Basınç – Fizik

Öncelikle maddenin üç halini iyi anlamanız gerekiyor.

Tüm maddeler atomlardan, atomlarda elektron, proton ve nötronlardan oluşmasına rağmen neden maddeler katı, sıvı ve gaz halde bulunuyorlar? Neden tüm maddeler ya katı, sıvı ya da gaz halinde değiller.

Bunu şimdi birlikte yapacağımız basit bir deneyle anlamaya çalışalım; masanıza parmağınızın ucunu vurun. Parmağınız masaya girmeyecektir.

Bunu bir bardak suda yaparsanız parmağınız suya girecektir. Ve içinde koşabildiğiniz, hareket edebildiğiniz hava ise bir gazdır.

Çok kalabalık bir yerde karşıdan karşıya geç meniz güç olur.Kalabalık azalırsa daha kolay karşıya geçersiniz. Hele bir kaç kişi olduğun da rahatlıkla karşıya geçe bilirsiniz.

Bu durumlarla yukarıdaki masa, su dolu bardak ve içinde dolaşabildiğimiz havayı eşlerseniz,  katı maddeleri meydana getiren atomların birbirlerine çok sıkı olduğunu, sıvıların birbirlerine sıkı olmalarına rağmen bir birlerinin üzerinden kayabildiklerini ve gaz atom ya da moleküllerinin ise sağa sola hareket edebildiklerini anlamanız kolay olacaktır.

Maddenin üç halde bulunması onların yaptıkları basıncında farklı olmasına neden olur.

Bu nedenle maddelerin basınçlarını;

1- Katıların basıncı

2- Sıvıların basıncı

3- Gazların basıncı olarak inceleyeceğiz.

BASINÇ BİRİMLERİ

KATILARIN BASINCI

Katı cisimlerin üzerinde durdukları yüzeye, ağırlıklarından dolayı uyguladıkları kuvvete basınç diyoruz.

Bunu bir kaç küçük olayla açmaya çalışalım;

İnce topuklu bir ayakkabı ile kara bastığınızda  ayağınız daha çok kara girer. Tabanı geniş bir botla kara bastığınızda ise ayağınız kara daha az girer.

Buradan çıkaracağımız sonuç; katılarda basınç alanla ters orantılıdır. Alan büyüdükçe basınç küçülür, alan küçüldükçe basınç büyür. Daha iyi anlamanız için parmaklarınızın arasına aldığınız raptiyeyi sıktığınızda hangi  tarafının batacağını hayal edin. Bunu sakın denemeyin.

Basıncı bundan böyle yazmayacak bir harfle göstereceğiz. Bu harf büyük P harfi olacak. İngilizce pres sözcüğünden kaynaklanıyor.

Alan, basınçla ters orantılı olduğundan; matematiksel ifade edersek;

P≈1⁄ Alan  olarak yazabiliriz.

Şimdi de aynı ayakkabı ile kara basan iki kişiyi düşünelim. Bir tanesi aynı ayakkabı ile

kara  bastığında daha çok kara batıyorsa bunun nedeni ne olabilir?

Daha şişman dediğinizi duyar gibiyim. Şişman olması daha ağır olmasını gerektiriyor ve biz ağırlık  birimleri ile kuvvet birimlerinin bir biri yerine kullanılabileceğini biliyoruz.

Ağırlık miktarı arttıkça batma miktarı da artacaktır, bu nedenle katılarda basınç ağırlıkla yani kuvvetle doğru orantılıdır deriz.

Ağırlık ( kuvvet ), basınçla doğru orantılı olduğundan; matematiksel ifade edersek;

Ρ≈F olarak ifade edilir.

Basınçla ilgili iki orantı denklemini birleştirirsek;

P=F⁄ Ѕ

olarak eşitliğe dönüştürebiliriz.

Aynı cisim olmasına rağmen, birinci konumunda ki basıncı ile ikinci konumundaki basıncı bir birinden ayrıdır.

İkinci konumunda yere temas eden alan daha küçük olduğundan,alan  küçüldüğünden basınç değeri büyümüştür.

Bir örnekle daha iyi anlayacaksınız; İki baba var. Birisinin iki çocuğu, diğerinin 4 çocuğu var. Babaların cebinden çıkan günlük harçlık miktarı eşit ve 10 YTL.Birinci babanın çocuklarına düşen harçlık miktarı kişi başına 5 YTL. olurken, ikinci babanın çocuklarının her birine düşen harçlık miktarı azalarak 2,5 YTL. olmaktadır.

Katı cisimlerde de ağırlık, yüzey büyüdükçe daha çok alana dağılmak zorunda kaldığı için, tabana düşen basınç miktarı azalmaktadır.

Bunun içindir ki bıçağın keskin kısmı ile keserken daha az, geniş kısmıyla keserken daha çok kuvvet  uygulamak zorunda kalırız.

Katılar basıncı iletmezler.

SIVILARIN BASINCI

Sıvılar ağırlıklarından ötürü, içinde bulundukları kaba bir basınç uygular.

Sıvıların basınç değerinin nelere bağlı olduğunu birlikte bulalım.

Özdeş üç tane kaba, aynı yükseklikte sıvı doldurup tarttığımız da ağırlıkları  farklı oluyorsa; bu bize kabın içindeki sıvıların farklı olduğunu gösterir.

Birinci kaptaki sıvının yoğunluğuna d1, ikinci kaptaki sıvının yoğunluğuna d2, üçüncü kaptaki sıvının yoğunluğuna da d3 dersek. Sıvının yoğunluğu artınca ağırlığının, bu nedenle tabana yaptığı basıncın da arttığını görürüz.

Bunun matematiksel ifadesi; sıvının yoğunluğu ile basınç doğru orantılıdır, deriz.

P ≈ d ile ifade edebiliriz.

Acaba sıvılarda basınç başka nelere bağlı olabilir?

Özdeş kaplara farklı yüksekliklerde, aynı sıvılardan koyduğumuzda  ağırlıklarının değiştiğini; yani tabana uyguladıkları basınç değerlerinin değiştiğini gördük.

Bunun matematiksel ifadesi; sıvının yüksekliği ile basınç doğru orantılıdır, deriz.

P ≈ h ile ifade ederiz.

Her iki orantı denklemini birleştirirsek; Sıvıların Basıncı,

P = d.g.h ile ifade edilir.

Sıvılar basıncı içinde bulundukları kabın her tarafına uygularlar. Bir balonu su doldurup, rast gele toplu iğne ile delikler açtığınızda, her delikten su fışkırmasının nedeni budur.

Sıvılar basıncı iletirler ve basınç kuvvetinin yönünü değiştirirler.

İki balonu su doldurup ağızlarını bağlayın.Bir birlerine dokunacak kadar yan yana koyun. Balonlardan birisine parmağınızı bastırdığınızda, diğer balonunda hareket ettiğini görürsünüz. Bu bize sıvıların basıncı ilettiğini gösterir.

Sıvıların basıncı içinde bulundukları kabın şekline bağlı değildir.

GAZLARIN BASINCI

Maddelerin gaz halinde bulunmasının nedeni, moleküllerinin her tarafa doğru hareket ediyor olmasıydı.

Bu nedenle gazlar içinde bulundukları kabın çeperlerine çarparlar. Bu çarpma sonucu yüzeye uygulanan etkiye basınç deriz.

İçerisinde bulunduğumuz havanın da bir gaz olduğunu biliyorsunuz.

Buna açık hava diyoruz.

Açık hava, ağırlığı ve içindeki gaz moleküllerinin hareketi nedeniyle içinde bulunan bütün cisimlere bir kuvvet uygular, bu kuvvetin, yüzeyin birim alanına düşen miktarına açık hava basıncı veya atmosfer basıncı denir.

Açık hava basıncının değerini Torricelli bulmuştur.

Torricelli Deneyi

Deniz kenarında, 0°C’de, 1 atm basınç altında, bir ucu kapalı  1 m uzunluğunda cam borunun içerisine cıva doldurmuş ve civa dolu bu çubuğu yine cıva dolu bir kabın içerisine, açık ucu cıvanın içerisine gelecek şekilde bırakmıştır.

Borudaki cıva bir miktar döküldükten sonra durmuştur.

Yandaki şekilde de gördüğünüz gibi, cıvanın dökülmesi engellenmiştir.

Bunun nedenini düşünen Torricelli, cıva kabının üzerine etki yapan açık havanın cıvanın dökülmesini engellediğini düşünmüştür.

Açık hava basıncının değerini ise sıvıların basıncının bulunması için kullanılan formülden hesaplamıştır.

Dökülme olmadığına göre cıvanın basıncı ile açık hava basıncının birbirine eşit olması gerekmektedir.

Sıvıların basıncı, sıvının yüksekliğine ve öz kütlesine bağlıydı.

Deneyde kullanılan madde cıva olduğundan, hesaplama da cıvanın öz kütlesi alınmış ve cıvanın yüksekliği ölçülmüştür. Bu yükseklik 76 cm dir.

Sıvıların basınç ifadesinde bu değerler yerine yazılıp işlem yapıldığında,

P0 = Açık hava basıncı

P0 = Pcıva = h . dcıva

P0 = Pcıva = 76cm . 13.6 g.f/cm²

P0 = Pcıva = 1033,6 g.f/cm² dir. ( 1 Atm basınç)

* Açık hava basıncını ölçen aletlere barometre denir.

* Barometrenin cıva seviyesi her 10,5 m yukarı çıkıldıkça 1mm düşer. ( deniz seviyesinden )

* Yüksekliği ölçen özel barometrelere altometre denir.

NOT:

Gazların basınçları sıcaklıkla, basınçla ve içerisinde bulundukları kabın hacmi ile ilintili olarak büyük değişiklikler gösterir.

KAPALI KAPLARDAKİ GAZLARIN BASINCI

Gazlar bulundukları kabın bütün hacmini doldururlar. Gazlar ağırlığından dolayı basınç yapsa da, öz kütleleri çok küçük olduğu için bu basınç ihmal edilir.

Gaz molekülleri enerjileri ile doğru orantılı olarak bulundukları kabın iç yüzeylerine sürekli çarparak, kabı içten dışa doğru iterler.

Burada birim yüzeye birim zamanda çarpan gaz molekülü sayısı hemen hemen aynı olduğundan her noktasındaki basınç eşit olur.

Kapalı kaptaki gaz basıncı:

* Sıcaklık ve hacim sabit ise, molekül sayısı ile doğru orantılıdır.

* Sıcaklık ve molekül sayısı sabit ise, hacim ile basınç ters orantılıdır.

* Basınç sıcaklıkla doğru orantılıdır.

P . V = N . R . T olur.

1) Boyle-Mariotte Kanunu

Kapalı kaplardaki gazların sıcaklıkları sabit tutulmak şartı ile her durum için hacimleriyle basınçlarının çarpımı sabittir.

t = Sıcaklık

P = Basınç

V = Hacim

N = Molekül sayısı

P1 . V1 = P2 . V2 = …. = Pn .Vn = sabit

2) Charles Kanunu

Kapalı kaplardaki gazların basınçları sabit tutulmak şartı ile her durum için hacimlerin sıcaklıklara oranı sabittir.

V1/T1 = V2/T2 = … = Vn/Tn = sabit

3) Gay- Lussac Kanunu

Kapalı kaplardaki gazların hacimleri sabit tutulmak şartı ile, her durum için basınçlarının sıcaklıklarına oranı sabittir.

P1/T1 = P2/T2 = … = Pn/Tn = sabit

KAPALI KAPLARDAKİ GAZLARIN BASINCININ ÖLÇÜLMESİ

Kapalı kaplardaki gazların basıncı manometre adı verilen ölçü araçlarıyla ölçülür. En çok kullanılanı cıvalı ve metal olanlarıdır.

P0 = Açık hava basıncıdır.

* Cıva, gazın konulduğu taraftaki kolda yükselmiş ise;

açık hava basıncı gazın basıncından büyüktür. Kesikli çizginin

her iki tarafındaki basınçların eşitliği yazılırsa;

Pgaz = Pciva = P0

Pgaz + hcıva . dcıva = P0 ifadesi ortaya çıkar.

* Cıva, açık olan kolda daha çok yüksekliği için

gaz basıncı hava basıncından büyüktür. Kesikli çizginin

her iki tarafındaki basınçların eşitliği yazılırsa;

Pgaz = P0 + Pcıva

Pgaz + P0 + hcıva . dcıva ifadesi ortaya çıkar.

* Manometrenin ucu kapalı olduğunda

Pgaz = Pcıva

Pgaz = hcıva . dcıva olur.

Bir İyilik

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir