Sıvıların belirli bir şekilleri yoktur ve içinde bulundukları kabın şeklini alırlar. Ayrıca sıvılarda tanecikler katıların aksine öteleme hareketi yapıp yer değiştirebilirler. Bu nedenle sıvı basıncı katı basıncından farklıdır. Durgun sıvılar içinde bulundukları kabın hem tabanına hem de yan yüzeylerine basınç uygular. Sıvı dolu bir kabın aynı derinlikteki tüm noktalarındaki basınç eşit büyüklüktedir. Sıvıların basıncının nedeni ağırlıklarıdır. Sıvı basıncının formülü (matematiksel modeli) şöyledir:
P = hdg
h sıvı yüzeyinin sıvının bulunduğu kabın tabanından yüksekliğini,
d sıvının özkütlesini (yoğunluğunu)
g yer çekimi ivmesini gösterir.
Yukarıdaki resimde gösterilen bir sıvı sütununun tabanındaki basınç şöyle bulunur:
P=\frac{F}{A}
Uygulanan kuvvet sıvının ağırlığıdır.
F = G = mg
Sıvının kütlesini özkütlesi ve hacminin çarpımı olarak yazabiliriz.
m = d x V
Sıvının hacmini de, bu bir dikdörtgenler prizması olduğu için, taban alanı ile yüksekliği çarparak buluruz.
V = A x h
Kütleyi tekrar yazalım:
m = d x A x h
Ağırlığı tekrar yazalım:
G = mg = d x A x h x g
Şimdi basıncı tekrar yazalım:
P = \frac{d \times A \times h \times g}{A}
P = hdg
Bu formülün özelliği içinde olmayan değişkenlerdir. Sıvı basıncı:
- sıvının kütlesine
- sıvının hacmine
- kabın şekline
- sıvının yüzey alanına bağlı değildir.
Yukarıdaki resimde aynı yükseklikte üç farklı şekildeki kabın içinde bir sıvı görülüyor. Bu sıvının kapların tabanına uyguladığı basınçlar birbirine eşittir. Çünkü sıvı basıncı sadece sıvının yüksekliğine, sıvının özkütlesine ve yer çekimi ivmesine bağlıdır.
Sıvı basıncını görmek çok kolay olduğu için basınç ölçümlerinde sıklıkla, mmHg yani cıva sütununun kaç mm yükseldiği ifade edilir. Manometreler sıvı sütunlarının yüksekliğini ölçme prensibine göre çalışır.
Aşağıdaki resim Basınç Altında PHET Simülasyonunda su basıncının havuzun derinliğine göre nasıl değiştiğini gösteriyor. Derine indikçe sıvının basıncı artıyor.
Sıvı basınç kuvveti nelere bağlıdır?
Sıvılarda aynı derinlikte basınç aynıdır. Sıvının uyguladığı basınç kuvveti her zaman kuvvetin uygulandığı yüzeye diktir. Basıncın yönü yoktur, çünkü skalerdir, ama basınç kuvvetinin yönü vardır, her zaman yüzeye diktir.
F = P x A ilişkisiyle hesaplanır.
P = hdg
F = hdgA
Ayrıca sıvılarda basınç her yöne uygulandığı için kabın kenarlarında da yüzeye dik sıvı basınç kuvveti oluşur.
Yukarıdaki resimde bir şişe suyun farklı derinliklerinde açılmış deliklerden suyun fışkırması görünüyor. Suyun fışkırmasının nedeni şişenin çeperlerine uyguladığı basınçtan kaynaklanan sıvı basınç kuvvetidir. Su yüzeyinin kabın tabanından yüksekliği ya da derinliği arttıkça basınç artar. Bu nedenle en alttaki delikten fışkıran su en tazyikli olandır. Şişedeki suyun yüksekliği azaldıkça deliklerden akan suyun tazyiğinin düştüğüne dikkat edin. Bu basınç azalıyor demektir.
Eğer herhangi bir delikle aynı yükseklikte bir başka delik açsaydık, su aynı tazyikle fışkırırdı. Çünkü aynı derinlikte sıvı basıncı aynıdır. Son olarak aynı deneyi Ay&#;da yapsaydık yer çekimi ivmesi Dünya&#;ya göre daha düşük olacağı için su deliklerden daha az tazyikle fışkırırdı.
Sıvı basıncı günlük hayat örnekleri
Sifonlar sıvı basıncı etkisiyle çalışır. Sifon tuvaletten daha yukarı yerleştirilir. Sifonun içindeki suyun basıncı sifon çekildiği zaman suyun aşağı akmasını sağlar. Su depolarının da tepelere ve yüksek kulelerin üstüne inşa edilmesinin de nedeni suyun basıncını kullanarak şehre suyu ulaştırmaktır.
Normal dalgıç kıyafetiyle ancak belli bir derinliğe inilebilir. Belirli bir derinlikten sonra sert basınç tulumu yoksa, dalgıç normal kıyafeti içinde ezilir. Denizaltılar ancak belli bir derinliğe kadar dalabilir.
Okyanuslarda çok derinde yaşayan bazı hayvanlar deniz yüzeyine çıkarılınca patlar. Çünkü vücutları okyanusun derinindeki basınca uyum sağlamıştır ama basıncın daha az olduğu deniz yüzeyine çıkınca vücutlarının iç basıncı çok fazla gelir.
Baraj duvarlarının alt kısımları üst kısımlarından çok daha kalın yapılır. Çünkü alt kısımlardaki sıvı basıncı yüksektir ve duvarlara uyguladığı basınç kuvveti de çoktur.
Sıvı basıncı örnek soru ve çözümleri
Serbest dalış rekoru ve sıvı basıncı
Mateusz Malina yılında m derinliğe dalarak Dünya serbest dalış rekorunu kırmıştır. Bu dalışın en derin noktasında Maina&#;nın üzerindeki sıvı basıncı kaç Pa&#;dır? (ddeniz suyu = kg/m3, g=9,81 m/s2.)
Çözüm:
Sıvı basıncının formülünü yazıp sayıları yerine koyacağız.
P = hdg
P = m x kg/m3 x 9,81 m/s2
P = Pa
P = kPa
Atmosfer basıncının kPa olduğunu düşünürseniz, yaklaşık 30 katı.
Birbirine karışmayan sıvıların basıncı
Yukarıdaki resimdeki bardağın içine su ve zeytin yağı dolduruldulmuştur. Suyun yüksekliği 2h, zeytin yağının yüksekliği h olduğuna ve K noktasındaki basınç miktarı P olduğuna göre, L noktasındaki basınç kaç P&#;dir? (dsu = 1 g/cm3, dzeytin yağı = 0,9 g/cm3)
Çözüm:
K noktası bardağın yan yüzeyinde olsa da sıvı basıncı her yöne etki ettiği için o noktada da basınç oluşur. K noktasının derinliğinin h olduğunu biliyoruz.
PK = hdzeytin yağıg
PK = 0,9hg
L noktasının üstünde hem suyun hem de zeytin yağının basıncı var. Bu ikisini ayrı ayrı bulup toplamamız gerekiyor. Zeytin yağının derinliğinin, suyun derinliğinin 2h olduğuna dikkat etmeliyiz.
PL = hdzeytin yağıg + 2hdsug
PL = 0,9hg + 2hg = 2,9 hg
Bize oran sormuştu, PL / PK oranını bulmalıyız.
PL / PK = 2,9 hg / 0,9 hg = 3,22
PL = 3,22 P
Sıvı Basıncı ile ilgili Simülasyonlar
Sıvı Basıncı ile ilgili Fizik Kazanımları
Basınç ve basınç kuvveti kavramlarının katı, durgun sıvı ve gazlarda bağlı olduğu değişkenleri açıklar.
- Öğrencilerin, günlük hayattan basıncın hayatımıza etkilerine örnekler vermeleri sağlanır.
- Katı ve durgun sıvı basıncı ve basınç kuvveti ile ilgili matematiksel hesaplamalar yapılmaz.
- Kaynaklar
Dalış rekoru haberi - Deniz suyunun özkütlesi