Basınç Konu Anlatımı

Konu anlatımı notları

1. Basınç Temel Tanımı

   Basınç, birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvetin büyüklüğü olarak tanımlanır. Kuvvet vektörel bir büyüklük olmasına karşın basınç skaler bir büyüklüktür. SI birim sisteminde kuvvet birimi Newton (N), yüzey alanı birimi metrekare (m²) alındığında basınç birimi N/m² yani Pascal (Pa) olur.

   Yüzeye dik etkiyen net kuvvet $F_n$ ve temas yüzey alanı $A$ olmak üzere genel bağıntı:

   $P = \frac{F_n}{A}$

   Katı Maddelerde Basınç Özellikleri

   • Kuvvetin İletimi: Katılar kendilerine uygulanan kuvveti temas doğrultusunda ve aynı büyüklükte iletir.
   • Basıncın Değişimi: Katılar kuvveti aynen iletmesine rağmen basıncı aynen iletmez; basınç temas yüzey alanıyla ters orantılıdır. Yüzey alanı küçüldükçe basınç artar.
   • Katı Basınç Kuvveti: Yatay bir düzlemde duran katı cisim için basınç kuvveti, yüzey alanından bağımsız olup cismin ağırlığına eşittir ($F = G$).
   • Piezoelektrik Etki: Belirli kristal yapılara (örneğin kuvars) dışarıdan mekanik basınç uygulandığında kristalin karşılıklı yüzeyleri arasında potansiyel fark oluşması olayıdır.

   Durgun Sıvı Basıncı

   Sıvılar yerçekimi etkisiyle ağırlıklarından dolayı temas ettikleri kabın tabanına ve yan yüzeylerine basınç uygular. Sıvı içindeki herhangi bir noktanın derinliği $h$, sıvının özkütlesi $d$ ve yerçekimi ivmesi $g$ olmak üzere durgun sıvı basıncı şu bağıntıyla hesaplanır:

   $P = h \cdot d \cdot g$

   Önemli Özellikler

   • Sıvı basıncı kabın şekline ve sıvı hacmine bağlı değildir; yalnızca açık yüzeye olan düşey derinliğe, sıvının özkütlesine ve yerçekimi ivmesine bağlıdır.
   • Birbirine karışmayan sıvılarda derinlik arttıkça katmanların basınçları toplanarak alt noktalardaki toplam sıvı basıncı bulunur.
   • Sıvı Basınç Kuvveti: Bir yüzeye etki eden sıvı basınç kuvveti, o yüzeyin geometrik merkezindeki sıvı basıncı ile yüzey alanının çarpımına eşittir: $F = h_{ort} \cdot d \cdot g \cdot A$.

   Pascal Prensibi

   Sıvılar pratikte sıkıştırılamaz kabul edilir. Kapalı bir kaptaki sıvıya dışarıdan uygulanan basınç, sıvının temas ettiği kabın iç yüzeyindeki her noktaya büyüklüğü değişmeden dik doğrultuda iletilir. Bu ilke Pascal Prensibi olarak adlandırılır. Su cendereleri, hidrolik frenler ve hidrolik kaldırma liftleri bu prensiple çalışır.

   Açık Hava ve Gaz Basıncı

   Atmosferi oluşturan gaz molekülleri ağırlıkları ve termal hareketleri nedeniyle temas ettikleri yüzeylere basınç uygular. Deniz seviyesinde ve 0 °C sıcaklıkta açık hava basıncı yaklaşık 76 cm-Hg (1 atm = 101325 Pa) olarak ölçülmüştür. Bu ölçüm Torricelli deneyi ile barometre kullanılarak yapılmıştır.

   Kapalı kaplardaki gazların basıncı ise gaz moleküllerinin kabın iç çeperlerine yaptığı sürekli ve esnek çarpışmalar sonucu oluşur. Kapalı kaplardaki gaz basıncı manometrelerle ölçülür.

   Akışkanlarda Dinamik Basınç ve Bernoulli İlkesi

   Sıkıştırılamaz ve sürtünmesiz kabul edilen ideal akışkanların yatay doğrultudaki kararlı akışında iki temel ilke geçerlidir:

   • Süreklilik Denklemi: Borunun daralan kesitlerinde akışkanın akış hızı artar ($A_1 \cdot v_1 = A_2 \cdot v_2$).
   • Bernoulli İlkesi: Akışkanın hızının arttığı kesitlerde statik basınç azalır; hızın azaldığı geniş kesitlerde ise statik basınç artar.

   Uçak kanatlarının aerodinamik yapısı, rüzgarlı havalarda çatıların uçması ve parfüm püskürtücülerin çalışma mekanizması Bernoulli ilkesi ile açıklanır.