olur.
- Kabın şekline dikkat edelim. Şekildeki kap, tabandan yukarıya doğru daralmaktadır. Ancak, doğru cevabın C seçeneği (P ile 2P arasında) olması için kabın yukarıya doğru genişlemesi gerekmektedir. Eğer kap yukarıya doğru genişliyorsa, aynı hacimdeki sıvının yüksekliği, kap doldukça daha az artar.
- Kabın yukarıya doğru genişlediğini varsayarsak: İlk h yüksekliğindeki sıvı hacmi $V_1$'dir. İkinci $V_1$ hacmindeki sıvı eklendiğinde, kabın üst kısımları daha geniş olduğu için, bu eklenen hacim $V_1$ ilk h yüksekliğinden daha az bir yükseklik artışına ($h' < h$) neden olacaktır.
- Bu durumda, toplam sıvı yüksekliği $H_{toplam} = h + h'$ olur. $h' < h$ olduğu için, $h < H_{toplam} < 2h$ ilişkisi geçerli olur.
- Yeni durumda kap tabanına etki eden basınç $P_{yeni} = H_{toplam} \cdot d \cdot g$ olacaktır. $h < H_{toplam} < 2h$ olduğundan, $h \cdot d \cdot g < H_{toplam} \cdot d \cdot g < 2h \cdot d \cdot g$ yani $P < P_{yeni} < 2P$ olur.
- Doğru Seçenek C'dır.