BASINÇ
Bir yüzeyin tamamına dik olarak uygulanan kuvvetin büyüklüğüne basınç kuvveti, birim yüzeye düşen basınç kuvveti değerlerine basınç denir. SI birim sistemindeki türetilmiş ve skaler büyüklüklerden biri olan basıncın sembolü P, birimi pascal ve birim sembolü pa’dır. Basınç kuvvetinin birimi newton (N) ve yüzey birimi metrekare (m2) alınırsa basıncın birimi pascal (pa) olur. Bir A yüzeyinde dik olarak etki eden kuvvetin büyüklüğü F ve yüzeyde oluşan basınç P ise,
formülü ile hesaplanır. Bu ifadeye göre bir yüzeyde oluşan basınç; basınç kuvvetiyle doğru, yüzey alanıyla ters orantılıdır.
Katılarda Basınç
Katı cisimler, ağırlıkları nedeniyle bulundukları yüzey üzerine kuvvet uygular ve basınca sebep olur.
Fil gibi ağırlığı büyük olan hayvanların ayakları geniş tabanlı, sulak zeminlerde yaşayan ördek ve balıkçıl kuşların ayak parmakları da perdelidir. Hayvanların ayakları geniş tabanlı olduğundan temas yüzeyi büyük olduğu için hayvanın zeminde oluşturduğu basınç daha az olur ve hayvan zemine batmadan yürüyebilir. Günlük hayatta aynı mantıkla yapılan pek çok uygulama vardır.
Katı cisimler üzerlerine uygulanan kuvveti doğrultusunu ve büyüklüğünü değiştirmeden aynen iletir.
Raptiyenin yüzeyi büyük olan kısmına görseldeki gibi kuvvet uygularsak bu kuvvet, doğrultusu ve büyüklüğü değişmeden raptiyenin yüzey alanı küçük olan uç kısmına aktarılır. Basınç; raptiyenin geniş yüzeyli kısmında daha küçük , küçük yüzeyli kısmında daha büyük değerde oluşur.
Durgun Sıvılarda Basınç
Sıvılar, ağırlıklarından dolayı içinde bulundukları kabın temas ettiği yüzeylerinin her noktasına, yüzeye dik kuvvet uygular. Sıvılar, içine daldırılan cisimlerin de tüm yüzeylerinin her noktasına yüzeye dik kuvvet uygular.
Taban alanı A olan silindirik bir kapta, h yüksekliğinde d özkütleli sıvı bulunsun.
Bu sıvının kabın tabanında oluşturduğu basınç P ile gösterilirse,
Pascal İlkesi
Sıvılar üzerine kuvvet uygulandığında oluşan basınç, sıvının her noktasına ve kabın duvarlarına aynen aktarılır. Bu ifade Pascal ilkesi olarak bilinir.
Açık Hava Basıncı
Dünya’mızı saran atmosfer tabakasının ağırlığından dolayı temas ettiği yüzeylerde oluşturduğu basınca açık hava basıncı yada atmosfer basıncı denir.
Deniz düzeyinden yükseldikçe atmosfer tabakasının ağırlığı azalacağı için açık hava basıncı da azalır. Her 105 m’de 1 cm—Hg basınç azalması gerçekleşir.
Bu düzenekte kullanılan borunun kalınlığı değişirse sıvı yüksekliği değişmez. ifadesine göre borunun kesit alanı artarsa borudaki sıvının ağırlığı da aynı oranda artar ve basınç değişmez. Kılcallık olayında borunun kesit alanı küçüldükçe sıvının boruda yüksekliği artar.
Basınç Etkisiyle çalışan Ölçme Araçları
Barometre : Açık hava basıncını ölçmek için kullanılan araçtır. Toricelli’nin deney düzeneği olan sisteme çanaklı barometre denir.
Po = dcıva.h.g
Açık hava basıncı h yüksekliğindeki cıva sütunun oluşturduğu basınç kadardır.
Altimetre : Deniz seviyesinden yüksekliği doğrudan metre cinsinden gösterecek şekilde ayarlanmış araçtır. Deniz seviyesinden 105 m yükseldikçe açık hava basıncının 1 cm-Hg kadar azalmasından yararlanarak yapılmış bir araçtır.
Manometre : Kapalı kaplardaki gaz moleküllerinin kabın duvarlarına çarparak sebep olduğu basıncı ölçen alettir. Sıvı monometreler açık uçlu ya da kapalı uçlu olabilir.
Batimetre : Basınç değişiminden yararlanarak denizlerin derinliğini ölçen araçtır.
Hareketli Akışkanlarda Basınç
Bir yerden başka bir yere uygun şartlarda akabilen maddelere akışkan maddeler denir.
Sıvılar, sıkıştırılamaz akışkandır. Gazlar ise sıkıştırılabilir akışkandır. Akışkanlar basınç farkından dolayı akar ve akma yönü daima basıncın büyük olduğu yerden küçük olduğu yere doğrudur.
Akışkan Hızı İle Burunun Kesit Alanı Arasındaki İlişki
Daralan bir boruda sürekli akan suyun debisi sabit ise, kesitin daraldığı yerde akışkanın akış hızı artar.
Örneğin musluktan akan su kütlesi yerçekimi kuvvetinin etkisi ile aşağı hızlanarak iner. Akışkan hızının arttığı yerde kesit alanı daralır. Bu nedenle su aşağı doğru daralarak akar.
Akışkanların ağırlığından dolayı sahip olduğu basınca statik basınç, hızından dolayı sahip olduğu basınca dinamik basınç denir.
Akışkanın akış hızı artarsa kinetik enerjisi, dolayısı ile dinamik basınç artar, potansiyel enerjisi ve statik basınç azalır.
Akış hızının büyük olduğu yerde statik basınç azalır. Bu özelliğe Süreklilik İlkesi ya da Bernoulli İlkesi denir. Süreklilik İlkesi düzenli akan ve türbülans yapmayan akışkanlar için geçerlidir.
Venturi Borusu
Basıncın Hâl Değişimine Etkisi
Genellikle katı hâldeki maddelerin molekülleri arasındaki uzaklık sıvı hâllerine göre daha azdır. Bu maddeler, katı hâlden sıvı hâle geçerken hacimleri artar. Madde üzerindeki basınç, hacim artışını zorlaştıracağı için, erime sırasında hacimleri artan maddeler, basınç altında daha zor erir. Yani erime sıcaklıkları yükselir. Su, bizmut, germanyum, asetik asit, silikon gibi bazı maddeler ise katı hâlden sıvı hâle geçerken hacimleri küçülür. Bu tür maddelerin üzerindeki basınç artışı hacmin küçülmesini kolaylaştıracağı için, erime sırasında hacimleri azalan maddeler, basınç altında daha kolay erir. Yani erime sıcaklıkları düşer.
Bir sıvının yüzeyindeki dış basınç azalırsa sıvının buhar basıncı, daha düşük sıcaklıkta, sıvı yüzeyindeki dış basınca eşit olur ve sıvının kaynama sıcaklığı düşer. Basıncın kaynama sıcaklığı üzerindeki etkisinden dolayı bir sıvıyı istenilen sıcaklıklarda kaynatmak mümkündür. Sıvı üzerindeki dış basınç artarsa sıvının kaynama sıcaklığı yükselir. Böylece sıvının sıcaklığı istenildiği kadar artırılabilir. Tamamen kapalı bir kaptaki sıvıya, dışarıdan ısı verilirse sıvıdan ayrılan buhar, kaptan çıkamayacağı için suyun üzerindeki basıncı devamlı arttırır. Basıncın artması kaynama sıcaklığını da yükseltir ve su 100oC sıcaklık değerine ulaştığında kaynama olayı gerçekleşmez. Su ısıtılmaya devam edilirse suyun sıcaklığı yeni kaynama sıcaklığına doğru yükselir ve buhar basıncı da artar. Böylece kaynama gerçekleşemez. O hâlde tamamen kapalı bir kaptaki sıvı, dışarıdan ısı verilerek hiç bir zaman kaynatılamaz.
Yüksek basınçta gerçekleşen kaynamanın yararlı uygulamalarından biri düdüklü tencerelerdir. Düdüklü tencerelerde yiyecekler 100 oC sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda kaynatılır. Böylece yiyecekler kısa sürede pişer. Kaynama ve erime belirli sıcaklıklarda, buharlaşma ise her sıcaklıkta gerçekleşir. Bununla birlikte buharlaşma olayının en hızlı gerçekleştiği sıcaklık kaynama sıcaklığıdır. Basınç, buharlaşma olayında da oldukça etkilidir. Sıvı yüzeyindeki basınç arttıkça buharlaşma hızı azalır. Bu nedenle deniz seviyesinden yükseklerde, aynı sıcaklıktaki buharlaşma hızı, deniz seviyesine göre daha fazladır.
