Basınca neden olan kuvvetin özellikleri

Bütün maddeler ağırlıkları nedeniyle bulundukları yüzeye bir kuvvet uygularlar. Kar üzerine duran bir insan basınç uygular. Eğer bu kişi bir ayağını kaldırıp durursa ağırlığı değişmediği halde batma oranı artar. Öyleyse basınç kuvvete ve yüzeye bağlı olarak değişir. Ağırlıkları aynı olan bir leylek ve bir ördeğin bataklıkta yürürken batma oranları değişik olur. Ördek daha az leylek daha çok batacaktır. Bunun sebebi ördeğin yere değen ayak yüzeyinin leyleğinkinden daha büyük olmasıdır. Birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvete basınç adı verilir. Bir toplu iğneyi iki parmağımız arasına alıp bastırırsak sivri uçlu kısım parmağımıza batar. Bunun sebebi sivri ucun yüzeyinin baş kısmından küçük olmasıdır.
Basıncın cisimler üzerindeki etkisi kuvvetin etkisiyle aynıdır. Cisimlerin hareketinin ve şekillerinin değişmesine neden olur. Ayrıca ağır araçları kaldırmada kullanılan kriko ve lift gibi düzenekler basınçtan yararlanarak yapılmıştır. Örneğin havası boşaltılmış bir teneke kutu havanın dış basıncı karşısında içe doğru çökerek biçim değişikliğine uğrar.
Cisimlerin ağırlıkları artarsa yüzeye uyguladıkları basınçta artar. Basınç cisme uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır. Yine değme yüzeyi küçüldükçe basınç artar yüzey büyüdükçe azalır. Yumuşak karda normal ayakkabı giyerek yürümeye çalışan bir yürürken zorlanır. Çünkü ayakkabının kar yüzeyine değen bölümü küçük olduğundan basınç büyük olur. Bu insan kara batarak yürümeye çalışır. Ancak geniş tabanlı bir ayakkabı giyilirse vücut ağırlığının etkisi büyük bir alana yayılacağından basınç etkisi azalır. Böylece kara batmadan yürünebilir. Yüzey küçülürse basınç artar. Yüzey büyüdükçe basınç azalır.

**Belirli bir ağırlığa sahip cismin temas yüzeyi küçüldükçe basınç artar. Cisimlerin uyguladıkları basınç,cismin yüzeyi ile ters orantılıdır.
P2 > P1 dir. Çünkü P2 de birim alana düşen kuvvet P2 den büyüktür. Cismin ağırlığı değişmemiştir. Yanlız yere deyme yüzey alanı azalmıştır.

**Cisimlerin ağırlıkları artarsa temas ettikleri yüzeye uyguladıkları basınçta artar. Basınç, cisme uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır.

P2 > P1 dir. Çünkü P2 de birim alana düşen kuvvet P2 den büyüktür. Cismin yere deyme yüzey alanı değişmemiştir. Yanlız ağırlığı artmıştır.

Basınç P, kuvvet F ve değme yüzeyi A ile gösterilir. Buna göre basınç formülü;

Bu formülde kuvveti bulmak için F = P . A bağıntısı kullanılır.

Küçük bir kuvvetin etkisiyle büyük basınç elde etmek, pek çok alanda işimizi kolaylaştırır: iğne ile dikiş dikme, bıçak ile meyve kesme, balta ile odun yarma … gibi.

BASINÇ BİRİMLERİ
1 m2 lik yüzeye dik olarak etkiyen 1 N’luk kuvvetin oluşturduğu basınca 1 Pa denir 1 Pascal= 1 (nt/m2)

SI birimler sisteminde

F = Newton,
A = m2 alınırsa
P = 1 N / 1 m2 = 1 Pa ( Pascal ) olur.

ÖNEMLİ EŞİTLİKLER
1 Pascal= 10 bari 1 Bar= 1.000.000 Bari
1 Milibar= 1000 Bar 1 Pascal=0.00005 bar 1 Bar= 1000 Milibar
1 Atmosfer=1000.000 pascal 1 Atmosfer=1.013 Bar 1 Bar= 100.000 Pascal

Havanında bir ağırlığı vardır. Hava dünya üzerinde her şeye basınç uygular. Deniz seviyesinde 1 m2’lik yüzeye 101 300 N’luk bir kuvvet uygulayan basınca 1 atm(atmosfer) denir.
1cm2lik bir yüzeye 1 dyn’lik bir kuvvetin yaptığı basınca 1 dyn/cm2 ya da 1 bari denir.
Meteorolojide bar ve milibar kullanılır. Yaklaşık 76 cm – civanın tabana yapmış olduğu basınca 1 bar denir.
1 atm = 1 bar = 1013 milibar’dır. = 105pa = 76 cm-civa

Sıvı Basınç Nelere Bağlıdır?

Bildiğimiz gibi sıvılar da yer çekiminin etkisi altındadır. Katlılardan farklı olarak sıvılar akışkandır. Bu yüzden sıvılar, içine konuldukları kabın yalnız tabanına değil temas ettikleri bütün yüzeylerine kuvvet uygular.

Sıvı içerisindeki bir cisim Üzerinde, onun yukarısında kalan Sıvı sütunun ağırlığından dolayı bir basınç oluşur. Bu yüzden huniye gerilmiş balon, derinlere daldırıldıkça daha çok Sıvı ağırlığının etkisinde kalır. Esnek balona etki eden kuvvetin adım adim artması bu yüzeyde giderek artan bir . basınç oluşturur. Balon, artan basıncın etkisiyle daha çok içe doğru çöker. ve u borusunun karşı kolundaki su seviyesinin giderek yükselmesine sebep olur.Sıvı basıncının derinlikle artması, Sıvı içerisine bırakılan bir cismin alt yüzündeki basınçın daha büyük olmasana sebep olur. Buna bağlı olarak Sıvı içerisindeki bir cisme etki eden kaldırma kuvvetinin, cismin tabanıyla tavanı arasındaki basınç farkından kaynaklandığını söyleyebiliriz. Huni, değişik sıvılarda aynı derinliğe daldırıldığı halde u borusunun bir kolundaki su seviyesi aynı miktarda yükselmez.

Su etil alkolden yoğun olduğundan etil alkole göre daha büyük basınç oluşturur. Bu yüzden huni üzerindeki balon daha fazla içe doğru çöker ve u borusunun bir kolundaki su seviyesi daha çok yükselir. u borusunun karşı kolundaki bu yükselmede huninin daldırıldığı kabın 1 L’lik veya 2 L’lik olması etkili değildir. Buna göre Sıvı basınçlın, Sıvının hacmine, konulduğu kabın genişliğine ve şekline bağıl olmadığı; Sıvı derinliğine ve Sıvı yoğunluğuna bağlı olduğu görülür.

Yukarıdaki şekillerde sıvı basıncı yükseklik ilişkisi net olarak görülebilir. Uygulanan sıvı basıncı , deliklerden çıkan suların uzağa gidiş mesafeleri ile doğru orantılıdır. 1. Delikten A mesafesine düşerken 3. Delikten C mesafesine düşer. Buna göre en fazla basınç en aşağıdaki 3. delikdedir. 3. delik aynı zamanda sıvı yüzeyine en uzak veya en derindeki delikdir.

Yukarıdaki basıncın sıvı akışı üzerine etkisini gözlemleyebileceğiniz bir etkinliği yaparak arkadaşlarınızı şaşırtabilir. Sistemin çalışmasını beraberce tartışabilirsiniz.

Maddenin tanecikli yapıda olduğunu biliyoruz. Bu tanecikler, gazlarda sıvılara göre daha seyrek ve hareketlidir. Enjektör içerisindeki gaz molekülleri, her doğrultuda olan hareketleri sırasında birbirine ve enjektör çeperlerine itme uygular. Başlangıçta enjektör içerisinde büyük hacme yayılmış olan hava, pistonunun ileri doğru hareketiyle çıkış deliğinin kapalı olmasından dolayı daha küçük hacme toplanır. Bu sırada enjektör içerisine ve pistona daha çok molekül çarparak daha büyük itme oluşturur. Oluşan itme enjektör içerisindeki basıncı artmış olur.
Aynı durumu enjektöre su koyduğumuzda gözleyemeyiz. Çünkü uygulanan basıncın etkisiyle sıvıların hacimlerinde gözle görülebilir düzeyde bir değişme olmaz. Bu yüzden sıvılar “sıkıştırılamaz” kabul edilir.

Sıvı Basıncı her tarafa eşit olarak iletir.

İçi suyla dolu balona üzerindeki herhangi bir noktadan basınç uygulandığında balondaki su. balon üzerindeki bütün deliklerden aynı hızla akar. Yandaki kavanoz resimlerinden de anlaşılacağı gibi sıvıya bir noktadan uygulanan basınç, sıvı ile temasta olan her
noktaya sadece kuvvet doğrultusunda değil bütün doğrultularda aynen iletilir. Bu gerçek Fransız bilim insanı Rlaise Pascal {Rleyz Paskal) tarafından şöyle ifade edilmiştir: “Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan basınç, bu sıvının her noktasına ve kabın iç yüzeyinin her noktasına aynen iletilir.”
Sıvıların basıncı iletme özelliğinden günlük hayatın birçok alanında yararlanmaktayız.

Bazı yerleşim birimlerindeki evlere verilen su genellikle yüksek bir yere yapılmış depolardan büyük bir basınçla aktarılır. Bu sistem bileşik kap örneğidir.

Kompresörün uyguladığı basınç kapalı kaptaki sıvının her noktasına ve sıvı ile temasta olan her yere aynen iletilir Bu yüzden yük silindirinde otomobilleri kaldıracak kadar kuvvet oluşur.

Bunların dışında taşıma ve sıkıştırma sistemleri, tulumbalar, hidrolik fren sistemleri, berber koltukları, vinçler ve lunaparktaki atlıkarınca gibi birçok araç Pascal Prensibi’ne göre çalışır.

Gazların Basıncı

Hava hem yerküreye hem de kendi içindeki bütün cisimlere, moleküllerinin ağırlığı ve hareketi nedeniyle bir kuvvet uygular. Bu kuvvetin birim yüzey alanına düşen payına “açık hava basıncı” veya “atmosfer basıncı” denir.
Hava her cm2‘ye yaklaşık 10 N’luk kuvvet uygular. İnsan vücudunun ortalama yüzey alanı 1,5 m2=15000 cm2 olarak kabul edilirse bir kişi üzerine, toplam 150.000 N’luk kuvvet etki eder. Yaklaşık 15 adet binek arabasının ağırlığına eşit olan bu etkinin oluşturduğu basınç vücut içi sıvı basıncı tarafından dengelenir ve bu yüzden hissedilmez.

1664 yılında, hava basıncının etkisini göstermek amacıyla Otto Von Guerrike (Otto Fon Gürrik) tarafından, Magdeburg Yarım Küreleri olarak anılan bir deney yapılır. Metal olan iki büyük yarım küre birleştirilip içindeki hava boşaltılır. Daha sonra, oluşan vakum küreye çok sayıda at koşularak yarım küreler birbirinden ayrılmaya çalışılır ama küreler birbirinden ayrılmaz, işte bunu sağlayan etki, kürenin dışındaki hava basıncıdır.

Kapalı bir kaptaki gazın basıncı, kabın içerisindeki her noktada aynıdır. Bunu şişirilen bir topun her tarafının aynı anda hareketlenmesinden veya şişirilmiş bir bisiklet tekerleğinin düzgün görünmesinden anlayabiliriz. Tekerleği şişirmek için bir bisiklet pompasının pistonu itildiğinde pompa silindiri içerisinde oluşan yüksek basınçlı hava, hortum yoluyla bisiklet tekerleğine aynen iletilir. Tekerleğin pompalama sonucunda bir süre sonra şişmesi tekerlek içerisindeki basıncın açık hava basıncından büyük olmasındandır.

Torricelli (Toriçelli) adlı bilim insanı açık hava basıncını araştırırken deniz seviyesinde, 0 °C’ta, yaklaşık 1 m uzunluğunda ve bir ucu kapalı olan cam boruyu tamamen cıva ile doldurur. Borunun açık ağzını parmağı ile kapatarak cıva çanağına ters daldırır ve parmağını çeker. Borudaki cıvanın bir kısmının çanağa boşaldığını ve bir süre sonra cıva seviyesinin 76 cm’de dengede kaldığını gözler. Bu çalışma sonucunda deniz seviyesinde 0 °C’taki açık hava basıncının 76 cm cıva basıncı olduğunu ifade eder. Aynı deneyin değişik kesitteki borularla veya bu boruların değişik açılarla yerleştirilerek yapılması durumunda da borudaki ova seviyesinin yine 76 cm olduğu gözlenir.
Torricelli’nin açık hava basıncını ölçmek için yaptığı bu düzenek basit ama hassas bir barometredir.

Cıvanın sudan 13,6 kat daha yoğun olduğunu göz önüne alırsak Toriçelli deneyinin su ile yapılması durumunda kullanacağımız borunun 10,5 metre olması gerekirdi.

Kapalı bir kaptaki basıncı ölçmek için ise manometre adı verilen aletler kullanılır. Aşağıda otomobil lastiklerinin basıncını ölçmede kullanılan bir manometre ve bu manometrenin iç yapısı görülmektedir.

Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça havanın yoğunluğu azalır. Bu yüzden hava basına yavaş yavaş düşen Buna karşılık suyun yoğunluğu, havanın yoğunluğundan yaklaşık 1000 kat büyük olduğu için denizin derinliklerine inildikçe su basıncı hızlı bir şekilde artar.

Gazların basıncından birçok alanda yararlanırız.
• Gazlar yüksek basınca dayanıklı çelik kaplar içerisinde sıvılaştırılmış olarak depolanır. İhtiyaç duyulduğunda bu kapların vanaları açılır. Yüksek basınçtan kurtulan sıvı, gaz hâline geçer. Hastanelerde kullanılan oksijen tüpleri, evlerimizde kullandığımız LPG ve yangın söndürme tüpleri buna örnektir,
• Pipetle bir şeyler içerken açık hava basıncından yararlanırız. Pipetin içerisindeki havayı ciğerlerimize çekerken pipet içindeki basınç azalmış olur. içtiğimiz sıvıya etki eden açık hava basıncı sıvının yükselmesini sağlar.
• Elektrikli süpürgenin içindeki hava süpürge motoruyla emilir ve düşük basınçlı bir ortam oluşturulur. Toz ve kir bu düşük basınçlı bölgeye kayar. Süpürgenin torbası tozu durdururken havanın geçmesine izin verir.