Katıların Ve Sıvıların Basıncı

Basınç, fizik biliminde önemli bir yere sahiptir. Her bir maddenin basıncı var olmakla beraber bu maddelerin basınç kuvveti birbirinden farklıdır. Yüzey alanıyla da ilişkili olan bu durum, fizik biliminde önemli bir ayrıntıdır. Bu noktada katı, sıvı ve gaz maddeleri, ağırlıkları sebebiyle bulunduğu yüzey alanına kuvvet uygulamaktadır. Bu kuvvetin kaynağı önemli olmamakla birlikte, yüzey alanına etki etme durumu dikkate alınır. Bu doğrultuda katı, sıvı ve gazların birim yüzeye dik olarak etki etmesi basınç olarak ifade edilir. Yalnız birim yüzeye değil, tüm yüzeye dik açıdan etki etmesi sonucu oluşan kuvvet ise basınç kuvvetidir. Basınç kuvvetiyle ilgili olarak katı ve sıvılarda basınç kuvvetinin neye bağlı olduğu merak edilir. Fizik bilimin önemli konusu olan maddelerin basınç kuvveti hakkında bilgiler önem arz eder.

Sıvılarda Basınç Kuvveti

Basınç kuvveti, genel olarak yüzey alanına ve dik kuvvete bağlıdır. Maddelerin yüzey alanına uyguladığı basınç kuvveti bu noktada değişiklik gösterecektir. Katı, sıvı ve gazlarda basınç kuvvetleri bu noktada faklı olgulara bağlıdır.

Belirli bir şekli bulunmayan sıvılar, içinde bulunduğu kabın şeklini alır. Bununla birlikte sıvı maddeler tanecikler katıların aksine öteleme yapabilir ve yer değiştirebilir. Bu nedenle sıvıların basıncı ile katıların basıncı farklıdır. Sıvı maddelerin aynı derinlikteki tüm noktaların basınç oranı eşittir.

Sıvıların ağırlığı, bulunduğu kabın her noktasına eşit olduğu için bu basınç, ilgili olduğu noktanın sıvı bölümünün ağırlığı kadardır. Basınç kuvveti ise yüzey alanıyla ilişkilidir. Sıvıların uyguladığı basınç kuvveti her zaman kuvvetin uyguladığı yüzeye diktik. Basıncın yönü yoktur fakat basınç kuvvetinin yönü vardır ve her zaman yüzeye diktir.

Basınç Kuvveti Formülü

Basınç bir yüzeye uygulanan dik kuvvetin yüzey alanına oranı eşit olmasıyla bilinir. Basınç kuvveti ise, bir yüzeye uygulanan basınç ile yüzey alanının çarpımına eşittir. Basıncın formülü P = F/A olarak bilinir.

Dik kuvvetle doğru orantılı olan basınç, yüzey alanıyla ters orantılıdır. Bunun aksine basınç kuvveti ise, bir yüzey alanına uygulanan basınçla yüzey alanının çarpımına eşittir. Basınç kuvvetinin formülü ise şu şekildedir;

F = Px. A

Basınç Kuvveti Nasıl Bulunur?

Basınç, bir yüzeye uygulanan dik kuvvetin yüzeyin birim alanına eşit olmasıyla tanımlanır. Basıncın simgesi P olarak gösterilir. Birçok fizik probleminde öne çıkan basınç, önemli bir değişkendir. Basınç kuvveti arttıkça basınç artar, yüzey alanı arttıkça ise azalır. Basınç kuvveti, vektörel bir büyüklüktür ve birimi kuvvet birimi olan Newton (N)'dur.

Basıncın skaler olması ise, basınç kuvvetiyle basınç ilişkisini ilgilendiren bir durumdur. Basınç kuvvetinin bulunması ise maddelere göre değişecektir. Katı bir yüzey basınç uygulayabildiği gibi, akışkan olan sıvı ve gazlar da basınç uygular. Katı maddenin basınç kuvveti şu şekilde bulunur;

• Katı Basıncı= Cismin Ağırlığı/ Yüzey Alanı
• Katı basıncı: P (Pascal) (Pa)
• Cismin ağırlığı: G (N)
• Yüzey alanı: A (m2) ve P=G/A

Bunun yanı sıra sıvı maddelerin basınç kuvveti şu şekilde gösterilir;

• Sıvı basıncı= derinlik x yoğunluk x yerçekimi ivmesi
• Sıvı Basıncı: P (Pa)
• Derinlik: h
• Yoğunluk: d
• Yer çekimi ivmesi: g ve P=h.d.g şeklinde alınır.
• Sıvı basıncı bu durumda kabın biçimine, şekline ve sıvının miktarına bağlı değildir.

Katılar ağırlıklarından dolayı bulundukları yüzeye bir kuvvet uygularlar. Katıların birim yüzeye uyguladıkları dik kuvvete basınç denir. Şekil l deki katı cismin yatay düzleme temas ettiği yüzey S olmak üzere cismin zemine yaptığı basınç;

Formülden anlaşılacağı üzere basınç, basınç kuvveti ile doğru orantılı, kesit alanı ile ters orantılıdır. Yani basınç kuvveti artarsa basınç anacak, kesit (yüzey alanı) artarsa basınç azalacaktır.

Katı Basıncının Özellikleri

1. Katılarda basınç kuvveti cismin ağırlığına eşittir.

Yukarıdaki şekillerde aynı cisim üç farklı yüzeyin üzerine konulduğunda basınç kuvveti her üç durumda da cismin ağırlığına eşittir.

2. Katı cisimlere uygulanan kuvvetin yönü ve büyüklüğü değişmeden aynen iletilir.
Düşey ve yatay duvarlar arasına şekildeki gibi yerleştirilen cisim ağırlığından dolayı yatay düzleme kuvvet uygularken, düşey düzleme herhangi bir kuvvet etki etmediği için basınç uygulayamaz.

Cisimlerin üzerine ağırlığından başka kuvvet uygulandığında basınçlar; şekildeki gibi bulunur.

3. Kür, silindir ve dikdörtgenler prizması şeklindeki cisimlerin zemine yaptığı basınç;
P = h.d.g ile bulunabilir.

4. Silindir, küp, dikdörtgenler prizması gibi düzgün katı cisimler, düşey doğrultuda düzgün kesildiklerinde her bir parçanın zemine yaptığı basınç kesilmeden önceki basınca eşit olur.

3A kesitli düzgün X katı cismi K hizasından düşey doğrultuda kesilerek Y ve Z parçaları oluştuğunda X, Y ve Z cisimlerinin zemine yaptıkları basınçlar eşit olur.

Şekil I deki düzgün türdeş X silindirinden Y silindir parçası kesilip çıkarıldığında, X silindiri, çıkarılan Y silindiri ve kalan Z silindirinin zemine yaptığı basınçlar eşit olur.

5. Cisimler düşey doğrultuda kesilmeyip, şekildeki gibi d doğrultusunda kesildiğinde oluşan parçaların basınçları eşit olmaz. 

Şekil I deki düzgün K cisminin zemine yaptığı basınç P_K iken d doğrultusunda kesildiğinde kesiti taban alanına göre yukarı doğru genişleyen L cismi için basınç ilk basınçtan büyük olurken M cisminin basıncı ilk basınçtan küçük olur.

6. Düzgün katı cisimler bir sıvıya bırakıldıklarında basınçları oranında sıvıya batar.

Katı Basıncının Günlük Hayatta Kullanım Alanları

Katıların temas ettikleri yüzeye uyguladığı basınçtan, günlük yaşantının birçok alanında yararlanılmaktadır. Keskinliğini artırmak için bıçakların bilenmesi, futbolcuların çim sahada kaymalarını önlemek için ayakkabılarının altına çiviye benzer parçaların eklenmesi buna örnektir. Burada amaç temas eden yüzeyi küçülterek basıncı artırmaktır.

Tren vagonlarında tekerlek sayısı artırılarak trenin raylarla temas yüzeyi büyütülür. Böylece trenin raylara uyguladığı basınç küçülür. Bu sayede raylarda şekil bozukluğu oluşması önlenir. Aynı mantık kullanılarak ağır iş makinelerinin tekerleklerinin veya paletlerinin yüzey alanları büyütülür ve bu sayede iş makinelerinin toprağa batmaları önlenir. Benzer şekilde, yüksek tonajlı araçların lastiklerinin sayısı ve büyüklüğü artırılarak asfalt yola uyguladıkları basınç azaltılır. Böylelikle yolun deforme olması engellenir. Kışın arabaların güvenli yol tutuşu sağlamalarının bir yolu da buza uyguladığı basıncı artırmaktır. Bu nedenle lastikler şişirilir veya arabalara daha ince lastik takılır.

Katıların Basıncı Soruları ve Çözümleri

Katı Basıncı konusu burada bitti. Sonraki konumuz Piezoelektrik Olay konusudur.

Piezoelektrik Olay konusuna gitmek için tıklayın.