SINIFÖĞRETMENİM.COM

Okul Öncesi, İlkokul, Ortaokul, Lise Tüm Dersler © 2017 Üyelik Gerektirmez


BASINÇ

Uzun süre ve yoğun olarak yağan karın ardından oluşan görüntü gerçekten muhteşemdir. Ancak bu güzel manzarada dolaşmak istediğimizde ise bu güzel görüntü bir anda adeta çileye dönüşür. Hele yoldaki kar seviyesi çok fazlaysa hareket etmek nerede ise imkânsız hâle gelir. Atılan her adımda dizlerimize kadar kar kümesi içine gömülür ve yürümekte oldukça zorlanırız.

Kutuplardaki gibi yoğun kar birikintilerinin olduğu yerlerde yaşayan insanların kara batmadan daha kolay yürüyebilmeleri için tabam geniş ayakkabılar giydiklerini ya da giydikleri ayakkabıların tabanlarım genişletmek amacıyla leken ya da hedik adı verilen tenis raketine benzeyen araçlardan faydalandıklarım biliyor muydunuz? Peki bu kişiler normal ayakkabılarıyla kara battığı hâlde, kar ayakkabılarıyla nasıl batmadan yürüyebilirler?

Karpuzu bıçağın keskin tarafıyla kolaylıkla keserken bıçağın sırtıyla kesmeye çalıştığımızda daha büyük kuvvet uygulamak zorunda kalmamızın ya da bir çivinin sivri ucunu herhangi bir yüzeye daha kolay çakabilirken ters tarafını çakmakta zorlanmamızın nedeni sizce ne olabilir?

Bahçemizi sularken hortumun ucunu sıkıştırdığımızda hortumdan çıkan suyun hortumun ucunun serbest bırakıldığı duruma göre daha uzak mesafelere gittiğini gözlemleriz. Hortumdan akan suyu daha uzak mesafelere ulaştıran etki ne olabilir?

Özdeş iki kitabı yine özdeş süngerler üzerine aşağıdaki resimde gösterildiği gibi biri yatay diğeri dik olarak koyduğumuzda süngerle temas eden yüzeyi diğerine göre daha küçük olan kitabın süngeri daha fazla sıkıştırdığı görülür. Aynı şekilde sabit bir yüzeye etkiyen dik kuvvetin şiddetinin değişmesi de yüzey üzerinde farklı etkiler yaratır. Kitapları küçük yüzey alanı üzerinde (dik konumda) üst üste koyarak süngerin birim yüzey alanına uygulanan kuvveti artırmış oluruz. Bu durumda süngerdeki çökme derinliğinin tek kitabın dik konulmasında gözlenen çökme derinliğinden büyük olduğu fark edilir.

Esnek maddelerin esneme (sıkışma veya uzama) miktarının üzerlerine uygulanan kuvvete bağlı olarak değiştiğini öğrenmiştik. Buna göre yukarıda belirttiğimiz gibi sünger üzerine biri dik diğeri yatay olarak konulan kitaplardan dik olan kitabın süngeri sıkıştırma miktarının fazla olması sünger üzerine uygulanan kuvvetin değişimine bağlıdır. Bu örnekte süngerdeki çökmenin derinliği kitabın sünger üzerinde uyguladığı kuvvet değerinin sünger üzerine uygulanan yüzey alan değerinin oranına bağlı olarak değişmektedir. Benzer şekilde bıçak kullanarak herhangi bir nesneyi keserken bıçağın keskin tarafı ile daha kolay kesebilmemiz ya da çivinin sivri ucunu bir duvara daha kolay çakabilmemiz kuvvet/yüzey alanı oranına bağlıdır. Birim yüzeye dik olarak etki eden bu kuvvete basınç adı verilir.

Uluslar Arası Birim Sistemi’nde basıncm birimi N/m olup Pascal (Paskal) adını alır. Bu birim ile newton birimi arasında 1 N/m2 = 1 Pa eşitliği bulunduğundan 1 Pa, 1 m2’lik yüzeye uygulanan 1 N’luk kuvvetin yüzeyde oluşturduğu basınç değerine eşittir.

Katıların Basıncı

Katı cisimler, kendilerine uygulanan kuvveti aynı yönde ve büyüklükte iletirler. Kah cisimler ağırlıklarından dolayı bulundukları yüzeylere basınç uygular. Yukarıda verdiğimiz örneklerden üzerine kitap konulan süngerlerdeki çökmelerin kitapların ağırlıkları yönünde meydana geldiğini ve çivinin üzerine etki eden kuvvet yönünde yüzeye çakdabildiğini göz­lemledik. Buna göre katı cisimler kendilerine uygulanan kuvveti, etki eden kuvvetin uygulandığı yönde aynen iletir.

Ancak yüzey üzerinde oluşan basmç değeri temas yüzeyinin büyüklüğüne bağlı olarak değişir. Yüzey alanı küçükse burada ortaya çıkan basmç büyük olur. Katiların yüzeye uyguladıkları basmç değeri kuvvetin uygulandığı yüzey alanı ile ters orantılıdır. Aynı ağırlıktaki cisimlerden yüzey alanı büyük olanın basmcı daha küçüktür.

 

Basıncın uygulanan dik kuvvete ve bu dik kuvvetin etki ettiği yüzey alanına bağlı olmasından yararlanılarak hayatımızı kolaylaştıran pek çok araç ve gereç basınca ilişkin özellikler dikkate alınarak yapılmıştır. Trenlerin tekerlek sayısının çok olması, tren ağırlığım çok sayıdaki tekerlek üzerinde paylaşılmasını sağlayarak basmcı düşürür. Böylece rayların bozulması önlenir. Çekiçle çiviye vurduğumuzda uyguladığımız kuvvet, yönünü ve şiddetini değiştirmeden çivinin başına oradan da ucuna aktarılır. Buna karşılık çivinin ucunun yüzey alanının küçük olması buradaki basmcm daha büyük olmasını sağlar.

Yüzey alanın büyütülmesi basmcı azalttığı için iş makinelerinin ya da tank gibi ağırlığı fazla olan askerî araçların tekerlekleri veya paletleri geniş yapılarak zor arazi şartlarında yapılacak işin daha kolay yapılmasını sağlar.

Fil, gergedan, deve gibi hayvanların ayaklarının taban alanlarının büyük olması onların yere uygulayacakları basmcı küçültür. Böylece hayvanlar toprak veya kum zeminde rahatça yürür. İnsanların karda kar ayakkabıları giymelerinin nedeni kara temas eden yüzey alanım artırarak basmcı azaltmaktır.

Sıvıların Basmcı

Buraya kadar katı maddelerin bulundukları yüzeye uyguladıklan basmcı inceledik. Şimdi de sıvıların basıncım incelemeye ne dersiniz? Bildiğimiz gibi sıvı maddeler de yerin çekim kuvvetinin etkisi altındadır. Ancak sıvı maddeler katı maddelerden farklı olarak akışkandır. Kabm yan yüzeyleri, içindeki sıvıyı kendi biçiminde tutmak için sıvıya kuvvet uygular. Bu yüzden sıvılar, içine konulduklan kabm yalnız tabanına değil bütün yüzeylerine temas ettiklerinden tüm yüzeylere kuvvet uygular.

Sıvının temas halinde olduğu birim yüzeylere dik olarak uyguladığı bu kuvvete sıvı basıncı denir.

 

Sıvıların uyguladığı bu kuvvetin etkisiyle kap yüzeylerinde oluşan basmç acaba hangi faktörlere bağlıdır?

Bir huninin geniş kısmına plastik bir balonun gergin olacak şekilde, dar olan kısmının da bir hortum yardımı ile bir basmç ölçere bağlandığım düşünelim, tçi su ile dolu derince bir kap içinde huniyi yukarı aşağı doğru hareket ettirdiğimizde huninin diğer ucuna bağlı olan basmç ölçerin ibresinin de hareket ettiği gözlenir. Huni aym derinlikte sağa sola hareket ettirildiğinde ya da aşağıdaki şekildeki gibi değişik şekillerde tutulduğunda ibrenin konumunu değiştirmediği gözlenir.

 

Kap içinde huninin yukarı aşağı hareket edişine bağlı olarak basmç ölçerin ibresinin hareket etmesinin sebebi; huni ağzma gerilmiş olan esnek balona etki eden kuvvetin değişimi ile açıklanabilir. Huni kap içinde aşağıya doğru hareket ettikçe huninin geniş olan ağzma gerilmiş olan balon daha çok sıvı ağırlığının etkisinde kalır. Balonun yüzeyi üzerinde oluşan bu etki ise yüzeyde giderek artan bir basmç oluşturur. Balon, artan basmcm etkisiyle daha çok içe doğru çöker ve huniye bağlı olan hortumun diğer ucundaki basmç ölçer ibresinin giderek yükselmesine sebep olur. Huninin aym seviyedeki hareketinde ibrenin konumunda değişim olmaması ise huni ağzına gerili olan balona etki eden kuvvetin aym kaldığım göstermektedir.

Aym kaba su yerine etil alkol doldurulup huni aym seviyeye daldınlsa basmç ölçerin ibresinin kap su dolu iken gösterdiği yerle aym olmadığı görülür. İbre konumundaki bu değişim suya göre yoğunluğu daha az olan etil alkolün ağırlığı nedeniyle balon yüzeyine etki eden kuvvetin değerinin daha düşük olmasından kaynaklanır. Diğer bir ifade ile su, etil alkolden yoğun olduğundan etil alkole göre daha büyük basmç oluşturur. Bu yüzden

su içine batırılan huni üzerindeki balon, etil alkoldekine oranla daha fazla içe doğru çöker ve basınç ölçerin ibresi daha çok yükselir, ibrede gözlenen bu yükselmede huninin daldınldığı kabın hacminin bir etkisi yoktur. Buna göre sıvı basıncının; sıvının hacmine, konulduğu kabın genişliğine ve şekline bağlı olmayıp sadece sıvı derinliğine ve sıvı yoğunluğuna bağlı olarak değiştiği sonucuna varılır.

 

Sıvı içerisindeki bir cisim üzerinde, onun yukarısında kalan sıvı sütunun ağırlığından dolayı bir basınç oluşur. Buna göre cisme uygulanan basmç değeri, derinlik değeri ile doğru orantılı olarak değişir. Sıvı basıncının derinlik ile olan bu ilişkisi nedeni ile barajlardaki setler, baraj göletinin derinlerine doğru indikçe artan basmca dayanabilecek şekilde kalınlaştırılır.

Bütün bu anlatılanlar dikkate alındığında sıvı maddelerin basıncını etkileyen faktörler aşağıdaki gibi sıralanabilir:

  • Sıvının bir noktada oluşturduğu basmç, kap şekline ve sıvının toplam ağırlığına bağlı değildir.
  • Sıvı basmcı derinliğe ve sıvının yoğunluğuna bağlıdır.
    • Dengedeki bir sıvının aynı derinliğindeki tüm noktaların basınçları birbiri ile eşit büyüklüktedir.
    • Dengesi bozulan bir sıvı, basıncın büyük olduğu yerden küçük olduğu yere doğru akar.

Filmlerde, haberlerde vb. zaman zaman karşılaştığımız “vurgun” olayı da ani olarak değişen sıvı basıncından kaynaklanmaktadır. Şöyle ki; denizde derinlere inildikçe üzerimizde bulunan su kütlesi artacağından suyun vücudumuza uyguladığı basmç değeri de artar. İnsan vücudunun solunum ve dolaşım sistemi faaliyetlerini deniz seviyesinde hava basıncının değeri olan 1 atm değerindeki basınçta yerine getirir. Deniz yüzeyinden derinlere 30 m kadar aşağı inildiğinde ise bu basmç değeri artarak yaklaşık

atm değerine ulaşır. Hiç bir gereç kullanmadan suyun 30 m derinliğine inildiğinde akciğer kapasitesi normal kapasitenin dörtte birine düşeceğinden artan kan basmcma paralel olarak bilinçte bulanıklık başlar.

Basınç sadece tüpsüz değil tüple dalışta da birtakım sorunlar oluşturmaktadır. Tüple dalış yapan bir dalgıç su yüzeyine süratle çıktığında sıvı basıncının hızla azalması, tüp içindeki gazların süratle genleşmesine neden olur. Özellikle tüp içinde bulunan azot gazının genleşmesi sonucunda damarlarda tıkanma, akciğer yırtılması hatta felç gibi vücutta önemli hasarlar oluşabilir. Ani basınç değişimlerini önlemek amacıyla derin su dalışlarında dalgıçlar aniden su yüzüne çıkmamalı, hatta belirli derinliklerde beklemelidirler. İdeal çıkış hızı dakikada 20 metre olup, pratikte eğitmenler bunu dalgıç adaylarına “yüzeye gelen en küçük bir hava kabarcığından daha hızlı çıkma” şeklinde öğretirler.

Sıvıların Basıncı İletmesi

Buraya kadar sıvıların içinde bulunan cisiminlerin yüzeylerinde oluşan basınç değerini ve bu değerin hangi değişkenlere bağlı olarak değiştiğini öğrendik. Acaba bir sıvı madde üzerine uygulanan basıncın sıvı madde tarafından iletimi nasıldır?

Maddenin tanecikli yapıda olduğunu, bu taneciklerin gazlarda sıvılara göre daha seyrek ve hareketli olduklarım biliyoruz. Bir enjektör pistonunu geriye doğru çekerek enjektörün haznesini hava ile doldurduğumuzda hava molekülleri, her doğrultuda olan hareketleri sırasında birbirine ve enjektör çeperlerine bir itme uygular. Enjektörün uç kısmım parmağımızla kapatarak pistonunu ileri doğru ittiğimizde başlangıçta büyük hacme yayılmış olan hava, pistonunun hareketiyle daha küçük hacme toplanır. Bu sırada enjektör içerisine ve pistona daha çok molekül çarparak ilk duruma göre daha büyük itme oluşturur. Artan itme sonucunda hava moleküllerinin enjektör çeperlerine uyguladığı basınç da artar.

Enjektör haznesini hava yerine su ile doldurmuş olsaydık hava moleküllerinde gözlemlediğimiz hacim küçülmesini gözleyemez, diğer bir ifade ile enjektör içindeki suyu ilkinden gözle görülebilir düzeyde daha küçük bir hacme hapsedemezdik. Sıvı molekülleri kuvvet etkisi ile sıkıştınldığında oluşan hacim değişiminin ihmal edilebilir derecede küçük olması, sıvıya uygulanan basmcm, sıvı ile temasta olan her noktaya sadece kuvvet doğrultusunda değil bütün doğrultularda aynı büyüklükte iletilmesinden kay­naklanır. Sıkışma miktarının çok küçük değerde kalması sonucunda sıvılar "sıkıştınlamaz" olarak kabul edilir.

Yapnuş olduğu inceleme ve araştırmalar sonucu Fransız bilim inşam Blaise Pascal (Bleys Paskal ) sıvıların bu özelliğim; "Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan basınç, bu sıvının her noktasına ve kabın iç yüzeyinin her noktasına aynen iletilir." şeklinde ifade etmiştir. Bundan dolayı Pascal’m yapmış olduğu araştırmalar sonucu ortaya koyduğu sıvıların sıkıştırılamayıp basıncı her doğrultuda aynen iletmesi ilkesine Pascal Prensibi denir.

Şekilleri ve kalınlıkları farklı olan iki ya da daha fazla kabın tabanlarının birleştirilmesi ile elde edilen düzeneğe bileşik kaplar denir. Hacimleri, şekilleri değişik olan ve iki ya da daha çok kaptan oluşan bu sistem, kapların tabana yakın yerlerinden birbirlerine şekildeki gibi bağlanarak oluşturulmuştur. Oluşturulan bu sisteme değişik miktarlarda herhangi bir sıvı madde doldurulduğunda, şekildeki gibi bütün kapların sıvı seviyesi aym olana kadar sıvı Pascal Prensibi’ne göre birinden diğerine geçer. Böylece bir süre soma kaplarda bulunan sıvı seviyeleri bütün kaplarda aym düzeye ulaşır.

Sıvıların üzerlerine uygulanan basıncı iletme ilkeleri kullanılarak geliştirilen diğer bir sistem de su cenderesi adı verilen sistemlerdir. Bir sonraki sayfada verilen su cenderesi şemasında da görüldüğü gibi sistem birinin yüzey alanı diğerine oranla daha büyük olan iki bileşik kabın tabandan birbirine bağlanması ile oluşturulmuştur.

Birinci pistona uygulanan kuvvetin etkisi ile oluşan bu basınç değeri su cenderesi kapalı bir kap olduğundan Pascal Prensibi’ne göre sıvının dokunduğu her noktaya, dolayısıyla diğer tarafta bulunan yüzey alanı büyük olan pistona da aynen iletilir. Böylece diğer pistonda oluşan basınç değeri ilk pistonda oluşan basınç değerine eşit olur.

Ancak ikinci pistonun yüzeyi diğerine göre daha büyük olduğundan elde edilen basınç kuvvetinin değeri küçük pistona uygulanan kuvvetten daha büyük olur. Büyük pistonda oluşan bu büyük basınç kuvveti etkisi ile küçük kuvvetlerle büyük yükleri kaldırmak (küçük kuvvetlerden büyük kuvvetler elde etmek) için kullanılan su cenderelerinde kuvvetten kazanç sağlanır.

Günlük hayatımızda sıvıların basıncı iletmedeki özellikleri yıkama-yağlama istasyonlarında liftlerde kullanılarak tonlarca kütleye sahip araçlar indirilip kaldınlabilmektedir.

Ağır araçları rahatlıkla kaldırmamıza yardım eden liftlerin dışında kamyonlardaki damperler veya araçlardaki hidrolik fren sistemleri, artezyen kuyularından su çıkarılması, ayçiçeği ve zeytinyağı fabrikalarında yağ elde ederken kullanılan sıkıştırma (pres) makineleri vb. pek çok makine ve araç sistemi Pascal Prensibine göre çalışır.



Benzer İçerikler:

Çocuk Oyunları

Reklam
Şu anda 644 ziyaretçi çevrimiçi
Reklam