Durgun Sıvıların Basıncı 10. Sınıf


Kategoriler: 10. Sınıf Fizik, Basınç ve Kaldırma Kuvveti, Fizik

Resim 1 deki gibi bir fıçıya su doldurup bir kaç yerden çivi ile delik açtığımızda suyun deliklerden aktığını görürüz. Bu durum sıvının, kabın bütün noktalarına basınç uyguladığı anlamına gelir.



Aynı şekilde Resim 2 deki gibi su doldurulmuş lastik balona iğne ile delikler açtığımızda her delikten dik olarak sıvı fışkırdığını görürüz. İşte hem Şekil I deki hem de Şekil ll de görüldüğü gibi sıvıların da katılar gibi basınç uyguladığı anlaşılmaktadır.

Sıvılar, ağırlıkları nedeni ile kapların tabanlarına ve yan yüzeylerine basınç uygular. Sıvıların ağırlığı nedeniyle birim yüzeye dik olarak uyguladıkları kuvvete sıvı basıncı denir.

Düşey kesiti Şekil I deki gibi olan kapta sıvı varken sıvı bütün yüzeylere basınç uygular. Bu basınçlar daima o yüzeylere diktir.

Düşey kesiti Şekil II deki gibi verilen kapta h yüksekliğine kadar dsıvı, özkütleli sıvı varken kap tabanındaki sıvı basıncı; p = h.dsıvı.g bağıntısı ile bulunabilir. Basınç birimi Pascal dır. Pa ile gösterilir.

Buradan anlaşılacağı üzere sıvı basıncı sıvı derinliğine, sıvının özkütlesine ve yerin çekim ivmesine bağlıdır ve her üçüyle de doğru orantılıdır.

Sıvılarda basınç derinlere indikçe artar. Basınç su altında her 10,3 m derinlikte 1 atm (1 atmosfer basıncı) artmaktadır. Bu nedenle dalgıçların tüpleri olsa bile, belirli bir derinliğe kadar inebilirler. Daha derine indiklerinde sıvı basıncının artmasından ötürü hayati tehlike oluşur.



Sıvı Basıncının Özellikleri

Sıvı basıncı, aynı yükseklikte sıvı bulunan kapların şekline bağlı değildir. Sıvı basıncı P = h.d.g formülüne göre sıvı yüksekliği, sıvı cinsi (özkütle) ve yerçekim ivmesine bağlıdır.

2. Sıvılar basıncı aynen her doğrultuda iletir.

Düşey kesiti şekildeki gibi verilen kapta belirtilen noktalardaki sıvı basıncı o noktaların sıvının en üst yüzeyine olan dik uzaklığıyla doğru orantılıdır.

K ve L noktalarının sıvının en üst yüzeyine olan dik uzaklığı 5h olduğundan bu noktalardaki basınçlar PK = PL = 5h.d.g olur.

M noktasının sıvının üst yüzeyine olan dik uzaklığı 4h olduğundan bu noktadaki sıvı basıncı PM = 4h.d.g olur.

N noktasının sıvının üst yüzeyine dik uzaklığı 2h olduğundan bu noktadaki sıvı basıncı PN = 2h.d.g olur.



3. Birbirine karışmayan d1 ve d2 özkütleli sıvılar şekildeki gibi aynı kaba konulduğunda hangi noktadaki sıvı basıncı bulunacaksa o noktanın üstündeki sıvıların toplam basıncına eşit- tir. K noktasının üstünde sadece d1 özkütleli sıvı olduğundan bu sıvının basıncı K noktasındaki sıvı basıncı, L noktasının üstünde d1 ve d2 özkütleli sıvılar olduğundan L noktasının basıncı sıvıların ayrı ayrı basınçları toplamına eşittir.

4. Şekildeki gibi düzgün bir kapta birbirine karışmayan d1 ve d2 özkütleli sıvı varken sıvıların karışım yapması sağlandığında sadece kap tabanındaki N noktasında sıvı basıncı değişmez. Diğer K, L, M noktalarındaki sıvı basıncı artar. Bunun nedeni N noktasının üstündeki toplam sıvı kütlesinin değişmemesidir.

Şekil I deki düzgün kap sabit debili bir muslukla doldurulurken sıvı yüksekliği zamanla düzgün artar (Şekil II). Sıvı yüksekliği düzgün arttığı için sıvı basıncı da düzgün anacaktır (Şekil III). Şekil IV deki basınç-yükseklik grafiği kabın şekline bağlı değildir. Yükseklik nasıl değişirse basınçta 0 oranda değişeceği için doğru orantılı bir grafik olur.

Şekil l deki gibi yukarıya doğru genişleyen kap sabit debili muslukla doldurulurken sıvı yüksekliği düzgün artmaz. Yüksekliğin ve basıncın anma hızı azalacağından grafikler Şekil II ve III teki gibi olur. Basınç-yükseklik grafiği kabın şekline bağlı değildir. Yükseklik arttıkça basınç düzgün artacaktır (Şekil IV).

Şekil l deki gibi yukarıya doğru kesiti daralan kap sabit debili muslukla doldurulurken sıvı yüksekliği düzgün artmaz. Kap daraldığı için sıvı yükseldikçe yükselme hızı artar (Şekil II). Bu nedenle basıncın artma hızı da zamanla artacaktır (Şekil III). Basınç yükseklik grafiği kabın şekline bağlı olmadığından yükseklikteki değişim hızı basıncın değişim hızına eşittir (Şekil IV).



Sıvı Basınç Kuvveti

Bir kaptaki sıvının ağırlığından dolayı kap tabanına ya da herhangi bir yüzeye uyguladığı kuvvete basınç kuvveti denir. Şekildeki S kesitli kapta h yüksekliğinde d özkütleli sıvı varken kap tabanındaki sıvı basınç kuvveti F = h.d.g.S ile bulunur.

Sıvı Basınç Kuvvetinin Özellikleri



Sıvıların en önemli özelliklerinden biri sıkıştırılamaz olmalarıdır. Su dolu bir pet şişeyi sıkıştırdığımızda (Şekil I) açık ucundan su çıkışı olduğunu görürüz. Aynı şekilde şırınga sıkıştırıldığında (Şekil II) iğne ucundan su- yun fışkırdığını görürüz. Benzer şekilde şekildeki gibi bir U borusu su ile doluyken bir ucundaki piston itilirse diğer ucundan sıvı yükselmesi görülür.

Yukarıda verilen örneklerin tamamından anlaşılacağı üzere sıvılar sıkıştırılamaz. Sıvıyı sıkıştırma sırasında uygulanan kuvvet sıvının her noktasına basınç olarak aynen iletilir.

Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan basınç sıvının her noktasına ve kabın içindeki her noktaya aynen iletilir. Bu prensibe Pascal Prensibi denir.

Pascal prensibinden faydalanılarak su cendereleri, piston sistemleri, U boruları, fren sistemleri gibi düzenekler oluşturulmuştur.

Pascal Prensibinin Diğer Uygulama Alanları

Emme Basma Tulumbasının Çalışma İlkesi



Sonraki konumuz Açık Hava Basıncı ve Torricelli Deneyi konusudur.

Açık Hava Basıncı ve Torricelli Deneyi konusuna gitmek için tıklayın.

Kabın herhangi bir yüzeyine uygulanan sıvı basınç kuvveti bulunurken o yüzeyin orta noktasının sıvının üst yüzeyine olan yüksekliği kullanılır.
Birbirine karışmayan sıvıların yan yüzeylere ve kap tabanına yaptıkları sıvı basınç kuvveti o noktadaki toplam basınç ile o yüzeyin kesit alanının çarpımıyla bulunur.
Sadece sıvı ağırlığı verildiğinde kap tabanındaki sıvı basınç kuvveti sıvı ağırlığı yardımıyla bulunur.
Düzgün kaplarda sıvı basınç kuvveti sıvı ağırlığına eşittir (F = G). Tabana doğru kesiti azalan kaplarda kesikli çizgi dışında kalan sıvının ağırlığı kabın yan yüzeyleri tarafından dengelenir. Bu nedenle sıvı basınç kuvveti sıvı ağırlığından küçük olur (F < G). Tabana doğru genişleyen bir kapta kesikli çizgiler arasındaki boşlukta sıvı olmadığından sıvı basınç kuvveti sıvı ağırlığından büyüktür (F > G).
U Boruları: Bir U borusuna sıvı konulduğunda kollardaki sıvı seviyesi eşit olur. Her iki kolun açık kısmından aynı açık hava basıncı etki ettiği için sıvı seviyeleri eşit olur. Kabin geometrik şekli ve kolların kesit alanları nasıl olursa olsun kollardaki sıvı seviyesi yine de eşit olur. Kollardaki sıvı seviyesinin eşit olması kabın kesitine ve geometrik şekline bağlı değildir.
Pistonlu Düzenekler şekildeki su cenderesinde kuvvetin uygulandığı pistonun kesit alanı küçük, yükün konulduğu pistonun kesit alanı büyük seçildiğinde kuvvetten kazanç sağlanarak küçük kuvvetle büyük ağırlıklar dengelenebilir. Aynı seviyedeki pistonlara uygulanan basınçlar eşit olur. Pistonlar ağırlıksız iken basınç eşitliği yandaki gibi yazılabilir. Ağırlıksız pistonlar Şekil II deki gibi dengelendiğinde aynı seviyedeki K ve L noktalarına yapılan basınçlar eşit olur.

Temel Yeterlilik Sınavı (TYT)
20 Haziran 2020 Cumartesi