İçindekiler
1Basınç Nedir?
Basınç, birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvettir. Basınç bir skaler büyükluktur; yonu yoktur. SI birim sisteminde birimi Pascal (Pa)'dir. 1 Pa = 1 N/m² demektir.
P = F / A
P: basınç (Pa) | F: kuvvet (N) | A: alan (m²)
Basıncın büyüklugu iki faktore bağlıdir: uygulanan kuvvet ve temas alani. Aynı kuvvet daha küçük bir alana uygulanirsa basınç artar. Bu yuzden bicaklar keskin yapılir: küçük alan = büyük basınç.
Basınç Birimleri
1 atm = 101.325 Pa = 760 mmHg = 76 cmHg
1 bar = 100.000 Pa
1 Pa = 1 N/m²
Sinavlarda genellikle Pa veya cmHg kullanılır
2Kati Basıncı
Kati cisimler, temas ettikleri yüzeye ağırlık kuvvetleri ile basınç uygularlar. Kati basıncı cismin agirligina ve temas alanina bağlıdir. Kati basınç sadece temas yüzeyi uzerinde etkilidir ve her yonde eşit değildir.
P = F / A = m·g / A
Yatay düzlemde kati basıncı (F = ağırlık kuvveti)
Örnek
60 kg kutleli bir insanin ayak tabanlarinin toplam alani 300 cm² = 0,03 m² ise:
P = m·g / A = 60 × 10 / 0,03 = 20.000 Pa = 20 kPa
Insan yere 20.000 Pa basınç uygular.
Kati Basıncıni Değiştirme Yolları
Basıncı artirmak: Temas alanini kucult (örnek: biz, igne, bicak)
Basıncı azaltmak: Temas alanini buyut (örnek: paletli araclar, kayak, kalin tekerlek)
Örnek: Batan araclar için paletli tasarim kullanılır, boylece basınç azalir
3Sivi Basıncı
Sivilar, içinde bulunduklari kabin duvarlarına ve tabanina her yonde eşit basınç uygularlar. Sivi basıncı derinlige ve sivi yoğunluguna bağlıdir. Kabin şeklinden bagimsizdır.
P = d · g · h
P: basınç (Pa) | d: yoğunluk (kg/m³) | g: yercekimi (m/s²) | h: derinlik (m)
Sivi Basıncınin Özellikleri
Aynı sivida aynı derinlikteki tüm noktalar aynı basınça sahiptir
Derinlik arttikca basınç doğrusal olarak artar
Sivinin yüzeydeki basıncı sifirdir (acik kapta)
Basınç kabin şeklinden bagimsizdir (sadece derinlige ve yoğunluga bağlı)
Sivi basıncı her yonde eşit etki eder
Örnek
Yoğunlugu 1000 kg/m³ olan suyun 5 m derinligindeki basınç:
P = d · g · h = 1000 × 10 × 5 = 50.000 Pa = 50 kPa
5 m derinlikteki sivi basıncı yaklasik 0,5 atmosferdir.
Bileşik Kaplar
Bileşik (birleşik) kaplarda aynı sivi kullanıldiginda, kabin şeklinden bagimsiz olarak tüm kollardaki sivi seviyesi aynı olur. Farklı yoğunlukta sivilar kullanılırsa, yoğunlugu büyük olan sivi daha aşağıda kalir. Yoğunluk-yükseklik çarpımi tüm kollarda eşittir: d₁ · h₁ = d₂ · h₂
4Pascal Prensibi
Pascal Prensibi'ne göre, kapali bir kapta sivinin bir noktasina uygulanan dis basınç, sivi tarafindan her yonde ve aynı büyüklukte iletilir. Bu prensip hidrolik sistemlerin temelini oluşturur.
F₁ / A₁ = F₂ / A₂
Hidrolik sistemde küçük pistona uygulanan basınç = büyük pistona uygulanan basınç
Hidrolik Pres Örneği
Küçük pistonun alani A₁ = 10 cm², büyük pistonun alani A₂ = 200 cm²
Küçük pistona 50 N kuvvet uygulanirsa:
F₁/A₁ = F₂/A₂ → 50/10 = F₂/200 → F₂ = 1000 N
50 N kuvvet ile 1000 N kuvvet elde edilir! (20 kat kazanc)
Pascal Prensibi Uygulamaları
Hidrolik fren: Aracta fren pedalina basınça tüm tekerleklere eşit iletilir
Hidrolik kriko: Küçük kuvvetle agir araclar kaldirilir
Hidrolik pres: Metal şekillendirme ve presleme işlemlerinde kullanılır
Dis koltuklari: Hidrolik mekanizma ile yükseklik ayarlanir
Önemli Not
Hidrolik sistemlerde kuvvetten kazanc saglanir ancak yoldan (mesafeden) kayip oluşur. Enerji korunumu geregi küçük piston daha fazla mesafe hareket ederken büyük piston daha az mesafe hareket eder: F₁ · d₁ = F₂ · d₂
5Atmosfer Basıncı
Atmosfer basıncı, hava kutlesinin yercekimi etkisiyle yüzey uzerine uyguladigi basınçdir. Deniz seviyesinde yaklasik olarak 1 atm = 101.325 Pa = 76 cmHg kadardır. Yükseklik arttikca atmosfer basıncı azalir.
1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg
Standart atmosfer basıncı (deniz seviyesinde, 0°C'de)
Torricelli Deneyi
1643'te Evangelista Torricelli atmosfer basıncıni ilk kez olcmüstur. Civa dolu bir tup ters cevrilerek civa kabina daldirmis; civa tupta 76 cm yükseklikte kalmis ve üstte vakum oluşmuşstur. Bu yükseklik atmosfer basıncıni gösterir.
Pₐₜₘ = dₘₖₙₐ · g · h = 13.600 × 10 × 0,76 = 101.325 Pa
Acik Hava Basıncı
Bir sivi yüzeyinde acik hava basıncınin etkisi vardir. Acik kapta sivi tabanindaki toplam basınç:
Pₜₒₚₐₐₘ = Pₐₜₘ + d · g · h
Toplam basınç = Atmosfer basıncı + Sivi basıncı
Atmosfer Basıncı ve Gunluk Hayat
Yükseklerde su daha düşük sıcaklıkta kaynar (basınç düşük)
Düşük basınçli duzcukur yaklastigi için hava basıncı duser, kotu hava gelir
Uçakların kabini basınçlandirilir (yüksekte atmosfer basıncı çok düşük)
Vantuz: Icerideki havayi bosaltinca atmosfer basıncı vantuzı yüzeye bastirır
6Önemli Noktalar
Mutlaka Bilmen Gerekenler
- Basınç = Kuvvet / Alan (P = F/A)
- Kati basıncı temas alanina bağlıdir, alan kuculdukce basınç artar
- Sivi basıncı derinlige ve yoğunluga bağlıdir, kabin şeklinden bagimsizdir
- Sivi basıncı her yonde eşittir
- Pascal Prensibi: Kapali kapta uygulanan basınç her yonde eşit iletilir
- Atmosfer basıncı yukseldikce azalir
- Bileşik kaplarda aynı sivinin seviyesi her kolda aynidir
Sık Yapılan Hatalar
- Sivi basıncınin kabin şeklinden etkilendigini dusunmek (sadece derinlik ve yoğunluk önemli)
- Kati basıncında kutle ile ağırlık kuvvetini karıştırmak (F = m.g kullanılmali)
- Hidrolik sistemde kuvvetten kazanirken yoldan kayip olduğunu unutmak
- Acik kapta toplam basınça atmosfer basıncıni eklemeyi unutmak
- Basınç birimlerini karıştırmak (Pa, atm, cmHg dönüşümlerine dikkat)
7Pratik Sorular
Öğrendiklerini test et! Aşağıdaki soruları çözmeye çalış.
200 N agirligindaki bir kutu 0,5 m² tabanli bir yüzeye konuluyor. Kutunun yere uyguladigi basıncı bulunuz.
Yoğunlugu 800 kg/m³ olan bir sivinin 3 m derinligindeki basıncı hesaplayiniz. (g = 10 m/s²)
Bir hidrolik sistemde küçük pistonun alani 5 cm², büyük pistonun alani 100 cm²'dir. Küçük pistona 30 N kuvvet uygulanirsa büyük pistondaki kuvveti bulunuz.
Acik bir kapta yoğunlugu 1200 kg/m³ olan sivi 2 m yüksekliktedir. Kabin tabanindaki toplam basıncı bulunuz. (P_atm = 10⁵ Pa, g = 10 m/s²)
Bileşik kapta sol kolda yoğunlugu 800 kg/m³ olan sivi 40 cm yükseklikte, sag kolda baska bir sivi 32 cm yüksekliktedir. Sag koldaki sivinin yoğunlugunu bulunuz.