Açık hava basıncı, atmosferde bulunan hava moleküllerinin yer çekimi etkisiyle Dünya’nın yüzeyine uyguladığı kuvvettir. 9. sınıf fizik müfredatında açık hava basıncı, atmosferin etkileri ve basıncın günlük hayattaki kullanımlarıyla incelenir. Havanın sahip olduğu ağırlık, bulunduğu bölgedeki her yüzeye bir kuvvet uygular.

Atmosferimizde bulunan hava (yaklaşık %78 azot, %21 oksijen ve %1 diğer gazlar) ağırlığı nedeniyle temas ettiği her yüzeye basınç uygular. Bu basınç, açık hava basıncı olarak adlandırılır. Yerden yükseklere çıkıldıkça, atmosferin kalınlığı ve havanın yoğunluğu azaldığı için açık hava basıncı da düşer.

Su dolu bir bardağın üzerine kâğıt yerleştirilip bardak ters çevrildiğinde, suyun dökülmediği gözlemlenir. Bu deney, açık hava basıncının varlığını gösteren bir kanıttır.

Açık hava basıncını etkileyen faktörler:

• Rakım (deniz seviyesinden yükseklik): Yükseldikçe, yani rakım arttıkça açık hava basıncı azalır.
• Sıcaklık, nem ve hava koşulları: Bu faktörler, atmosfer içinde bölgesel basınç farklılıklarına yol açar.
• Gazların yoğunluğu: Atmosferdeki gazların yoğunluğu yerden yukarı çıkıldıkça azalır. Bu nedenle, yükseldikçe açık hava basıncı da azalır.
• Atmosferin denge durumu: Dünya’yı çevreleyen atmosferin dengesi, Güneş enerjisi ve yer çekimi kuvvetiyle sağlanır. Güneş’ten gelen enerji gaz moleküllerinin hareketliliğini artırırken, yer çekimi bu moleküllerin dağılmasını dengeler.

Sıvı Basıncı ile Açık Hava Basıncı Karşılaştırması

• Sıvılar homojen olarak dağılırken, havanın yoğunluğu homojen dağılmaz. Yer çekimi nedeniyle, yere yakın kısımlardaki hava yoğunluğu daha fazladır.
• Sıvılarda derinlik arttıkça basınç artar, ancak açık hava basıncı yükseldikçe azalır.

K, L, M noktaları arasındaki sıvı basıncı ilişkisi:
P_M > P_L > P_K,
N, S, T noktalarındaki açık hava basınçları arasındaki ilişki:
P_T > P_S > P_N şeklindedir.

Açık Hava Basıncının Ölçülmesi

Torricelli, havanın bir ağırlığa sahip olduğunu göstermek için yaptığı deneylerde cıvalı barometreyi icat ederek açık hava basıncını ölçmeyi başarmıştır. Torricelli, civa dolu kaba civa ile dolu bir boruyu ters çevirerek daldırmış ve cam borudaki cıvanın tamamen boşalmadığını gözlemlemiştir.

Deniz seviyesinde, cam borudaki cıva yüksekliği yaklaşık 76 cm olarak ölçülmüştür. Yani atmosfer basıncı, 76 cm yüksekliğindeki cıvanın uyguladığı basınca eşittir. Bu değer yaklaşık olarak 101,3 Kilo Pascal’dır ve bu basınca 1 atmosfer (atm) adı verilir.

Deniz seviyesinde boruda 76 cm yüksekliğinde civa olduğunda, cıvanın uyguladığı basınç, cıvanın yoğunluğu olan 13533,6 kg/m³ ve yerçekimi ivmesi 9,8 N/kg​ alınarak hesaplanır. Basınç formülü:

Borudaki sıvının h yüksekliğini etkileyen faktörler

• Açık hava basıncı: Açık hava basıncı ile doğru orantılıdır. Açık hava basıncı arttıkça, h yüksekliği de artar.
• Özkütle: Kullanılan sıvının yoğunluğu arttıkça h yüksekliği azalır. (Torricelli deneyinde, cıvanın yoğunluğu yüksek olduğu için civa kullanılmıştır.)
• 
• Kullanılan borunun kalınlığı ve şekli h yüksekliğini etkilemez.
• Borunun üstünde gaz olup olmaması da h yüksekliğini etkiler.

• Açık hava basıncını ölçmek için cıva yerine daha düşük yoğunluğa sahip bir sıvı kullanıldığında, borudaki sıvı seviyesi daha yüksek olur.
• 
• Açık hava basıncı deniz seviyesinden daha yüksek yerlerde ölçüldüğünde, borudaki cıva seviyesi daha düşük olur.
• 
• Açık hava basıncı ölçülürken, borudaki cıvanın üstünde gaz bulunursa, açık hava basıncı (P₀), gazın basıncı (P_gaz) ve borudaki cıvanın basıncı (P_cıva) toplamına eşit olur.
  • P₀ = P_gaz + P_cıva
• 
• Açık hava basıncı ölçümünde kullanılan borunun dik kesit alanı veya boruların cıva yüzeyiyle yaptığı açı farklı olsa da borulardaki cıva yüksekliği aynıdır.

Alman bilim insanı Otto Van Guericke, Almanya’nın Magdeburg şehrinde yaptığı deneyde, havası boşaltılmış iki yarım kürenin atlar tarafından zıt yönlerde çekildiğinde ayrılmadığını gözlemlemiştir.

Kürelerin birbirinden ayrılmaması, içinde boşluk olmaması ile birlikte atmosfer basıncının çok büyük olmasındandır.

Rüzgarın Oluşumu

Rüzgâr, atmosferdeki basınç farklılıkları nedeniyle havanın yer değiştirmesi sonucu meydana gelir. Bunun temel nedeni Güneş’in yüzeyi farklı miktarlarda ısıtmasıdır. Dünya’nın yüzeyi, ekvator bölgesinde daha dik açıyla güneş ışığı alırken, kutup bölgelerinde ise bu ışınlar daha eğik açılarla gelir. Bu nedenle ekvator, kutuplara göre daha fazla enerji alır. Bu durum, sıcaklık ve basınç farklarına yol açar. Ekvator çevresindeki daha sıcak ve hafif hava, yukarı doğru yükselir, kutuplardan gelen daha soğuk ve yoğun hava ise bu boşluğu doldurmak üzere ekvatora doğru hareket eder.

Basınç farklarının oluşması, hava hareketlerine (rüzgârlara) neden olur. Sıcak hava düşük basınç alanı, soğuk hava ise yüksek basınç alanı oluşturur. Hava, her zaman yüksek basınçtan alçak basınca doğru akar. Bu hava akışı da rüzgâr olarak adlandırılır.

Basınç Etkisiyle Çalışan Ölçüm Aletleri

1. BarometrelerBarometreler, cıvalı ve metal barometreler olarak ikiye ayrılır.
   • Cıvalı Barometreler: Torricelli’nin yaptığı deney sonucunda icat edilmiştir. Açık hava basıncını güvenilir bir şekilde ölçebilen ve zaman içinde bozulma göstermeyen aletlerdir. Meteoroloji ve laboratuvarlarda sıklıkla kullanılır. Ancak, pahalı olmaları ve ağırlıklarının fazla olması bazı dezavantajlar sunar.
   • Metal Barometreler: Açık hava basıncını pratik bir şekilde ölçen ve yayların esneklik prensibine dayalı çalışan aletlerdir. Yayların esnekliği zamanla azaldığında bu barometrelerin doğruluğu azalabilir, bu da bir hata payı oluşturabilir.
2. Altimetre (Yükseklikölçer)Altimetre, aslında barometrenin bir türüdür. Barometre gibi hava basıncını ölçer, ancak bu ölçümü metre ya da milimetre cıva olarak gösterir. Deniz seviyesine göre yükseklik farkını da bu şekilde hesaplar. Pille çalışan altimetrelerde, pil bittiğinde mekanik darbe sonucu altimetre sıfırlanabilir.
3. BatimetreBatimetre, deniz ve göllerdeki suyun üst seviyesinden derinliği ölçen bir alettir. Denizlerin ve göllerin derinliklerine inildikçe basınç artar. Batimetre, bu basıncı ölçerek derinliği hesaplar.

Özet:

Açık Hava Basıncı Nedir?

Açık hava basıncı (diğer adıyla atmosfer basıncı), havanın ağırlığından dolayı yeryüzüne uyguladığı kuvvettir. Atmosferin kalınlığı ve yoğunluğu, bu basıncı belirleyen faktörlerdir. Denizdeki yüzey seviyesinde açık hava basıncı yaklaşık olarak 1013 hPa (hektopascal) veya 1 atm (atmosfer) olarak kabul edilir. Bu basınç, yükseklik arttıkça azalır, çünkü daha yüksek rakımlarda hava daha incedir ve yoğunluğu düşer.

Açık Hava Basıncını Etkileyen Faktörler

1. Rakım (Yükseklik)
   • Yükseklik arttıkça hava basıncı azalır. Dağların zirvelerinde, hava yoğunluğu düşük olduğu için açık hava basıncı daha düşüktür.
2. Hava Sıcaklığı
   • Hava sıcaklığı arttıkça moleküller daha hızlı hareket eder ve yayılır, bu nedenle sıcaklığın yükseldiği yerlerde basınç daha düşüktür.
3. Nem Oranı
   • Havadaki su buharı oranı arttıkça hava yoğunluğu azalır, dolayısıyla nemli bölgelerde açık hava basıncı daha düşük olabilir.

Açık Hava Basıncının Ölçülmesi

Açık hava basıncı, barometre adı verilen bir cihaz ile ölçülür. Barometre, havanın uyguladığı basınca duyarlı bir mekanizma içerir ve havanın basıncını birimlere dönüştürerek gösterir.

Açık Hava Basıncının Günlük Hayattaki Örnekleri

1. Vakumlu Ambalajlar
   • Vakumlu ambalajlarda açık hava basıncından faydalanılır. Havanın alınmasıyla oluşan basınç farkı, paketlerin sıkıca kapanmasını sağlar ve içindeki ürünlerin uzun süre bozulmadan korunmasına yardımcı olur.
2. Tırmanış ve Dağcılık
   • Yükseklere çıktıkça hava basıncı düşer. Bu nedenle dağcılar yüksek irtifalarda daha az oksijen alabilir ve nefes almak zorlaşabilir. Bu durum, yüksek rakımda açık hava basıncının azalmasından kaynaklanır.
3. Pipet Kullanımı
   • Pipetle sıvı içerken, ağızla pipetin içindeki hava basıncı azaltılır. Dışarıdaki hava basıncı daha büyük olduğu için sıvı pipetin içine doğru itilir ve bu basınç farkı içeceklerin çekilmesini sağlar.

Örnek Sorular

1. Bir dağın zirvesinde açık hava basıncı 700 hPa olarak ölçülüyor. Bu bölgede hava yoğunluğu nasıl değişir?
   • Çözüm: Yükseklik arttıkça hava yoğunluğu azalır, bu yüzden dağın zirvesinde hava basıncı daha düşüktür.
2. Sıcak bir günde açık hava basıncı neden düşer?
   • Çözüm: Sıcaklık arttıkça hava molekülleri daha hızlı hareket eder ve yayılır, bu da basıncı düşürür.