8.SINIF BASINÇ KONUSU DERS NOTLARI

                    8.SINIF FEN BİLİMLERİ LGS HAZIRLIK DERS NOTLARI

3.ÜNİTE

BASINÇ

a) Katı Basıncı

Birim yüzeye etki eden kuvvete basınç denir. Basınç ‘’P’’ harfi ile gösterilir. Birimi ise Pascal dır (Pa). Basınç, uygulanan kuvvetin büyüklüğüne ve kuvvetin uygulandığı yüzeye temas eden alanına bağlıdır. 

         Formülden de anlaşılacağı gibi katı basıncını belirlerken iki parametre kullanılır;

   1) Uygulanan kuvvet: Cisimlerin ağırlığı kuvvet olarak etki eder. Kuvvet yani ağırlık ne kadar fazla ise, basınç o kadar fazla olur. Kuvvetin büyüklüğü ile basınç arasında doğru bir orantı vardır. Bu kuvvet etkisi yani ağırlık, sabit bir noktada hep aynıdır. Yani 100 N ağırlığında bir cismin basınç kuvveti her zaman 100 N olur asla değişmez. Ağırlıklar Dünyanın farklı bölgelerinde değişkenlik gösterebilir. Kutuplarda cisimlere uygulanan yer çekimi kuvveti daha büyük olduğu için cisimler burada Dünyanın her hangi bir noktasına oranla daha ağır gelirler. Ekvator bölgesinde ve yükseklere çıkıldıkça ağırlık azalır.

   2) Yüzey alanı: Kuvvetin uygulandığı yüzeyin büyüklüğü. Alan ne kadar artarsa basınç o oranda azalır. Yüzey alanı ve basınç arasında ters ilişki vardır.

Özet: Cismin ağırlığı sabit bir noktada hep aynı olacağı için basınç kuvveti yani basıncın oluşması için uygulanan kuvvet asla değişmez. Fakat kuvvetin uygulandığı alana bağlı olarak ortaya çıkan basınç değişebilir. Basınç değişebilir ama basınç kuvveti değişmez.

 Örnek:

Yandaki şekildeki küp bloklar özdeş olup, ağırlıkları 200 N dur. Soldaki şekilde 200 N luk kuvvet daha fazla bir yüzey alanına uygulandığı için, basınç daha az oluşacaktır. Oysaki sağdaki şekilde bloklar dik durduğu için, kuvvet daha küçük bir alana etki edeceği için basınç daha fazla olacaktır. Fakat her iki durumda da etki eden kuvvet, yani blokların ağırlıkları aynı (200 N) olduğu için basınç kuvveti aynı olacaktır.

Bir cismin taban alanı ve ağırlığı aynı oranda artarsa veya azalırsa, zemine yaptığı basınç değişmez.

Yukarıdaki şekilde verilen cisimler  şekil 1 deki gibi dik kesilirse veya şekil 2 deki gibi eğimli kesilirse ilk duruma göre basınçları nasıl değişir. ?

 Şekil 1 için  : P1  =  P2  =   P ilk

Çünkü bir cismin ağırlığı ve yüzey alanı oransal olarak aynı oranlarda küçültülürse, son şekillerin basınçları hem birbirleri ile hem de başlangıçtaki ilk hali ile aynı olur.

Şekil 2 için : P4  > P ilk  >  P3

Çünkü her iki parça eğimli olarak kesildiklerinde ağırlıkları yani basınç kuvvetleri aynı olmasına karşın, P4 parçasının yüzey alanı küçüldüğü için en fazla basıncı uygular. Kesilmeden önceki bütün olan şeklin ağırlığının yüzey alanı oranı, P3 şeklinin ağırlığının yüzey alanına  oranından daha büyük olduğu için Pilk P3 den daha fazla basınç uygulamıştır. Görüleceği gibi, P3 şeklinde yüzey alanı çok büyümüş ve bu nedenle basınç azalmıştır.

Katı cisimler kendilerine uygulan kuvveti hiç değiştirmeden yüzey alanına iletirler.

                   

Çivinin baş kısmına uygulanan  F kuvveti hiç değişmeden çivinin yüzeye temas eden en uç sivri kısmına kadar aynen iletilir. Yani basınç kuvveti değişmez. 

Fakat çivinin sivri kısmının yüzey alanı yani S2, çivinin baş kısmının yüzey alanından yani S1 den çok daha küçük olduğu için oluşacak basınç yani P2, çivinin baş kısmında oluşan P1 basıncından  daha büyük olacaktır. 

                                           S2 < S1 olduğu için P2 > P1 

Eşit kuvvetler uygulandığında, temas yüzey alanının azalması sonucu basınç artar. Örneğin; bir balonu patlatmak için parmağınızı ve kalemin sivri ucunu kullandığınızda, kalemin sivri ucu ile çok daha kolay patladığını görürsünüz. Çünkü kalemin sivri ucunun balona temas ettiği yüzey alanı, parmağınızın temas ettiği yüzey alanından çok daha küçüktür.

                          

Günlük hayatta;

a)Basıncın artmasını istediğimiz bazı durumlar : Bıçakların bilenerek keskin hale getirilmesi, futbol kramponları ve buz ayakkabılarının sivri ve dişli yapıya sahip olmaları, raptiyelerin uçlarının sivri olması.

b) Basıncın azalmasını istediğimiz bazı durumlar : Trenlerin tekerleklerinin sayısının fazla olması, iş makinelerinin paletli olması, çivilerin baş kısımlarının geniş olması, traktörlerin tekerlerinin büyük ve geniş olması, kamyonların tekerlek sayılarının fazla olması.

 

b) Sıvı Basıncı

Sıvılar tema ettikleri her yüzeye, farklı büyüklüklerde olsa da  basınç uygular.

Sıvıların basıncı, iki temel faktöre bağlıdır;

1)  Sıvının derinliği ( yükseklik )

Sıvının derinliği arttıkça yaptığı basınç artar. Yüksekliği fazla olan suyun tabanına yaptığı basınç daha fazladır.

Suyun içinde derinlik arttıkça, yani huni kabın içinde daha derine daldıkça, suyun uyguladığı basınç artmakta , bu etki sonucunda U borunun diğer tarafındaki su seviyesi daha yukarı çıkmaktadır.

Değişik kaplardaki sıvı basıncının, derinliğe (Yükseklik ) bağlı olarak zamanla değişim grafikleri;

                     

2)  Sıvının yoğunluğu

Sıvının yoğunluğu arttıkça basınç da artar. 

Aynı yükseklikte su ve alkol düzeneklerinde, suyun yoğunluğu fazla olduğu için tabana yaptığı basınç daha fazla olmaktadır. Bu nedenle, su düzeneğindeki U borunun diğer kolundaki seviye daha yukarı çıkmaktadır.

       

Bu faktörlerin her ikisinin de, basıncın artışı ile doğru orantılı etkileri vardır.  Ne kadar derin ise basınç o kadar fazladır. Ne kadar yoğun ise basınç o kadar fazladır.

Sıvılar akışkan olduklarından dolayı, içinde bulundukları kabın tüm yüzeyine bir basınç uygularlar. Eşit derinlikteki aynı cins sıvı ile dolu kapların genişlikleri ve sıvı miktarları ne olursa olsun, sıvıların kapların tabanlarına yaptıkları basınçlar aynı olur.

Yukarıda görülen farklı kapların içinde aynı cins sıvı, aynı derinlikte bulunduğu için, tüm kaplardaki sıvıların tabanlarına yaptıkları basınç aynıdır. Sıvı basıncında kabın şekil ve büyüklüğü hiçbir şekilde önemli değildir. Derinlik ve yoğunluk dikkate alınan iki parametredir.

Derinlik arttıkça basınç artacağı için, yukarıdaki şekilde belirtilen noktalar arasındaki basınç   ilişkisi şu şekildedir;           C > B> D > A

Derinlik arttıkça basınç da atacağı için, yukarıdaki şekilde görüleceği gibi en alttaki delikten çıkan su en fazla basınca maruz kalmakta  ve en ileri doğru gitmektedir. En üstteki delikten çıkan su, diğer iki delik noktasına oranla en az basınç uygulanan nokta olduğu için diğerlerinden daha yakına gitmektedir.

         

Sıvıların yoğunlukları arttıkça içinde bulundukları kaba uyguladıkları basınç da artacağı için, yukarıdaki şekilde yoğunluğu diğerinin iki katı olan sıvı, diğerine göre iki kat daha uzağa düşmektedir.

Bileşik Kaplar

Şekilleri veya kalınlıkları farklı olan kapların, tabanlarının birleştirilmesi ile oluşan düzeneğe bileşik kap denir. Bileşik kaba herhangi bir sıvı doldurulduğunda, şekli ve kalınlığı ne kadar farklı olursa olsun, sıvı yüksekliği her yerde eşit olacaktır. Bu nedenle bileşik kap tabanlarındaki sıvı basıncı her yerde aynı olur. 

Bileşik kaplarda birbirine karışmayan farklı sıvılar varsa; 

a) Yoğunluğu büyük olan sıvı, yoğunluğu küçük olan sıvıyı ittirir.

b) Yoğunluğu büyük olan sıvının yüksekliği az, yoğunluğu küçük olan sıvının yüksekliği fazla           olur. 

c) Son durumda,kabın tabanındaki basınçlar eşit olur.

                                            

dsu > dyağ olduğu için, yağ seviyesi daha yüksek, fakat her iki sıvının da taban basıncı aynıdır.

                   

Evlerimize su taşıyan sistem bileşik kapların çalışma ilkesine dayanır. Pompa yardımı ile yüksekteki bir depoya çıkarılan su, borular ile depo yüksekliğindeki binalara başka bir pompaya gerek duymadan iletilir. Depodan daha yüksekte buluna evlere ise ilave pompa gerekir.

c) Açık Hava Basıncı

Hava hem yeryüzüne, hem de içerisinde bulunduğu tüm yüzeylere ağırlığı nedeniyle bir kuvvet uygular. Havanın ağırlığı nedeniyle birim yüzeye uyguladığı kuvvete açık hava basıncı veya atmosfer basıncı denir.

Gazlar da sıvılara benzer bir şekilde basınç uygularlar. Yoğunluğu fazla olan gazlar yeryüzüne daha yakın oldukları için açık hava basıncının değeri yeryüzüne yakın yerlerde daha büyüktür. En büyük değer deniz seviyesinde ölçülür. Yükseklere çıkıldıkça yoğunluk azalacağı için açık hava basıncının değeri de azalır.

Açık hava basıncını ölçen ilk bilim adamı İtalyan fizikçi Toriçelli’dir. Deniz seviyesinde, 0 derecede açık hava basıncını 76 cm cıva olarak ölçmüştür. Cıva seviyesi , borunun kalınlığına ve şekline bağlı değildir. Bu deneyde cıva yerine su kullanılmış olsaydı, su seviyesi daha fazla olacaktı. ( Yaklaşık 10,5 metre )

Açık hava basıncını ölçen aletlere barometre denir.

Deney esnasında cam borunun çapı ya da duruş açısı sonucu değiştirmez.

Her durumda basıç değeri 76 cm cıva olarak okunur. Sadece;

a) Deneyin yapıldığı noktanın deniz seviyesine göre yüksekliği

b) Deneyin yapıldığı esnadaki hava sıcaklığı 

c) Deneyde kullanılan sıvının cinsi

parametrelerindeki farklılıklara göre sonuç değişebilir. 

 Açık hava basıncı deniz seviyesinden yukarıya doğru çıkıldıkça azalır.

Açık Hava basıncını çeşitli deneylerle anlama şansımız vardır. Bunlardan biri de Haşlanmış Yumurta Deneyidir;

Cam şişe içine yanar vaziyette kağıt parçası atılıp, şişenin ağzına haşlanmış yumurta yerleştirilirse, şişe içindeki ateş söndüğünde, yani şişe içinde oksijen tükendiğinde, açık hava basıncı şişe içindeki basınçtan fazla olacak, yumurtayı şişe içine iterek düşmesini sağlayacaktır.

Basınç kabın içinde her noktada aynıdır. 

Gazlar konuldukları kabın hacmini alırlar. Sıkıştırılabilir, küçük hacimlere sığdırılabilirler. Ayrıca gaz molekülleri serbest hareket edebildikleri için kabın her yerine eşit büyüklükte basınç uygular. Kapalı bir kap içinde bulunan gaz molekülleri, birbirlerine ve kabın iç yüzeyine sürekli çarparak kabı içten dışa doğru iter.

Gaz Basıncı 3 parametre ile değişkenlik gösterir;

1)  İçinde bulundukları kabın hacmi. Kabın hacmi azalırsa, basınç artar, kabın hacmi artarsa basınç azalır.

2)  Kaptaki miktarları. Kabın içinde bulunan gazın miktarı artırılırsa basınç artar, kabın içinde bulunan gazın miktarı azaltılırsa basınç azalır.

3)  Sıcaklık. Kabın içindeki gaz ısıtılırsa basınç artar, gaz soğudukça basınç azalır. 

         

    Sıvılar ve gazlar, kendilerine uygulanan basıncı her yöne aynı büyüklükte iletirler.

     Sıvıların basıncı her yöne ilettiklerini Fransız bilim adamı Paskal açıklamıştır. Bu nedenle sıvıların bu özelliğini açıklayan yasaya Paskal prensibi denir.

d) Basıncın Günlük yaşam ve Teknolojideki Uygulamaları

Araçları havaya kaldırabilen hidrolik lift sistemleri, damperli kamyonlar, su tulumbaları, araçların hidrolik direksiyonları, ilaç pompaları, itfaiye merdivenleri, berber koltukları da sıvıların basıncı her yöne eşit bir şekilde iletmesi yani Paskal prensibinden yararlanılarak geliştirilen sistemlerdir.

Araçlarda bulunan hidrolik fren sistemi de, Paskal prensibine dayanır. Fren sisteminde fren pedalına kuvvet uygulandığında itenek sıvısında bir basınç oluşur. Fren sıvısı, basıncı her doğrultuda ve her yönde eşit olarak iletir. Fren sıvısının bağlantılı olduğu sistemlere iletilen sıvı basıncı, balatalarda büyük kuvvet oluşturur. Oluşan bu zıt yönlü kuvvetler, diski sıkıştırarak tekerlekleri yavaşlatır ve durdurur.

                                         

Küçük pistona uygulanan F kuvvetinin S1 yüzeyine etki etmesi ile elde edilen basınç, sıvıların basıncı her yöne ve eşit şekilde iletmesi özelliğinden dolayı, S2 yüzeyine aynı şekilde eti edecek ve S2 yüzeyindeki büyük bir ağırlık kolayca yukarıya  kaldırılacaktır

                                              

Otomobil tamirhanelerindeki hidrolik lift sistemleri, Paskal  prensibi ile çalışan makinalardır.

Araçlardaki hava yastıklarının bir kaza durumunda açılmaları da gaz basıncına dayanır. Kaza durumunda sistemdeki gaz çok kısa bir sürede hava yastığını doldurur. Bu durum sıvılarda olduğu gibi, gazların da basıncı her yöne ve eşit büyüklükte iletmesinin sonucudur.