Basınç kavramı ve birimi; katı basıncı ve yüzey alanının etkisi; sıvı basıncı (P = h·d·g) ve etkileyen değişkenler; bileşik kaplar; Pascal ilkesi ve hidrolik sistemler; sıvı basıncının günlük hayattaki kullanımı (barajlar, su kuleleri, dalış).
Basınç ve katı basıncı
Basınç: Birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvet
P = F / A · Birim: Pascal (Pa) = N/m²
Katı basıncı:
- Kuvvet (ağırlık) artarsa basınç artar.
- Yüzey alanı azalırsa basınç artar.
Örnek: Ağırlığı 600 N olan bir öğrenci,
- iki ayağı üzerinde (A = 0,04 m²) → P = 600/0,04 = 15 000 Pa
- tek ayağı üzerinde (A = 0,02 m²) → 30 000 Pa
Günlük hayat: Bıçak ve çivinin uçları sivri (alan küçük → basınç büyük); kar ayakkabıları ve tank paletleri geniş (alan büyük → basınç küçük, batmaz).
Sıvı basıncı
P = h · d · g
- h: sıvının serbest yüzeyinden olan derinlik (m)
- d: sıvının özkütlesi (kg/m³)
- g: yer çekimi ivmesi (≈ 10 m/s²)
Sıvı basıncı:
- Derinlik arttıkça artar.
- Özkütle arttıkça artar.
- Kabın şekline, taban alanına ve sıvının miktarına bağlı değildir!
- Aynı derinlikteki noktalarda her yönde eşittir.
Örnek: Denizde 20 m derinlikte su basıncı (d = 1000 kg/m³) → P = 20 · 1000 · 10 = 200 000 Pa (açık hava basıncı hariç)
Bileşik kaplar ve Pascal ilkesi
Bileşik kaplar: Tabanları birbirine bağlı kaplarda aynı sıvı, her kolda aynı yüksekliğe çıkar (kabın şeklinden bağımsız). → Çaydanlığın ağzı, su kuleleri, şehir şebekeleri
Pascal ilkesi: Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan basınç, sıvının her noktasına ve kabın çeperlerine aynen iletilir.
Hidrolik sistem: F₁ / A₁ = F₂ / A₂
- Küçük pistona 100 N, A₁ = 0,01 m²; büyük piston A₂ = 0,5 m² → F₂ = 100 · 0,5 / 0,01 = 5000 N
- Küçük kuvvetle büyük yük kaldırılır (araç kriko, hidrolik fren, iş makineleri).
Günlük hayatta sıvı basıncı:
- Barajların tabanı daha kalın yapılır (derinlik arttıkça basınç artar).
- Dalgıçlar derine indikçe kulaklarında basınç hisseder.
- Su kuleleri yükseğe yapılır; böylece evlere basınçlı su ulaşır.
Sıvı basıncı derinlikle artar: P = h · d · g
En derin yer taban olduğu için en büyük basınç tabandadır.
Bu yüzden baraj duvarı aşağıya doğru kalınlaştırılır.
Kavramlar
- basınç
- birim yüzeye dik kuvvet
- pascal
- N/m²
- bileşik kap
- tabanları birleşik kaplar
- hidrolik
- sıvıyla kuvvet iletimi
- özkütle
- birim hacmin kütlesi
- P = F / A, birimi Pa = N/m²
- Katıda alan küçülürse basınç artar
- Sıvı basıncı P = h · d · g
- Sıvı basıncı kabın şekline ve sıvı miktarına bağlı değil
- Pascal: kapalı kaptaki basınç her yere aynen iletilir
- Hidrolik: F₁/A₁ = F₂/A₂
Örnek soru ve çözümü
Şekildeki kapta K, L, M noktalarının sıvı basınçlarını sıralayınız. N noktası M ile aynı derinlikteyse basınçları nasıldır?
Derinlik arttıkça basınç artar: P_K < P_L < P_M. Aynı sıvıda aynı derinlikte olduğu için P_N = P_M (kabın şekli önemli değil).
Çözümlü örnekler
1. 200 N’luk kuvvet 0,5 m²’lik yüzeye etki ediyor. Basınç kaçtır? Kolay
Çözüm400 Pa.
2. Özkütlesi 800 kg/m³ olan zeytinyağında 0,5 m derinlikteki basınç kaçtır? (g = 10) Orta
Çözüm0,5 · 800 · 10 = 4000 Pa.
3. Hidrolik krikoda küçük piston alanı 5 cm², büyük piston alanı 500 cm²’dir. 12 000 N’luk aracı kaldırmak için küçük pistona kaç N uygulanmalıdır? Zor
ÇözümF₁ = 12 000 · 5/500 = 120 N.
Sık yapılan hatalar
- Sıvı basıncının kabın şekline bağlı olduğunu sanmak.
- Derinliği kabın tabanından ölçmek (serbest yüzeyden ölçülür).
- Basınç ile kuvveti aynı sanmak.
Biliyor muydun?
Okyanusun en derin noktası Mariana Çukuru’nda (≈ 11 km) su basıncı, bir başparmak tırnağının üzerinde yaklaşık bir otomobil durması kadardır!