Sıvı basıncı

Sıvı Basınç Malzemesi

Fizikte basınç, kuvvetin yönünün yüzey alanına dik olduğu, birim alan başına düşen kuvvet olarak tanımlanır. Matematiksel olarak basınç, P = F/A denklemiyle ifade edilir; burada P = basınç, F = kuvvet ve A = yüzey alanıdır. Kuvvetin (F) birimi Newton (N), alanın birimi ise metrekaredir (m² ⁾ . Basınç, birim alan başına düşen kuvvet olduğundan, basınç birimi N/m²'dir ^{. N/ m²'nin} diğer bir adı paskal (Pa)'dır. Paskal, Blaise Pascal'ın anısına basınç birimi olarak kullanılır.

Durgun haldeki bir sıvı, temas ettiği tüm yüzeye dik bir kuvvet uygular. Örneğin, bir bardaktaki suyu düşünün; suyun her bir parçası, bardağın duvarına dik bir kuvvet uygular. Bu nedenle, suyun her bir parçası, kapladığı kabın her birim alanına dik bir kuvvet uygular. Bu, durgun haldeki bir sıvının önemli bir özelliğidir. Bir sıvı, kuvvetin dik olmadığı bir yüzeye kuvvet uyguladığında, yüzey de dik olmayan bir tepki kuvveti uygular. Bu, sıvının akmasına neden olur. Ancak gerçekte, sıvı durgun kalır. Bu nedenle, durgun haldeki bir sıvıda, kuvvet her zaman kapladığı kabın yüzeyine diktir.

Durgun haldeki bir sıvının bir diğer önemli özelliği de her zaman her yöne basınç uygulamasıdır. Bunu daha iyi anlamak için, yüzen bir cismi bir su kabına koyun. Su tamamen durgunsa, cisim hareketsiz kalacaktır çünkü tüm yüzeyine uygulanan basınç eşittir. Su basıncı eşit değilse, cismin hareket etmesine neden olacak net bir kuvvet oluşacaktır.

Derinliğin basınca etkisi

Derinlik veya yükseklik sıvı basıncını nasıl etkiler? 10 metre derinlikteki deniz suyunun basıncı, 100 metre derinlikteki deniz suyunun basıncıyla aynı mıdır? Şekilde gösterildiği gibi bir kaptaki su basıncını ele alalım. Sıvı sütununun yüksekliği h ve kesit alanı A olsun. Kabın dibindeki su basıncı nedir?

w = suyun ağırlığı, h = silindirik bir kaptaki su sütununun yüksekliği, A = yüzey alanı ve P = basınçtır.

Bilgi:
w = yerçekimi
ρ = yoğunluk
m = kütle
g = yerçekimi ivmesi
V = hA = sıvı sütununun hacmi (h = yükseklik, A = yüzey alanı)

Bunu basınç denklemine yerleştirirsek şunu elde ederiz:

p = ρ gh → Denklem 1 (kapalı kap)
p = pa + ρ gh → Denklem 2 (açık kap)

Bilgi:
pa = Atmosfer basıncı
ρ gh = Hidrostatik basınç

Yukarıdaki resimde atmosfer basıncı gösterilmemiştir, ancak gerçekte su içeren kap açık bırakılırsa, atmosfer basıncı da suyun yüzeyine aşağı doğru etki eder.

Yukarıdaki denkleme göre, basıncın sıvının yoğunluğu ve derinliğiyle doğru orantılı olduğu görülmektedir (yerçekimi ivmesi sabit kalır). Sıvının derinliği arttıkça basınç da artar. Sıvılar, üzerlerindeki sıvının ağırlığı nedeniyle neredeyse sıkıştırılamazdır, bu nedenle sıvının yoğunluğu sabit kalır. Yükseklik farkı çok büyükse (örneğin, çok derin deniz suyunda), yoğunluk biraz değişir. Bununla birlikte, yükseklik farkı çok büyük değilse, sıvının yoğunluğu esasen aynıdır veya fark o kadar küçüktür ki ihmal edilebilir.

Yukarıdaki denklemi farklı derinliklerdeki basınç farkını hesaplamak için de kullanabiliriz. Yukarıdaki denklem şu şekilde yeniden yazılabilir:

Atmosfer Basıncı

Sualtı dalışı yaptığımızda, tüm vücudumuz suyla kaplanır. Ne kadar derine dalarsak, hissettiğimiz basınç o kadar artar. Aslında, her gün atmosferle de çevriliyiz ve tıpkı sualtında olduğumuz gibi, atmosfer vücudumuzun her yerine sürekli baskı uyguluyor. Tıpkı deniz suyunda olduğu gibi, Dünya yüzeyi de atmosferin "deniz dibi"ne benzetilebilir. Atmosferin de her zaman vücudumuzun her yerine baskı uyguladığı doğruysa, neden deniz dibindeymişiz gibi bunu hissetmiyoruz? Vücudumuzun hücreleri, dış basınca neredeyse eşit bir iç basıncı korur. Bu nedenle bu basınç farkının etkilerini hissetmiyoruz.

Dünya'nın atmosfer basıncı da irtifaya göre değişir. Ancak atmosfer basıncı, sıvıların basıncından biraz farklıdır. Sıvıların yoğunluğundaki değişim, derinlikteki küçük farklılıklar için çok küçüktür, bu nedenle sıvıların yoğunluğunun aynı olduğu varsayılır. Bu, Dünya atmosferinin yoğunluğundan farklıdır. Dünya atmosferinin yoğunluğu irtifaya göre önemli ölçüde değişir. Farklı irtifalardaki hava yoğunluğu farklıdır, bu nedenle yukarıda türetilen denklem kullanılarak atmosfer basıncı hesaplanamaz. Ayrıca, irtifanın ölçülebileceği net bir atmosfer sınırı da yoktur. Atmosfer basıncı ayrıca hava koşullarına göre de değişir. Atmosfer basıncını belirlemek için ölçümler yaparız.

Basınç Ölçümü

Galileo'nun öğrencisi Evangelista Torricelli (1608–1647), 1643 yılında cıva barometresi kullanarak atmosfer basıncını ölçme yöntemini geliştirdi. Barometre, cıva ile dolu uzun bir cam tüpten oluşuyordu. Cıva dolu cam tüp, yine cıva ile dolu bir kaba ters çevrilerek yerleştiriliyordu.

Cıva içeren bir cam tüp ters çevrildiğinde, tüpün ucu cıva ile dolmaz, sadece basıncı ihmal edilebilecek kadar küçük olan cıva buharı içerir (p).₂ = 0). Plakadaki cıvanın yüzeyinde aşağı doğru yönlendirilmiş bir atmosfer basıncı vardır (atmosfer, plakadaki cıvaya baskı yapar). Bu atmosfer basıncı, cam tüpteki cıva sütununu destekler. Resimde, atmosfer basıncı p ile sembolize edilmiştir._o Atmosfer basıncının büyüklüğü şu denklem kullanılarak hesaplanabilir:

p _o = ρ gh

Ölçüm sonuçlarına göre, deniz seviyesindeki ortalama atmosfer basıncı 1,013 x 10'dur.⁵ N / m²Deniz seviyesindeki atmosfer basıncının büyüklüğü, başka bir basınç birimi olan atm'yi (atmosfer) tanımlamak için kullanılır. Dolayısıyla 1 atm = 1,013 x 10⁻³⁵ N / m² = 101,3 kPa (kPa = kilopaskal). Basıncın bir diğer birimi ise bar'dır (genellikle meteorolojide kullanılır). 1 bar = 1,00 x 10⁶⁵ N / m² = 100 kPa.

Yukarıdaki atmosfer basıncı değeri nasıl elde edilmiştir?
Ölçüm, yukarıda Torricelli tarafından gösterilen prensibi kullanır. Kullanılan cıva sütununun yüksekliği 76 cm'dir (atmosfer basıncı yalnızca 76,0 cm yüksekliğindeki bir cıva sütununu destekleyebilir), kullanılan cıvanın sıcaklığı ise tam olarak 0°C'dir. ^oC ve yerçekimi ivmesinin büyüklüğü 9,8 m/s²'dir.²Bu durumda cıvanın yoğunluğu 13,6 x 10'dur.³ kg /³Atmosfer basıncı:

Basınç göstergesi

Basıncı ölçmek için kullanılan birçok alet vardır, bunlardan biri de açık tüplü manometredir.

U şeklinde bir tüpe sahip açık tüplü manometrede, tüp kısmen sıvı (cıva veya su) ile doldurulur. Ölçülen basınç, tüpe yerleştirilen sıvıların iki yüksekliği arasındaki farkla ilişkilidir. Basınç şu denklem kullanılarak hesaplanır:

Genel olarak, hesaplanan şey ρ gh'nin çarpımı değil, sıvının yüksekliğidir (h), çünkü basınç bazen milimetre cıva (mm Hg) veya milimetre su (mm H) cinsinden ifade edilir.₂O). mm Hg'nin bir diğer adı da torr'dur (Evangelista Torricelli'nin anısına).

Manometrelerin yanı sıra, mekanik ve elektrikli aneroid barometreler, lastik basınç ölçerler vb. gibi başka ölçüm cihazları da vardır. Torricelli'nin atmosfer basıncını ölçmek için kullandığı alete de cıva barometresi denir; bu cihazda cam bir tüp cıva ile doldurulur ve daha sonra yine cıva içeren bir plakaya ters çevrilir.

Nominal Basınç, Gösterge Basıncı ve Mutlak Basınç

Araç lastiklerine hava basarken genellikle hava basınç ölçer kullanılır. Bu, lastik basıncının çok düşük veya çok yüksek olmamasını sağlar. Lastiklere hava basarken sadece lastiğin içindeki hava basıncı ölçülür. Atmosfer basıncı dikkate alınmaz. Sadece lastik basıncı ölçümünde değil, diğer birçok basınç ölçümünde de atmosfer basıncı ölçülmez. Bu ölçülen basınca ölçülen basınç denir. Peki, bunun mutlak basınçtan farkı nedir?

Mutlak basınç = atmosfer basıncı + ölçülen basınç. Dolayısıyla mutlak basıncı elde etmek için ölçülen basıncı atmosfer basıncına ekleriz. Başka bir deyişle, mutlak basınç = toplam basınç. Matematiksel olarak bu şu şekilde yazılabilir:

p = pa + p ölçüsü

Örneğin, ölçtüğümüz lastik basıncı 100 kPa ise, mutlak basınç şu şekildedir:
p = pa + p ölçüsü
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
Mutlak basınç = 201 kPa.

Bir başka terim daha var: gösterge basıncı. Gösterge basıncı, atmosfer basıncının üzerindeki fazla basınçtır. Örneğin, motosiklet lastiği basıncını ele alalım. Bir motosiklet lastiği havası indirildiğinde, lastiğin içindeki basınç atmosfer basıncına eşittir (Atmosfer basıncı = 1,01 x 105⁵ Pa = 101 kPa). Lastik hava ile doldurulduğunda, lastik basıncı doğal olarak artar. Lastik basıncı 101 kPa'yı aştığında, bu fazla basınca gösterge basıncı da denir.

Sıvı Basıncı Örnek Soruları

Örnek soru 1:

Bir denizaltı 200 metre derinliğe dalıyor. Denizaltının maruz kaldığı basınç nedir?
Dalış mı? g = 10 m/s²
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
Derinlik (h) = 200 m
Deniz suyunun yoğunluğu (ρ) = 1,03 x 10³ kg /³ = 1030 kg / m³ (yoğunluk tablosuna bakınız)
Atmosfer basıncı (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ N / m² = 1 x 10⁵ (Kg m/s²)/M² = 1 x 10⁵ Kg/ms²
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/s²
Soruldu: Basınç
Cevap :

Kap açık olduğundan atmosfer basıncı hesaplamalara dahil edilmemiştir.

Örnek soru 2:

10 metre yüksekliğindeki bir su deposu suyla doldurulmuştur. Su deposunun yüzey alanı...
Kapalı haldeyken, kabın dibindeki su basıncı nedir? g = 10 m/s²²
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
Yükseklik (h) = 10 m
Suyun yoğunluğu (ρ) = 1,00 x 10³ kg /³ = 1000 kg / m³
Atmosfer basıncı (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ N / m² = 1 x 10⁵ (kg m/s²) / M² = 1 x 10⁵ Kg/ms²
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/s²
Soruldu: Basınç
Cevap :

Kap kapalı olduğundan atmosfer basıncı hesaplamalara dahil edilmemiştir.

Örnek soru 3:

Sağdaki su sütununun yüksekliği 50 cm, soldaki diğer sıvı sütununun yüksekliği ise 30 cm'dir. Diğer sıvının yoğunluğu nedir?

Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/s²
Su seviyesi (h)₁) = 50cm
Suyun yoğunluğu (ρ₁) = 1,00 x 10³ kg /³ = 1000 kg / m³
Diğer sıvı yüksekliği (h)₂) = 30cm
Diğer sıvıların yoğunluğu (ρ₂) = ?

pa + ρ₁ gh₁ = pa + ρ₂ gh₂

Atmosfer basıncı (Pa) ve yerçekimi ivmesi (g) aynı olduğundan birbirlerini götürürler.

Örnek soru 4:

Bir cam tüpün içinde 10 cm yüksekliğinde bir sıvı bulunmaktadır. Tüpün tabanındaki su basıncı 1200 N/m'dir.²Eğer g = 10 m/s² ise²Hava basıncını ihmal edin. Sıvının yoğunluğu nedir?
A. 800 kg/m³
B. 900 kg/m³
Yaklaşık 1000 kg/m³
Yoğunluk: 1200 kg/m³
E. 1300 kg/m³
Pembahasan:
Bilinen :
Ketinggiyen sıvı (h) = 10 cm = 0,1 metre
Su basıncı (P) Tüpün tabanındaki tork = 1200 N/m²
Yerçekimi İvmesi (g) = 10 m/s²
Soruldu :
Yoğunluk sıvı?
Cevab :

Yoğunluk Sıvının yoğunluğu 1200 kg/m³'tür.³.
Doğru cevap D şıkkıdır.

Örnek soru 5:

Birbirine bağlı kaplardaki cıvanın yüzey alanları arasında 3 cm'lik bir fark vardır. Cıvanın yoğunluğu 13,6 gr/cm³'tür.³Soldaki tüpteki sıvının yüksekliği 10 cm'dir. Sıvının yoğunluğu nedir?
A. 800 kg/m³
B. 1030 kg/m³
Yaklaşık 1080 kg/m³
Yoğunluk: 1300 kg/m³
E. 1360 kg/m³

Pembahasan:
Bilinen :
Merkür'ün yüksekliği (h) = 3 cm = 0,03 m
Cıvanın yoğunluğu = 13,6 gr/cm³³ = 13600 kg / m³
Sıvının yüksekliği (h) = 10 cm = 0,1 m
Soruldu :
Yoğunluk sıvı?
Cevap :
Sistem statik denge durumundadır, dolayısıyla sıvı basıncı (sol tüp) = cıva basıncı (sağ tüp)
P_Udara + P_sıvı = P_Udara + P_raksa
Hava basıncı aynı olduğundan denklemden çıkarılır.

P_sıvı = P_Udara

Doğru cevap C şıkkıdır.