Basınç

Anahtar Kavramlar ve Öğrenim Hedefleri

Bu bölümü tamamladığınızda katı, sıvı ve gaz basınçları, bu basınçları etkileyen faktörler hakkında bilgi ve beceriler kazanacaksınız. Aynı zamanda basıncın günlük hayattaki uygulamalarını fark edeceksiniz.

Basınç: Katı, sıvı ve gazların birim yüzeye uyguladığı kuvvetin neden olduğu etkidir. Basınç birimi pascaldır (Pa).

Kuvvet: Bir cisme etki eden itme veya çekme etkisidir. Basınç ile doğru orantılıdır.

Sıvının Cinsi: Sıvının özellikleri ve yoğunluğu, basınç üzerinde etkili olan faktörlerden biridir.

Sıvının Basıncı: Sıvının, içinde bulunduğu kabın tabanına uyguladığı kuvvetin birim yüzeye olan etkisidir. Derinlik arttıkça sıvının basıncı artar.

Yüzey Alanı: Bir cismin temas ettiği yüzeyin genişliğidir. Kuvvet sabit tutulup yüzey alanı artırıldığında basınç azalır.

Derinlik: Sıvı içindeki derinlik, sıvının uyguladığı basınç üzerinde etkili bir faktördür. Derinlik arttıkça basınç artar.

Pascal: Basınçla ilgili olarak Blaise Pascal’ın adını taşıyan, sıvı basıncının yüzey alanı ve derinlikle ilişkisini açıklayan prensiptir.

Katı, Sıvı ve Gaz Basıncı: Anahtar Kavramlar ve Öğrenim İçeriği

Basınç Nedir?

Suya dalan bir dalgıç, derinlere indikçe suyun vücudunda bir baskı oluşturduğunu hisseder. Dağın zirvesine tırmanan dağcı, yükseklere çıktıkça kulaklarında bir etki hisseder. Paraşütle yeryüzüne inen bir sporcu da benzer bir durumla karşılaşır. Acaba bunların sebebi nedir?

Doğadaki tüm varlıklar, ağırlıkları nedeniyle bulundukları zeminlere kuvvet uygular. Örneğin yürürken yere, otururken sandalyeye bir kuvvet uygularsınız. Varlıkların birim yüzeye uyguladıkları dik kuvvete basınç adı verilir. Dalgıcın, dağcının ya da paraşütçünün hissettiği etki bulundukları ortam ile kulaklarındaki basınç farklılığından kaynaklanır. Traktör yumuşak toprak zeminde hareket ederken zemine batarak arkasında izler bırakır. Toprakta oluşan bu izler de yine basıncın bir sonucudur. Görüldüğü gibi katı, sıvı ve gazlar bulundukları ortamlara basınç uygular. Basınç birimi pascaldır ve “Pa” ile gösterilir.

Katı Basıncı

Katı maddeler ağırlıkları nedeniyle bulundukları yüzeye kuvvet uygular ve bu kuvvetin etkisiyle basınç oluşur. Örneğin kumsalda çıplak ayakla kuma bastığınızda ağırlığınız kadar kuvvet uygularsınız. Oluşan basıncın etkisiyle kumda iz bırakırsınız.

Karlı bir yolda yürürken kara batarsınız. Kara batmanızın nedeni zemine uyguladığınız basınçtır. Ayakkabı numaralarınız aynı, ancak ağırlığı sizden farklı olan bir arkadaşınızla karda yürürken ayak izlerinizin aynı olmadığını gözlemlemişsinizdir. Bunun nedeni, arkadaşınız ile sizin zemine uyguladığınız basıncın farklı olmasıdır. Basınç, kuvvetle ilişkilidir. Yüzey alanı yani cismin zeminle temas ettiği yüzeyin genişliği sabit tutulup kuvvet artırıldığında basınç artar.

Bir kamyon kasasında malzeme varken ya da kasa boşken kamyonun zemine uyguladığı basınç farklıdır. Kamyonda malzeme bulunduğunda kamyonun yere uyguladığı kuvvet daha fazladır. Bu nedenle kamyonun yere uyguladığı basınç da daha fazla olacaktır. Katı bir cismin uyguladığı kuvvet arttıkça zemine etki eden basınç artar, kuvvet azaldıkça basınç azalır. Basınç ve kuvvet doğru orantılıdır.

Bir kartonu toplu iğne, çivi ve demir parçasıyla delmeye çalıştığınızda kartonu toplu iğne ile daha kolay delersiniz. Bunun nedeni toplu iğnenin ucunun diğerlerinden daha sivri olmasıdır.

Yüzey alanı küçük olduğunda basınç fazla olur. Kuvvet sabit tutulup yüzey alanı artırıldığında ise basınç azalır. Katı basıncı ile yüzey alanı ters orantılıdır. Katı basıncını etkileyen değişkenler kuvvet ve yüzey alanıdır.

Yumuşak bir toprak zemin üzerinde duran ve ağırlıkları aynı olan ördek ve tavuktan, ördek zemine daha az batar. Çünkü ördeğin ayak parmaklarının arası perdelidir. Bu nedenle ördeğin zemine temas ettiği yüzey alanı daha fazladır. Aynı ağırlıkta olmalarına rağmen daha geniş bir alana kuvvet uyguladığı için ördeğin zemine uyguladığı basınç, tavuğun uyguladığı basınçtan daha küçüktür.

Basınç ve Günlük Hayat: Birinci Bölüm

Bir yüzücü, suda yüzerken suyun vücuduna bir baskı yaptığını hisseder. Sıvılar da katılar gibi basınç oluşturma etkisine sahiptir. Tüm sıvılar, içinde bulunan cisimlere bir basınç uygular.

Bir kap içerisindeki sıvı, kabın her yerine basınç uygular. Ancak sıvının uyguladığı basınç her yerde aynı değildir. Su dolu bir pet şişeye farklı yüksekliklerden, eşit büyüklükte delikler açtığınızı düşününüz. Bu deliklerden suyun uyguladığı basınç nedeniyle suyun fışkırdığını gözlemlersiniz. Şişenin en dibindeki delikten fışkıran su en uzağa gider. Bunun nedeni, şişenin en altında sıvı basıncının daha fazla olmasıdır.

Sıvının derinliği arttıkça oluşturduğu basınç değeri artar. Etkinlikte huni, su içerisine daldırıldıkça derinlik arttığı için U borusundaki seviye farkının arttığını gözlemlediniz. Dolayısıyla sıvı basıncının arttığını söyleyebilirsiniz.

Farklı şekillerdeki kaplara aynı sıvıdan, aynı yükseklikte doldurulursa kapların şekli nasıl olursa olsun, sıvıların kapların tabanlarına yaptıkları basınçlar birbirine eşit olur. Çünkü sıvı basıncı sıvının derinliğine bağlıdır. Aşağıdaki kaplarda verilen sıvılar kap tabanlarına eşit basınç uygular. Bu kaplara aynı yükseklikte, yoğunlukları farklı sıvılar doldurulursa yoğunluğu fazla olan sıvının kabın tabanına yaptığı basınç en fazla olur.

Yoğunluğu fazla olan sıvıların uyguladığı basınç daha fazladır. Yukarıdaki kaplarda farklı sıvılar olsaydı yoğunluğu en fazla olan sıvının kabın tabanına uyguladığı basınç en fazla olacaktı.

Sıvılar sıkıştırılamadığı için üzerlerine uygulanan basıncı her yöne aynı şekilde iletir. Bu Pascal Prensibi olarak da bilinir. Bu prensip, bir bilim insanı olan Blaise Pascal (Bleyz Paskal) tarafından keşfedildiği için onun adıyla anılmaktadır. Prensip (ilke), kavramlar arası ilişkilerden çıkan genellemelerdir. Pascal Prensibi’nde “sıvı basıncı” kuvvet, yüzey alanı gibi kavramların birbirleriyle olan ilişkilerine göre açıklanmış ve bir genellemeye varılmıştır.

Yüzerken suyun vücudunuza uyguladığı basınca benzer şekilde hava da bedeninize bir basınç uygular. Gazlar, bulundukları kabın yüzeylerine ve içindeki nesnelere basınç uygulamaktadır. Dünya’yı saran atmosfer tabakasındaki gazların oluşturduğu basınca açık hava basıncı adı verilir.

Bu basıncı ilk ölçen bilim insanı Torricelli’dir (Toriçelli). Torricelli, deniz seviyesinde bir metrelik cam boruyu cıva ile doldurup bu boruyu cıva ile dolu başka bir kabın içerisine ters çevirmiştir. 0 °C sıcaklıkta yaptığı bu deneyde cam borudaki cıva seviyesinin azalarak 76 cm’de kaldığını gözlemlemiştir. Buradan yola çıkarak açık hava basıncının 76 cm cıvaya eşit olduğunu bulmuştur.

Meyve suyu kutusunun içindeki meyve suyunu pipetle içerken biten meyve suyunun ardından kutudaki havayı boşalttığınızda kutu, açık hava basıncının etkisiyle içe doğru çöker. Çünkü kutudaki hava azaldıkça uyguladığı basınç azalacağından kutunun dışına etki eden açık hava basıncı ile kutu içe doğru büzülecektir.

Basıncın Günlük Yaşam ve Teknolojideki Uygulamaları

Duvara çakılan çivinin ucunun sivri olması, ekmek dilimlerken kullanılan bıçağın keskin olması yüzeye uygulanan basıncı artırır. Bu sayede çivinin çakılması ve ekmeğin kesilmesi işlemleri kolaylıkla yapılır. Karda yürüyebilmek için kullanılan kar ayakkabılarının taban kısımlarının geniş yüzeyli olması oluşan basıncı azaltır. Bu sayede karda batmadan yürünebilir. Bunlar gibi günlük yaşamda karşılaşılan pek çok olayda basınçın etkisinden yararlanılır. Bazen basıncın küçük olması kolaylık sağlarken bazen de büyük olması işleri kolaylaştırır. Teknolojik gelişmeler sayesinde katı, sıvı ve gazların basınç özelliklerinin uygulama alanları giderek artmaktadır. Basıncın günlük yaşam ve teknolojideki uygulamaları ile ilgili bazı örnekler aşağıda verilmiştir.