8. Sınıf 3. Ünite Basınç – Sıvı Basıncı Konu Anlatımı

8. Sınıf LGS Fen Bilimlerinin 3. Ünitesi Basınçtan merhaba. Bu bölümde katı, sıvı ve gaz basıncını ve basıncın gündelik hayatımızda nerelerde kullanıldığını inceleyeceğiz. Katı basıncını bitirmiştik. Şimdi sıra sıvılarda basınca geldi.

8. Sınıf 3. Ünite Konuları:

Katı basıncının maddenin ağırlığı veya uygulanan kuvvet ile temas yüzey alanına bağlı olduğunu ve gündelik hayatta basıncın etkilerine örnekler vermiştik. Şimdi de maddenin başka bir hali olan sıvı basıncı nedi? Sıvı basıncı nelere bağlıdı? Pascal prensibi nedir? Bileşik kaplar ve cendereleri inceleyeceğiz.

Sıvı Basıncı:

Elinizi suya daldırdığınızda veya yazın denize girdiğinizde vücudunuzda bir baskı olduğunu gözlemlersiniz. Bu etkiye sıvı basıncı denir.

Sıvılar akışkan oldukları için koyuldukları kabın temas ettiği bütün yüzeylerine basınç uygularlar.

Sıvı basıncı hangi değişkenlere bağlıdır?

Sıvı basıncı,

  1. Sıvının Derinliğine
  2. Sıvının Yoğunluğuna

bağlıdır.

Sıvı derinliği ve yoğunluğu sıvı basıncını nasıl etkiler konusuna geçmeden önce SIVININ DERİNLİĞİ ve SIVININ YOĞUNLUĞU NEDİR? inceleyelim.

SIVI DERİNLİĞİ:

Belirlediğimiz noktanın dış yüzey ile arasındaki mesafeye derinlik denir.

Örneğin,

Su dolu kap içerisindeki A, B ve C noktalarının derinliklerini inceleyelim

A noktasının kabın dış yüzey ile arasındaki mesafe 10 cm’dir. A noktasının derinliği 10 cm’dir.

B noktasının kabın dış yüzeyi ile arasındaki mesafe 15 cm’dir. B noktasının derinliği 15 cm’dir.

C noktasının kabın dış yüzeyi ile arasındaki mesafe 20 cm’dir. C noktasının derinliği 20 cm’dir.

Örneğin bir dalgıç denize daldıktan sonra X, Y ve Z noktalarında bulunuyor. X, Y ve Z noktalarının derinliklerini inceleyelim.

X noktası dışarıya en yakın nokta ve dışarıya uzaklığı 10 m, derinliği 10 m’dir.

Y noktasının dışarıya uzaklığı 50 m bu yüzden Y’nin derinliği 50 m’dir.

Z noktasının dışarıya uzaklığı ise 100 m bu yüzden Z’nin derinliği 100 m’dir.

SIVI YOĞUNLUĞU:

Sıvının yoğunluğunu 6. sınıfta öğrenmiştik. Yeniden hatırlayalım.

Yoğunluk diğer ismiyle özkütledir.

Yoğunluk birim hacimdeki kütle miktarına denir. Yani 1 m3’te ne kadar kütlede o maddeden varsa bu yoğunluk demektir. Diğer tanımı ise birim hacimdeki madde miktarıdır.

Yoğunluk madde için ayırt edici bir özelliktir. Her saf maddenin yoğunluğu birbirinden farklıdır.

Yoğunluk kütle ve hacme bağlıdır.

Uluslararası Birim Sisteminde özkütle birimi (kg/m3)’tür. Bunun yanında; (g/cm3) ve (kg/L) de sıkça kullanılır.

Aşağıda örneklerimizde sıkça kullanacağımız sıvıların yoğunluklarını inceleyelim,

SIVI CİNSİYOĞUNLUK / ÖZKÜTLESİ (g/cm³)
AMONYUM0,82 g/cm³
SU1 g/cm³
ZEYTİN YAĞI0,9 g/cm³
ETİL ALKOL0,78 g/cm³
GLİSERİN1,26 g/cm³
BENZİN0,803 g/cm3
NİTRİK ASİT1,51 g/cm³

Su, zeytin yağı ve gliserin en çok kullanılan sıvı olduğu için yoğunluklarını bilmekte fayda var.

Sıvı basıncının iki değişkene bağlı olduğunu söylemiştik. Bunlardan ilki DERİNLİK, ikincisi ise YOĞUNLUKTU. Derinlik ve yoğunluk sıvı basıncını nasıl etkiler inceleyelim.

Sıvı basıncı hangi değişkenlere bağlıdır?

1) DERİNLİK:

Yazın denize daldığınızda yüzeye daha yakınken mi vücudunuzda daha fazla etki hissedersiniz yoksa daha aşağılara indiğinizde mi?

Elinizi bir kap suya daldırdığınızda yüzeye yakın yerde mi etki daha fazladır yoksa kabın en dibinde mi?

Denize daldığımızda derinlere indiğimizde vücudumuzdaki etki artar, elimizi bir kap suya daldırdığımızda kap tabanına indikçe etki artar.

DERİNLİK ARTTIKÇA SIVI BASINCI ARTAR, DERİNLİK AZALDIKÇA SIVI BASINCI AZALIR.

Sıvı basıncının derinlik ile ilişkisini gözlemlemek için aşağıdaki etkinlikleri inceleyelim.

Elimizde bulunan şişeden alt alta üç nokta seçerek işaretleyelim. İşaretlediğimiz yerleri delerek bant yardımı ile kapatalım.

Bantları aynı anda çıkartalım ve suların fışkırma miktarlarını gözlemleyelim.

Hangi noktadan akan su daha ileriye gitti? Neden?

K noktasından akan su daha ileriye fışkırdı çünkü derinliği en fazla olan K noktasıydı ve K noktasında basınç diğer noktalara göre daha fazla oldu.

Basınçları sıralarsak:

K > L > M

Şimdi de sıvı basıncı derinlik arasındaki ilişkiyi anlamak için aşağıdaki gibi bir düzenek kullanılır. Bu oluşturulan düzenekte hortumun ucuna huni bağlanır. Huninin ucu balon ile kapatılır. Hortum da U borusuna bağlanır. U borusuna belli bir seviyeye kadar su konulur.

Bu düzenekte huni sıvıya batırıldığında U borusundaki sıvı sevileri arasında farklılık oluşur. Bu fark ne kadar fazlaysa sıvı basıncı o kadar fazladır.

Kurduğumuz U borusu, hortum, huni ve balondan oluşturduğumuz düzeneği su dolu bir kap üzerinde deneyelim. Su dolu kaba hortum ucundaki huniye batıralım daha derine indirelim ve derinliği azaltalım. Bunu yaptığımız sırada U borusundaki sıvı farklarını inceleyelim.

X noktasında U borusu üzerindeki sıvı farkı 15 cm, Y noktasında U borusu üzerindeki sıvı farkı 5 cm oldu.

Basınçları sıralarsak:

En fazla sıvı farkı olan X noktasında basınç en fazladır.

En az sıvı farkı oluşan Y noktasında basınç en azdır diyebiliriz.

X > Y

SONUÇ OLARAK:

DERİNLİK ARTTIKÇA BASINÇ ARTAR, DERİNLİK AZALDIKÇA BASINÇ AZALIR.

DİKKAT: Bu deneylerde Derinliğin Sıvı Basıncına etkisi araştırıldığı için sadece derinlikler farklı tutulmalıdır. Sıvı cinsi aynı olmalıdır.

Farklı bir ifade ile araştırma ve deneylerimizde farklı tutacağımız değişken her zaman BAĞIMSIZ DEĞİŞKENDİR. Diğer değişkenlerin hepsi aynı tutulur.

Örneğin sıvı derinliğinin basınca etkisini araştırırken yağ ve su kullanıp farklı noktalardan delersek. Araştırmamızdan doğru bir sonuç alamayabiliriz. Çünkü hem sıvı cinsi farklı tutulmuş hem de derinlik. Bir deney veya araştırmada iki bağımsız değişken bulunmaz.

2) YOĞUNLUK:

Yoğunluk birim hacimdeki madde miktarı demektir. Bunu öğrenmiştik. Şimdi ise yoğunluk sıvı basıncını nasıl etkiliyor aşağıdaki etkinliklerle görelim.

Elimize 3 özdeş plastik şişe, yağ, su ve gliserin alalım. Şişelere sıvıları doldurmadan önce hepsinde aynı derinlik oluşturacak şekilde aynı noktaları işaretleyelim ve bu noktaları delerek bantlayalım.

Kullanacağımız üç sıvının yoğunluklarının sıralamas

Gliserin > Su > Yağ

Daha sonra 1. şişeye su, 2. şişeye yağ, 3. şişeye gliserini aynı miktarlarda ve yüksekliklerde olacak şekilde koyalım.

Bantları çıkartalım ve suların fışkırma mesafelerini bir süre gözlemleyelim.

Aynı derinlikte 3 şişeden en ileri fışkıran GLİSERİN oldu, daha sonra SU, en son ise YAĞ oldu.

Bu etkinliğe bakarak şöyle bir sonuç çıkartabiliriz:

YOĞUNLUK ARTTIKÇA BASINÇ ARTAR, YOĞUNLUK AZALDIKÇA BASINÇ AZALIR.

Sıvı basıncının YOĞUNLUĞA bağlı değişimini gözlemlemek için kurduğumuz U borusu, hortum, huni ve balonlu düzeneği kullanalım.

Su, yağ ve gliserini 3 ayrı kaba eşit miktarda ve yükseklikte dolduralım.

Hortum ucundaki huniyi kapların en dibine kadar batıralım ve U BORUSUNDAKİ sıvı miktarı farkını gözlemleyelim.

Sıvı miktarı farkı en fazla GLİSERİNDE

Daha sonra SU

Daha sonra ise YAĞ

Bu etkinlikten de çıkaracağımız sonuç

YOĞUNLUK ARTTIKÇA BASINÇ ARTAR, YOĞUNLUK AZALDIKÇA BASINÇ AZALIR.

KABIN ŞEKLİ SIVI BASINCINI ETKİLER Mİ?

Derinlikler aynı olduğu sürece kabın şekli sıvı basıncını etkilemez. 5 cm’lik aynı derinliğe sahip A, B, C, D ve E kaplarının tabanına yapılan sıvı basınçları da birbirine eşittir. Sıvı kütleleri değişik olmasına rağmen derinlikleri ve yoğunlukları eşit kaplarda tabana yapılan basınçlar birbirine EŞİTTİR.

KABIN ŞEKLİ SIVI BASINCINI ETKİLEMEZ DİYE KESİN BİR CÜMLE KURAMAYIZ. ÇÜNKÜ SORUNUN SORULUŞ BİÇİMİNE GÖRE EĞER DERİNLİK DEĞİŞİYOR İSE KABIN ŞEKLİ SIVI BASINCINI DA ETKİLEYEBİLİR.

Şimdi kabın şekli ile ilgili örnekleri inceleyelim.

Kabın Şekli Sıvı Basıncını Etkilemez:

Elimizde 20 kg su ile 1 ton (1000 kg) su olsun. Bunları kaplar içerisine aynı yükseklikte koyalım.

İki kaptan da bir aynı derinliğe sahip bir nokta seçelim ve delelim. Fışkırma miktarlarını gözlemleyelim.

İki kaptan fışkıran su da aynı uzaklığa ulaştı. Çünkü iki kabın da derinliği aynı olduğu için BASINÇLARDA AYNIDIR.

Aşağıda K, L ve M ve N kapları verilmiştir. Bu kapların hepsine eşit yüksekliğe kadar su ile dolduralım.

Kapların tabanlarında oluşan su basınçları arasındaki ilişki nasıl olur?

Kapların tabanlarında oluşan sıvı basınçları birbirine eşittir. Çünkü bütün kaplarda aynı yoğunlukta olan su vardır ve suların derinlikleri aynıdır.

Kabın şekli sıvı basıncını etkiler:

Elimizde farklı şekillerde bulunan A, B ve C kapları vardır. Bu kaplardan A kabında 30 cm yüksekliğine kadar su bulunmaktadır.

30 cm yüksekliğindeki A kabındaki suyu B kabına döktüğümüzde su yüksekliği 15 cm oldu, bu durumda DERİNLİK AZALDIĞI İÇİN KABIN TABANINDAKİ BASINÇ AZALDI.

A kabındaki suyu C kabına döktüğümüzde su yüksekliği 50 cm oldu, BU DURUMDA DERİNLİK ARTTIĞI İÇİN KABIN TABANINDAKİ BASINÇ ARTTI denilebilir.

Bu iki etkinlikten de çıkartacağımız sonuç şudur. Basıncın kabın şekline bağlı olmadığı durumlar vardır. Fakat basınç kabın şekline bağlı olarak da değişebilir.

Şimdi kabın şekli gibi sorularda sizi şaşırtabilecek diğer değişkenlere göz atalım.

KABIN DURUŞ ŞEKLİ BASINCI NASIL ETKİLER?

Derinlikler ve sıvı cinsi – yoğunluk- aynı olduğu sürece KABIN DURUŞ ŞEKLİ SIVI BASINCINI DEĞİŞTİRMEZ. FAKAT BAZI DURUMLARDA:

Kabın duruş şekli derinliği değiştirebileceği için sıvı basıncı değişebilir.

Kabın duruş şekli basıncı değiştirebilir:

Örneğin içerisinde su bulunan şişe olsun. Şişe şekil 1’deki gibi dururken su yüksekliği 5 cm, şekil 2’deki gibi olunca 7 cm oldu. Şişe şekil 1’deki gibi dururken ve Şekil 2’deki gibi dururken şişe tabanındaki basınçlarını karşılaştıralım.

Su şişesini yan yatırdığımızda şişenin duruş şekli BASINCI ETKİLEMİŞTİR. ŞU ŞİŞESİ TERS ÇEVRİLİNCE DERİNLİK ARTTIĞI İÇİN TABANDA OLUŞAN BASINÇ ARTMIŞTIR.

Kabın duruş şekli basıncı değiştirmeyebilir:

Elimizde bulunan üstü kapalı bir kap su şekil 1’deki gibi verilmiştir. Bu kap içerisindeki su ile birlikte ters çevrilirse iki durumda da derinlikler eşit olacağı için kabın tabanlarındaki BASINÇLAR EŞİT OLUR.

Yukarıdaki etkinlikten de çıkartılacak sonuç: SIVI BASINCI KABIN ŞEKLİNE BAĞLI DEĞİLDİR.

AYNI DERİNLİKTEKİ SIVI MİKTARI BASINCI NASIL ETKİLER?

Aynı derinlikteki sıvı miktarı,

SIVILARIN YOĞUNLUĞU AYNI OLDUĞU SÜRECE DEĞİŞTİRMEZ.

AYNI DERİNLİKTEKİ SIVI MİKTARI BASINCI DEĞİŞTİRMEYEBİLİR:

Aynı derinlikteki sıvı miktarı miktarının fazla veya az olması demek 1 ton su ile 20 kg su ile inceleyelim.

İkisini de derinlikleri eşit olacak şekilde kaplara dolduralım. Derinliği 5 cm olan iki kabı da işaretleyelim. Sizce 5 cm derinlikte hangi kapta daha fazla su var.

1 ton su bulunan kabın 5 cm derinliğinde daha fazla miktarda su vardır. Fakat iki kapta da aynı cins sıvılar bulunduğu için ve derinlikleri eşit olduğu için bu miktarın fazla veya az olması BASINCI DEĞİŞTİRMEZ.

AYNI DERİNLİKTEKİ SIVI MİKTARI BASINCI DEĞİŞTİREBİLİR:

1 TON SU YERİNE

1 ton yağ ve 20 kg su kullanılsaydı.

ikisi de aynı derinlikte olacak şekilde kaplara boşaltılsaydı

1. kabın tabanına etki eden sıvı miktarı 2. kabın tabanına etki eden sıvı miktarından fazla olmasına karşın. Suyun yoğunluğu yağdan daha büyük olduğu için 2. kabın tabanındaki basınç daha fazladır. Yani dolaylı olarak da olsa aynı derinlikteki sıvı miktarı basıncı değiştirebilir sonucunu çıkartabiliriz.

BİLEŞİK KAPLAR:

Şekilleri veya kalınlıkları farklı olabilen kapların tabanlarının birleştirilmesi ile oluşan düzeneğe bileşik kap denir.

Bileşik kaplarda musluk açıldığında veya bileşik kaba sıvı doldurulduğunda şekli ve kalınlığı ne kadar farklı olursa olsun sıvı yükseklikleri her yerde eşit olacaktır.

Bileşik kaplar içerisinde aynı sıvı var ise musluk açıldığında veya sıvı döküldüğünde:

Bileşik kapların hepsindeki sıvı yüksekliği aynı olur ve kap tabanlarındaki basınçlar da birbirine eşittir.

Bileşik kaplarda birbirine karışmayan farklı sıvılar var ise musluk açıldığında veya sıvı döküldüğünde:

YOĞUNLUĞU BÜYÜK OLAN SIVI YOĞUNLUĞU KÜÇÜK OLAN SIVIYI İTTİRİR.

SON DURUMDA YOĞUNLUĞU BÜYÜK OLAN SIVININ YÜKSEKLİĞİ AZ

YOĞUNLUĞU KÜÇÜK OLAN SIVININ YÜKSEKLİĞİ FAZLA OLUR.

KABIN TABANINDAKİ BASINÇLAR İSE BİRBİRİNE EŞİT OLUR.

BUNUN SEBEBİ BİLEŞİK KAPLARDA SON DURUMDA BASINÇLAR EŞİTLENİR.

YOĞUNLUĞU BÜYÜK OLAN SIVININ BULUNDUĞU KAP TABANINDAKİ BASINÇ YOĞUNLUĞU KÜÇÜK OLAN SIVININ TABANINDAKİ BASINÇTAN BÜYÜK OLDUĞU İÇİN

YOĞUNLUĞU BÜYÜK OLAN SIVININ YÜKSEKLİĞİ AZALIR, YOĞUNLUĞU KÜÇÜK OLAN SIVININ YÜKSEKLİĞİ ARTAR ve BASINÇ HER İKİ KAPTA DA DENGELENMİŞ OLUR.

Bileşik kaplar nerelerde kullanılır:

Bileşik kap modeli, şehirlerdeki su şebekelerinde kullanılır. Su depoları genellikle yüksek yerlere yapılarak şehirlere su dağıtılır. Su seviyesi eşitlenmek isteyeceğinden su deposundan alçak yerlere su kolaylıkla ulaştırılır. Fakat su seviyesinden yüksekteki yerlere suyu çıkartmak için elektrikli pompa kullanılır.

PASCAL PRENSİBİ:

1623-1662 yılları arasında yaşamış olan Fransız bilim insanı Blaise Pascal (Bileys Paskal), sıvıların basıncı her yöne ilettiklerini bir yasa ile açıklamıştır.

Kapalı bir kaptaki sıvıya dışarıdan uygulanan basınç kabın iç yüzeyinin her noktasına eşit miktarda dağılır. Bu Pascal Prensibinin en temel ilkesidir.

Karıştırmayalım: Pascal Prensibi sıvıların basıncı iletmesi ile ilgilidir. Sıvılar bulundukları kap veya yerde derinlik ve yoğunluklarından dolayı bir basınca sahiptir. Bu basınç ile dışarıdan uygulanan basıncı karıştırmayalım. Dışarıdan uygulanan basınç sıvı sayesinde istenilen noktaya iletilebilir.

Aşağıdaki şekilde pistonlu bir kap bulunmaktadır. Bu kabın a, b ve c noktalarındaki basınçlardan en büyük olanı a noktasına etki eden basınçtır. Çünkü a noktasının derinliği daha fazladır. c noktasına uygulanan basınç değeri ise en azdır.

Yukarıdaki pistonlu kaba dışarıdan bir basınç uygulanırsa a, b ve c noktalarındaki basınçların büyüklük sıralamaları değişmez. Çünkü piston ile uygulanan basınç her noktaya eşit olarak dağılır.

Örneğin

a noktasındaki basınç = 10 Pascal

b noktasındaki basınç = 15 Pascal

c noktasındaki basınç = 20 Pascal

olsun.

Dışarıdan pistona uygulanan basınç 100 Pascal değerinde ise bu basınç suyun temas ettiği tüm yüzeylere eşit olarak dağılır. Yani a, b ve c noktalarındaki basınca 100 Pascal daha eklenir.

Pistona kuvvet uygulandıktan sonraki basınç değerleri:

a noktasındaki basınç = 110 Pascal

b noktasındaki basınç = 115 Pascal

c noktasındaki basınç = 120 Pascal

olur.

Basınçların büyüklükleri arasındaki sıralama değişmez.

Dışarıdan uygulanan bir basınç sıvı tarafından her tarafa eşit büyüklükte iletilir. Bu prensibi test etmek için bir balonun içerisine su doldurun ve balona özdeş delikler açın. Balona elinizle basınç uyguladığınızda suların fışkırma miktarlarını gözlemleyin. Siz balona kuvvet uyguladığınızda hepsi aynı miktarda mı fışkırıyor?

Balondaki tüm deliklerden suyun fışkırma miktarı aynıdır. Çünkü balondaki su elimizle uyguladığımız basıncı her yöne aynı şekilde iletir.

Sıvıların basıncı her yöne eşit büyüklükte iletme prensibinden gündelik hayatta birçok alanda yararlanılır.

Su cenderesi, hidrolik fren sistemi, hidrolik krikolar, berber ve makam koltukları, itfaiye merdiveni, damperli kamyon, iş makinelerinin hareket aksamlarında kullanılır.

Hidrolik Fren Sistemi:

Fren pedalına hafif bir dokunma ile ton ağırlığa sahip araçları durdurabiliriz. Gündelik yaşamda sürekli bindiğimiz otomobil, otobüs, kamyon ve tır gibi araçlarda yaygın olarak kullanılan frenleme sistemine Hidrolik Fren Sistemi denir. Hidrolik fren sistemi Pascal Prensibine göre çalışır.

Hidrolik fren sisteminde, fren pedalına uyguladığımız basınç fren sıvısı ile balatalara iletilir, balatalar da diskleri sıkıştırarak aracın durmasını sağlar.

Kaynak: https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/hidrolik-fren-sistemi-tasarlayalim

Su Cenderesi

Kesin alanları, büyüklükleri farklı iki kabın tabanları tarafından birleştirilmesi ile oluşan sisteme Su Cenderesi denir. Su cendereleri Pascal Prensibinin sıvılar basıncı her yöne aynen iletir lkesine dayanarak tasarlanmıştır.

Su cenderelerinde iki kapta yukarı aşağı hareket edebilen pistonlar bulunur. Bir pistona basınç uyguladığımızda diğeri yukarı kalkar.

Su cenderelerinde iki kabın tabanları birleştirilir ve içerisinde sıvı vardır.

Küçük piston genellikle kuvvet uygulanan kol olur. Büyük pistona ise kaldırmak istediğimiz büyük ağırlıklı cisimler koyulur. Büyük ağırlıklı cisimleri küçük bir kuvvet ile kaldırabiliriz.

Örneğin küçük bir kuvvet ile şekildeki arabayı cendere kullanarak kaldırabiliriz.

Örneğin bir maymun bir fili su cenderesi kullanarak kaldırabilir. Su cenderesinin küçük pistonuna maymun, büyük pistonuna ise fili koyarsak bu sistem ile fil havaya kalkabilir.

UNUTMAYALIM: SU CENDERESİNDE KÜÇÜK KUVVET İLE BÜYÜK BİR KUVVET ELDE EDERİZ FAKAT İKİ PİSTONDAKİ BASINÇLAR BİRBİRİNE EŞİTTİR.

KÜÇÜK PİSTONDA UYGULANAN KÜÇÜK KUVVET BÜYÜK PİSTONDA BÜYÜK KUVVETE NEDEN OLUR.

İKİ PİSTONDA DA BASINÇLAR EŞİTTİR.

Tebrikler sıvı basıncı konu anlatımını bitirdin. Şimdi sıra çalışma kağıtlarında.8. Sınıf 3. Ünite Sıvı Basıncı Çalışma Kağıdı ve 8. Sınıf 3. Ünite Sıvı Basıncı 2 Çalışma Kağıdını çözerek öğrendiklerini pekiştirebilirsin. Başarılar.