Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Temel Fizik – Basınç

Hazırlayan: Ögetay Kayalı
Facebooktwittergoogle_plusredditlinkedintumblrmail

Basınç bir yüzeye etkide bulunan dik kuvvetin, birim yüzey alanına düşen miktarıdır. Daha farklı bir ifade ile, bir yüzeye uyguladığınız kuvvetin dik bileşeninin, o yüzeye ne kadar dağılarak bir etki yaptığını ifade eder. Basınç, sıradan bir çivi çakma işleminden yıldız astrofiziğine kadar geniş bir yelpazede karşımıza çıkar. Maddenin üç ayrı halinde ayrı ayrı incelenir.

Katılarda Basınç

Katılarda basınç, uygulanan kuvvetin artmasıyla artar.
Katılarda basınç, kuvvetin uygulandığı yüzeye temas eden yüzey alanı azaldıkça artar.

Öyleyse,

Pressure2

P: Basınç(P), F: Kuvvet(N), S: Yüzey Alanı(m2)

formülü elde edilir. Bu demek oluyor ki, aynı kuvvetle, yüzey alanını azaltacak olursak daha fazla basınç uygulayabiliriz. Bu yüzden çivilerin ucu sivridir, çünkü ufak bir yüzey alanı sayesinde duvara çok fazla basınç uygulayarak girmesini kolaylaştırır. Benzer şekilde bıçaklar da bilenerek daha keskin hale getirilir.

Pressure1

Aynı cisim farklı konumlarda

Aynı cismi farklı konumlarda kullanarak farklı basınçlar elde etmek mümkündür. Cismin kütlesi değişmediği için, uyguladığı kuvvet değişmezken yüzey alanı değişmiştir. Böylece uygulanan basınç da değişir.

Ağır araçları fazla tekerlikli yapmak yer ile olan temas yüzeyini artırarak tekerler üzerine binen basıncı dağıtacaktır. Toplam basınç aynı kalacak olmasına rağmen, birim tekerlek üzerine düşen basınç azalacağından tekerlerin dayanıklılığı artacaktır.

Sıvılarda Basınç

Sıvılar içinde bulundukları kabın şeklini aldıklarından ötürü, temas ettikleri tüm yüzeye farklı yüksekliklerde farklı değerlerde olmak üzere basınç uygular.

pressure3

h: yükseklik, d: yoğunluk (özkütle), g: çekim ivmesi

Sıvılarda basınç yükseklik ile ilintili olduğundan kabın farklı yüksekliklerinden açılan deliklerden çıkan suyun basıncı da farklı olacaktır.

liquidpressure_clip_image001

Yükseklik suyun yüzeyinden itibaren ölçülür. En alttaki deliğin üstünde daha fazla miktarda su olduğundan çıkan suyun basıncı da daha fazladır.

Bu sebeple denizde dalış yaparken diplere doğru basınç arttığından kulakta bu basınç hissedilebilir.

derinlik-basinc-4785

Deniz veya göllerde derinlere inildikçe basınç artar. Görselde, metre birimi ile ne kadar derine indiğinizde kaç atmosferlik basınçla karşılaşacağınız gösteriliyor. İnsan, uygun biçimde inildiğinde ve yine uygun biçimde çıkıldığında (vurgun yememek için yeterli önlemler alındığında) bir koruyucu kıyafet giymeden yüzlerce metre derinlikteki basınca dayanabilir. 

Gaz Basıncı

Gaz basıncı özellikle yıldız astrofiziğinde önemli bir yere sahip olan bir konudur. Gaz basıncını anlamak için, elimizdeki gazı kapalı bir kapta düşünelim.

Burada elimizde dört farklı parametre vardır. Gazın sahip olduğu basınç (P), gazın hacmi (V), gazın sıcaklığı (T) ve molekül sayısı (N). Aynı zamanda bunları bir eşitlik olarak ifade etmek için k gibi bir sabit sayı kullanırız.

gaspressure

Gaz basıncı denklemi

Gaz basıncı, gaz moleküllerinin bulundukları kabın çeperlerine çarpması sonucu oluşur. Dolayısıyla ne kadar fazla çarpışma, o kadar fazla basınç demektir.

Denklemi yorumlayacak olursak;

  1. Molekül sayısı (N) ve sıcaklık (T) sabit tutulursa eşitliğin diğer tarafı değişmemelidir. Dolayısıyla bu durumda hacim (V) artarsa, basınç (P) azalır. Hacim (V) azalırsa, basınç (P) artar. Yani sıcaklığını ve molekül sayısını değiştirmediğimiz bir gazı sıkıştırırsak basıncı artacaktır.
  2. Hacmini (V) ve molekül sayısını (N) değiştirmezsek, sıcaklık (T) artarsa basınç (P) da artar. Sıcaklık (T) azalırsa, basınç (P) da azalır. Yani kapalı, hacmi değişmeyen yalıtılmış bir kaptaki gazı ısıtırsak, basınç artacaktır.
  3. Hacmi (V) ve sıcaklığı (T) sabit tutup, molekül sayısını (N) artırırsak basınç artacaktır. Yani kapalı, sabit hacimli bir kaba sabit sıcaklıkta gaz eklenirse, basınç artar.

Yıldız astrofiziğinde gaz basıncı, hidrostatik dengeyi ifade etmede kullanılır. Yıldızların oluşumunu sağlayan kütle çekim kuvveti yıldızı içeriye çöktürdükçe gazın artan basıncı, yıldızın bir noktada dengeye gelmesini sağlar. Dolayısıyla kütle çekim ile gaz basıncı arasında net bir ilişki vardır. Kütle ne kadar fazla ise, gaz basıncı o kadar fazla olur. Dolayısıyla çekirdekte çarpışma olasılığı artar, yıldızın ömrü kısalır.

Ögetay Kayalı

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yorum

Yazar Hakkında

Ögetay Kayalı

Ege Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri öğrencisi. Çoğunlukla yıldız astrofiziği ile fizik ve matematiğin gündelik yaşantıdaki rolü üzerine yazıyor. Alanı dışında amatör olarak fotoğrafçılık, resim, programlama, mekanik, elektronik ve biyokimya ile ilgileniyor. Kozmik Anafor'dan ayrılmış, şu an www.rasyonalist.org sitesinde yazarlık yapmaktadır.