Basınç Konu Anlatımı

Konu anlatımı notları

1. Basınç Nedir?

   Birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvete basınç denir. Basınç skaler bir büyüklüktür ve türetilmiş bir niceliktir. Katı maddeler, ağırlıkları nedeniyle temas ettikleri yüzeye bir kuvvet uygular ve bu kuvvet sonucunda yüzeyde bir basınç oluşur.

   Basınç bağıntısı genel olarak şu şekilde ifade edilir:

   P = F / A

   Burada P basıncı (Pascal, Pa), F yüzeye dik uygulanan net kuvveti (Newton, N), A ise temas yüzey alanını (metrekare, m²) temsil eder. 1 Pascal, 1 metrekarelik alana dik olarak uygulanan 1 Newtonluk kuvvete eşittir (1 Pa = 1 N/m²).

   Katı Basıncını Etkileyen Değişkenler

   • Uygulanan Kuvvet (Ağırlık): Temas yüzey alanı sabit tutulduğunda, katı bir cismin zemine uyguladığı basınç cismin ağırlığı ile doğru orantılıdır. Cismin ağırlığı arttıkça zemine yaptığı basınç da artar.
   • Temas Yüzey Alanı: Cismin ağırlığı sabit tutulduğunda, temas yüzey alanı küçüldükçe basınç artar; temas yüzey alanı büyüdükçe basınç azalır. Yani katı basıncı, yüzey alanı ile ters orantılıdır.

   Katılar, kendilerine uygulanan kuvveti doğrultusunu ve büyüklüğünü değiştirmeden temas ettikleri diğer yüzeye doğrudan iletir. Ancak yüzey alanı değişirse iletilen basınç farklılık gösterir. Örneğin, bir çivinin sivri ucundaki basınç, geniş başına uygulanan basınca kıyasla çok daha büyüktür.

   Durgun Sıvılarda Basınç

   Sıvılar akışkan olmaları ve yer çekiminin etkisiyle bulundukları kabın tabanına ve temas ettikleri tüm yan yüzeylere basınç uygular. Durgun bir sıvının belirli bir derinlikteki basıncı, o noktanın üzerindeki sıvı sütununun ağırlığına bağlıdır.

   Sıvı basıncı bağıntısı:

   P = h × d × g

   Bu eşitlikte h seçilen noktanın sıvı yüzeyine olan düşey derinliğini (m), d sıvının özkütlesini (kg/m³), g ise yer çekimi ivmesini (m/s²) ifade eder.

   Sıvı Basıncının Temel Özellikleri

   • Derinlik ile İlişki: Sıvı basıncı derinlikle doğru orantılıdır. Sıvı yüzeyinden derinlere inildikçe basınç artar.
   • Özkütle ile İlişki: Sıvının yoğunluğu arttıkça aynı derinlikte uyguladığı basınç doğru orantılı olarak artar.
   • Kabın Şekli: Durgun sıvı basıncı kabın şekline, genişliğine veya kaptaki toplam sıvı hacmine bağlı değildir; yalnızca düşey derinliğe, sıvının özkütlesine ve yer çekimi ivmesine bağlıdır.

   Pascal Prensibi

   Kapalı bir kaptaki durgun bir sıvıya dışarıdan uygulanan basınç, sıvının temas ettiği kabın tüm iç yüzeylerine her yönde ve aynı büyüklükte aynen iletilir. Sıvıların sıkıştırılamaz kabul edilmesi bu iletimin temelini oluşturur. Su cendereleri, hidrolik fren sistemleri ve hidrolik kaldırma liftleri bu prensibe göre çalışır.

   Gaz Basıncının Doğası

   Gaz molekülleri sürekli ve rastgele hareket halindedir. Kapalı bir kaptaki gazın basıncı, gaz taneciklerinin kap çeperlerine çarpması sonucu birim alana aktardığı momentum ile meydana gelir. Bu nedenle kapalı kaptaki gaz basıncı kabın her noktasında eşittir.

   Kapalı Kaplardaki Gaz Basıncını Etkileyen Unsurlar

   • Molekül Sayısı: Sıcaklık ve hacim sabitken, kaptaki gaz miktarı arttıkça çeperlere yapılan çarpma sayısı artar ve basınç yükselir.
   • Hacim: Sıcaklık ve gaz miktarı sabitken, kabın hacmi küçültüldüğünde birim hacme düşen tanecik sayısı artar; bu da basıncın artmasına yol açar (Boyle Kanunu).
   • Sıcaklık: Hacim ve gaz miktarı sabitken, sıcaklık arttıkça taneciklerin kinetik enerjisi ve hızı artar; bu durum basıncı artırır.

   Açık Hava (Atmosfer) Basıncı

   Dünyayı çevreleyen atmosfer tabakası, içerdiği gazların ağırlığı nedeniyle yeryüzündeki tüm cisimlere bir basınç uygular. Bu basınca açık hava basıncı denir ve P₀ ile gösterilir.

   Açık hava basıncının varlığını ilk kez deneysel olarak ölçen Evangelista Torricelli, deniz seviyesinde ve 0 °C sıcaklıkta cıva dolu bir boru kullanarak açık hava basıncının 76 cm-Hg (yaklaşık 101325 Pa) olduğunu kanıtlamıştır. Deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça üzerimizdeki hava tabakasının kalınlığı ve yoğunluğu azaldığı için açık hava basıncı düşer.

   Bernoulli İlkesi ve Akışkanlar

   Hava ve su gibi akışkanlar hareket halindeyken durgun hallerine göre farklı basınç özellikleri sergiler. Daniel Bernoulli tarafından ortaya konan ilkeye göre, kapalı veya sürekli bir akış kanalında bir akışkanın hızı arttıkça, akışkana etkiyen statik basınç azalır.

   • Akışkanlar, basıncın yüksek olduğu bölgeden düşük olduğu bölgeye doğru akar.
   • Akışkanın geçtiği kesit daraldığında, kütlenin korunumu gereği akış sürati artar; süratin arttığı dar kesitte ise basınç düşer.

   Uygulama Alanları ve Örnekler

   • Uçak Kanatları: Kanadın üst yüzeyi kavisli tasarlandığından üstten geçen havanın sürati alttakine göre daha fazladır. Üst yüzeydeki basınç düştüğü için alttan üste doğru net bir kaldırma kuvveti oluşur.
   • Püskürtme Mekanizmaları: Parfüm şişeleri ve boya tabancalarında dar boğazdan hızlı hava geçirilerek düşük basınç alanı yaratılır ve sıvı yukarı doğru çekilerek püskürtülür.
   • Fırtınalı Havalarda Çatıların Uçması: Evlerin çatısı üzerinden yüksek hızla esen rüzgar dış basıncı düşürür; evin içindeki durgun havanın basıncı daha yüksek kaldığından çatı yukarı doğru itilir.