Basınç ve Kaldırma Kuvveti Konu Anlatımı – TYT Fizik

Katı, sıvı ve gaz basıncı

Karda aynı kişiyle farklı izler oluşması, kuvvetin nasıl dağıldığını gösterir.

Aynı ağırlık, farklı temas alanı

Yumuşak karda dar ayakkabıyla daha çok, geniş kar ayakkabısıyla daha az batarsın. Ağırlığın değişmediği hâlde yüzey üzerindeki etki değişmiştir. Basınç, yüzeye dik kuvvetin alana oranıdır: $\displaystyle P=F_\perp/A$ . Birimi pascaldır; $\displaystyle 1\,\mathrm{Pa}=1\,\mathrm{N/m^2}$ .

Aynı kuvvet daha geniş alana dağıtılırsa basınç azalır. Bıçak ağzının ince, bina temellerinin geniş yapılması bu ilişkinin farklı kullanımlarıdır. Basınç skaler, basınç kuvveti ise yüzeye dik yönlü kuvvettir. Bir yüzeydeki toplam kuvvet ile birim alandaki etkiyi birbirine karıştırmayız.

Aynı ağırlık dar tabanda daha büyük, geniş tabanda daha küçük basınç oluşturur.

Sıvıda derine indikçe basınç artar

Durgun sıvıda bir noktadaki sıvı basıncı $\displaystyle P_s=dgh$ ile modellenir. d sıvının özkütlesi, h serbest yüzeyden düşey derinliktir. Aynı sıvıda daha derin nokta daha büyük basınç taşır. Sıvı basıncı yalnız aşağıya değil her yönde etki eder; kap duvarına uygulanan kuvvet duvara diktir.

Sıvının kendi basıncı ile toplam basıncı ayırırız: açık kapta toplam basınç $\displaystyle P_{\text{toplam}}=P_{\text{atm}}+dgh$ olur. Aynı sıvı, aynı yüzey basıncı ve aynı düşey derinlikte kap şekli sonucu değiştirmez. Eğik duvar boyunca uzunluğu h sanmak yanlıştır; derinlik düşey ölçülür.

Birbirine bağlı kaplarda aynı sıvının eşit düşey derinlikteki A ve B noktaları eşit basınca sahiptir.

Deney hazırlanıyor…

50%

Ölçüm derinliği1,6 mSıvı yoğunluğu1.000 kg/m³

A noktasında basınç farkı: 16 kPa
B noktasında basınç farkı: 16 kPa

Şunu deneYoğunluğu sabit tut; derinliği 1 m'den 2 m'ye getir. A ve B basınçlarını karşılaştır.

Deney notları

Durgun, sabit yoğunluklu sıvı, g = 10 m/s². Gösterilen değer atmosfer basıncına göre fazlalık: P = ρgh. Mutlak basınca atmosfer basıncı ayrıca eklenir.

Değerleri değiştirince oynatma durur; aynı karede sonuçları karşılaştırabilirsin. Oynatma öğretim amacıyla yavaşlatılmıştır.

Basınç kuvveti alanla birlikte düşünülür

Sıvının yatay tabanındaki basınç aynı derinlik boyunca sabitse tabana basınç kuvveti $\displaystyle F=PA$ ile ilişkilidir. Aynı taban basıncına sahip iki kapta taban alanları farklıysa kuvvetler de farklı olabilir. Yan yüzeyde ise derinlik değiştiği için basınç her noktada aynı değildir.

Katılarda cismin konumunu değiştirmek hem temas alanını hem yük aktarımını etkileyebilir. Durgun sıvıda ise kap geniş diye belirli bir derinlikte basınç büyümez. Önce yüzeyi, sonra o yüzeydeki basınç dağılımını seçmek gerekir. Bu bölümde bağıntıları değişkenleri karşılaştırmak için kullanırız.

Atmosfer ve basınç ölçümü

Gaz moleküllerinin yüzeylerle çarpışmaları gaz basıncıyla ilişkilidir. Atmosfer de üzerimize basınç uygular. Torricelli deneyinde üstü kapalı, üst kısmında yaklaşık boşluk bulunan cıva sütununun ağırlık etkisi dış hava basıncıyla dengelenir. Deniz düzeyine yakın standart koşullarda yaklaşık 76 cm cıva yüksekliği bilinir; bu her yerde sabit değildir.

Bu olay ince borudaki adezyon–kohezyon kaynaklı kılcallık değildir. Barometre atmosfer basıncını, manometre gaz basıncını veya basınç farkını ölçer. Altimetre basınçtan yükseklik, batimetre su basıncından derinlik bilgisi elde eder. Yükseğe çıkıldıkça atmosfer basıncı genel olarak azalır.

Açık kaptaki atmosfer basıncı, üstü yaklaşık boşluk olan borudaki cıva sütununu dengeler; yükseklik düşey ölçülür.

Manometrede yüksek kol ne söyler?

Bir U borusunun bir kolu gaza, öteki kolu atmosfere açık olsun. Gazın ittiği taraftaki sıvı seviyesi daha aşağıdaysa gaz basıncı atmosfer basıncından büyüktür. Gaz tarafındaki seviye daha yukarıdaysa gaz basıncı daha küçüktür. Seviyeler eşitse basınçlar eşittir. Bunu ezberlemek yerine aynı durgun sıvının aynı yatay düzeyindeki basınçların eşitliğinden düşün.

Kapalı kaptaki gazın basıncı da miktarına, sıcaklığına ve hacmine bağlıdır. Sızdırmaz, sabit hacimli bir kap ısıtıldığında taneciklerin duvarlarla çarpışma etkisi artar. Sıcaklığı ve gaz miktarı aynı tutup hacmi küçültmek de basıncı artırır. Bir değişkenin etkisini yorumlarken diğerlerini sabit tut; yalnız kabın görünüşünden basıncı söyleme.

Basınç hâl değişimini de etkiler

Dış basınç, sıvının kaynama sıcaklığını değiştirir. Dağda daha düşük dış basınçta su daha düşük sıcaklıkta kaynayabilir; basıncın yüksek tutulduğu bir kapta kaynama sıcaklığı yükselir. Aynı “kaynama” görünümü, aynı sıcaklık demek değildir.

Erime üzerindeki etkiyi ise bütün maddeler için aynı yönde genelleyemeyiz. Basınç artışı daha küçük hacimli hâli destekler. Buz sıvı sudan daha büyük hacim kapladığı için basınç artışı erime sıcaklığını düşürme eğilimindedir; çoğu başka katıda davranış farklıdır. Maddenin hâllerinin hacim ilişkisini gözden kaçırmamak gerekir.

Katıda $\displaystyle P=F_\perp/A$ , durgun sıvıda $\displaystyle P_s=dgh$ . Sıvıda h düşey derinliktir; toplam basınçta yüzey basıncı da bulunur.

Dikkat: Basınç ile basınç kuvveti aynı değildir. Eşit basınç, alanları farklı yüzeylerde eşit kuvvet anlamına gelmez.

Bu bölümün kazanımları

MEB 10.2.1.1Basınç ve basınç kuvveti kavramlarının katı, durgun sıvı ve gazlarda bağlı olduğu değişkenleri açıklar.
Basıncı basınç kuvvetinden ayırır; katı ve durgun akışkanlarda etkili değişkenleri açıklar.

Basınç ve Kaldırma Kuvveti