Basınç ve Kaldırma Kuvveti Nedir? Detaylı Konu Anlatımı

Basınç ve Kaldırma Kuvveti Nedir? Detaylı Konu Anlatımı

29 Nisan 2019 0 Yazar: Recep

Basınç ve basınç kuvveti kavramlarının katı, durgun sıvı ve gazlarda bağlı olduğu değişkenler

Bütün maddelerin ağırlığı vardır ve maddeler ağırlıkla­rından dolayı temas ettiği yüzeye basınç uygular. Madde­nin ağırlığından dolayı birim yüzeye uyguladığı dik kuv­vete basınç denir. Basınç P sembolü ile gösterilir ve değeri P = Fdik  /  A eşitliği ile bulunur.

Basıncın birimi pascal (Pa) olarak verilir.

Katı bir cismin temas ettiği yüzeye uyguladığı basınç, ağırlığı ile doğru orantılı temas yüzey alanı ile ters orantı­lıdır. Katı maddeler üzerine uygulanan kuvveti tamamen iletirken basıncı tam iletmez.

Bir sıvının bulunduğu kapta oluşturduğu basınç sıvı yüksekliğine ve sıvının yoğunluğuna bağlıdır. Sıvı basın­cının değeri P = h.d.g eşitliği ile bulunur.

Sıvı basıncı, sıvının bulunduğu kabın şeklinden bağım­sızdır. Sıvı maddeler kuvveti tamamen iletmez ancak ba­sıncı iletirler. Bu durum Pascal Prensibi ile açıklanır.

Pascal Prensibi

Bir kaptaki sıvının serbest yüzeyine (açık yüzeyine) uygulanan basınç, bu sıvı tarafından, sıvı­nın temas ettiği tüm noktalara aynen ve dik olarak iletilir.

Sıvı maddenin meydana getirdiği sıvı basınç kuvvetinin değeri yüzey alanı arttıkça azalır. Gaz maddeler ağırlıklarından dolayı ve içerisinde bu­lundukları kabın iç yüzeyine gaz moleküllerinin çarpması sonucunda basınç oluşturur.

Açık hava basıncı üzerinde çalışmalar yapan Torricell (Toriçelli), yükseklere çıkıldık­ça açık hava basıncının azaldığını keşfetmiştir. Açık hava basıncının en büyük değerini ise deniz seviyesinde ölç­müştür.

Basınç maddenin hâl değişimi üzerinde etkilidir. Mad­denin üzerine uygulanan basıncın artması hâl değiştirme sıcaklığını yükseltir. Örneğin düdüklü tencerede suyun geç kaynamasının nedeni su üzerine uygulana basıncın artmasındandır.

Basıncı ölçmek için farklı araçlar kullanılır: Açık hava basıncını ölçmek için barometre; bir kaptaki gaz basıncını ölçmek için manometre; bulunulan yerin deniz yüzeyin­den yüksekliğini ölçmek için altimetre; denizin derinliği­ni ölçmek için bati metre denilen ölçüm araçları kullanılır.

Akışkanlarda akış sürati ile akışkan basıncı arasındaki ilişki

Sıvı ve gaz maddelere akışkan maddeler adı verilir. Akışkan maddeler içerisinden geçtikleri ortamların kesiti­nin farklı olmasına bağlı olarak farklı sürate sahip olabilir.

Yapılan deneyler bunun nedeninin akışkanın içerisinden geçtiği ortamın yüzeylerine farklı basınç uygulamasından kaynaklandığını göstermiştir. Kesit alanı büyük olan boru­da sıvının boru yüzeyine uyguladığı basınç büyük olurken akış sürati azdır.

Kesit alanı küçük olan boruda ise akan aynı miktardaki sıvının boru yüzeyindeki basınç küçük olurken sürati fazladır. Bernoulli İlkesi olarak bilinen bu ilke akışkanın düzgün akması ve akışkanın sıkışmaz olma­sı koşuluyla geçerlidir.

Bernoulli İlkesi

Bir boruda akan akışkanın süratinin arttğı noktalarda basınç düşmesi olur.

Günlük yaşamda Bernoulli İlkesi’nin uygulama alanla­rına örnek olarak, uçağın uçmasında, parfüm şişelerinde, tansiyon ölçümünde kullanılmasını verilebilir.

Durgun akışkanlarda cisimlere etki eden kaldırma kuv­veti

Sıvı ve gaz maddeler içerisinde bulunan maddelere kal­dırma kuvveti uygular. Bir sıvı içerisine konulan ve sıvı içerisinde çözünmeyen cisme etki eden kaldırma kuvveti,

cismin alt ve üst yüzeylerine sıvı tarafından uygulanan ba­sınç farkından ortaya çıkar. Sıvı içerisinde bulunan cisme etki eden kaldırma kuvvetinin büyüklüğü Fk = Vbatan.dsıvı.g bağıntısı ile bulunur.

Bu eşitlik cismin sıvı içerisinde ne kadar hafiflediğini de ifade eder. Cisim sıvı içerisine bırakıldığında hacmi ka­dar sıvı ile yer değiştirir. Archimedes (Arşimet) İlkesi ola­rak bilinen bu ilke aşağıdaki gibi ifade edilir:

Archimedes İlkesi

Tamamı ya da bir kısmı durgun akış­kana batırılan cisme akışkan tarafından uygulanan kaldır­ma kuvvetinin büyüklüğü, cismin batan kısmının hacmin­den dolayı yer değiştiren akışkanın ağırlığına eşittir.

Sıvı içerisinde bir cisim yüzebilir, askıda kalabilir ya da batabilir. Bu durumların oluşması için gerekli şartlar aşa­ğıdaki gibi sıralanabilir:

  • dc < dsıvı ise cisim yüzer.
  • dc = dsıvı ise cisim askıda kalır.
  • dc > dsıvı ise cisim batar.

Benzer durum gaz içerisinde bulunan cisim için de geçerlidir. Gazlar da sıvılar gibi içerisinde bulunan cisme yukarı yönlü kaldırma kuvveti uygular. Bu kuvvetin bü­yüklüğü cismin hacmine ve gazın yoğunluğuna bağlıdır.