Bir cismi hava yerine suyun içinde kaldırmak istersek suyun içinde daha küçük bir kuvvetle kaldırabildiğimizi görürüz.
Aynı şekilde dinamometrenin suyun içindeki ölçtüğü değer, havadakine göre daha azdır.Bunun sebebi, suyun cisme yukarı yönlü, ağırlığı hafifletici bir kuvvet uygulamasıdır.
Suyun kaldırma kuvvetini Archimedes isimli bilim adamı bulmuş olup, Archimedes prensibi diye de anılır.Aslında bütün sıvılar, içindeki cisimlere yukarı yönlü kuvvet uygular. Bu kuvvet daima yerden yukarı yönlü bir kuvvettir.
Kaldırma kuvveti Fk sembolü ile ifade edilir.Vektörel bir büyüklüktür.
Kaldırma Kuvveti:Sıvı içinde bulunan cisimlere sıvı tarafından yukarı yönlü uygulanan kuvvete kaldırma kuvveti denir.
Kaldırma kuvveti; cisim tarafından yeri değiştirilen sıvının ağırlığına eşittir.Birimi Newton ve dyn dir.
Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü şunlara bağlıdır:
1)Cismin batan kısmının hacmine(Vb)
2)Sıvının yoğunluğuna (ds)
3)Ortamın çekim ivmesine (g) bağlıdır.
Kaldırma Kuvveti : (Cismin batan hacmi ) x (Sıvının yoğunluğu ) x (Yer çekimi ivmesi)
Fk = Vb . ds . g
Yukardaki resimde iki ayakkabı görüyoruz. Bu ayakkabıları ayrı ayrı giyen bir bayanın kumlu bir yolda yürüdüğünü düşünün.
Hangi ayakkabı yere daha çok batar?
Tabiki kırmızı ayakkabı yete daha çok batar. Aynı ağırlık uygulanmasına karşın basınçlar farklı olmaktadır.
Basınç kuvvetin temas ettiği alanın büyüklüğüyle alakalıdır.
Basıncın formülü basitçe şöyledir:
Basınç = Kuvvet / Yüzey alanı
Kuvvet birimi Newton’dur. ( N )
Alan birimi metrekare’dir. ( m² )
Basınç birimi ise N/m² veya Pascal(Pa)’dır.
Yukarıdaki araçlar basıncın etkisini azaltan veya arttıran özelliklerde tasarlanmışlardır.
Hepimiz çiviyle yapılan gösterileri izlemişizdir. Bu gösterilerde sivri çiviler yan yana dizilir ve gösteri yapan kişi çiviler üzerine uzanır. Tek başına bir insanı yaralayabilecek olan çiviler çok sayıda olduğunda yüzey alanı ( A ) artar ve basınç azalır. Bu sayede göstericiye hiçbir şey olmaz.
Sıvılar da katı ve gazlar gibi basınç oluşturma etkisine sahiptir. Bir sıvının basıncı derinlik, sıvı özkütlesi ve yer çekimi ivmesine bağlıdır. Tüm sıvılar içinde bulunan cisimlere bir basınç uygularlar. Suda yüzdüğünüzü düşünün. Bu durumda derinlere daldıkça üzerinizde bulunan su vücudunuza bir baskı yapması doğaldır. Ne kadar derine inerseniz üzerinizdeki su kütlesi artar ve doğal olarak üzerinize yapılan baskı da artar. İşte bu baskı sıvı basıncından kaynaklanmaktadır.
Sıvı basıncının Formülü
Sıvı basıncı hesaplanırken basıncı hesaplanacak noktanın derinliği (h), sıvının yoğunluğu (dsıvı) ve yer çekimi ivmesi bilinmelidir.
Psıvı = h.d.g
Sıvı basıncı kabın her yönünde etki eder
Yandaki resimde sıvı basıncının her yönde aynı etkiyi gösterdiği anlatılıyor. Resme dikkatli baktığımızda basınç ölçerlerin ucu hangi tarafa çevrilirse çevrilsin göstergelerde okunan değer değişmiyor. Bu da bize sıvı basıncının her yönde eşit büyüklükte olduğunu kanıtlıyor. Burada dikkat etmemiz gereken ölçüm yapılan noktaların derinliklerinin aynı olduğu. Eğer derinlik değişseydi ölçülen basınçlar da değişirdi.
Sıvı Basıncına Derinliğin Etkisi
Sıvının derinliği arttıkça oluşturduğu basınç değeri artar. İçi sıvı dolu bir kabın farklı noktalarını deldiğimizde deliklerden fışkıran sıvıların tazyikleri farklıdır. eEn alttaki delikten fışkıran suyun tazyiki diğerlerinden daha fazladır. Bu da bize derinlik arttıkça sıvı basıncının arttığını kanıtlar.
Sıvı basıncı kabın şekline bağlı değildir.
Sıvıların basıncı kabın şekli değişse dahi sabit kalır. Sıvı basıncı formülüne baktığımızda derinlik, özkütle ve yer çekimi ivmesinden başka hiçbir faktör sıvı basıncını etkilememektedir. Yanda görülen resim “birleşik kaplar” olarak adlandırılır. Bu kapta farklı şekil ve kalınlıkta 3 bölüm bulunmaktadır. Bu bölümlerdeki sıvıların hepsinin aynı hizada olması şeklin önemsiz olduğunu kanıtlamaktadır.
Bilim insanı Bleyz Pascal, kapalı bir kapta sıvıya uygulanan basıncın bu sıvının her yönüne uygulandığını söylemiştir. Paskal(pascal) prensibi olarak anılan bu etkiden yararlanarak pek çok makine yapılmıştır. Tulumbalar, Hidrolik frenler, vinçler, itfaiye merdivenleri gibi makineler sıvı basıncıyla çalışmaktadır.
Yukardaki resim otomobil tamirhanelerinde araçları kaldırmak için uygulanan bir yöntemi gösteriyor. Pascal Prensibine göre çalışan bu kaldıraçta küçük pistondan uygulanan kuvvet (Fa) sıvıya iletilmekte, sıvı da bu basıncı doğrudan diğer pistona ileterek arabanın havaya kalkmasını sağlamaktadır.
Yüzerken suyun vücudumuza uyguladığı basınca benzer olarak hava da bedenimize bir basınç uygulamaktadır. Bunu daha iyi anlayabilmek için havadan oluşan bir denizin dibinde yaşadığımızı düşünebilirsiniz. Tıpkı suyun içindeki nesnelere basınç uygulamasında olduğu gibi hava da içindeki nesnelere basınç uygulamaktadır.
Hava basıncının etkisini pet şişeler üzerinde yapılan gözlemlerde rahatlıkla görebiliriz. Pet şişenin içindeki ve dışındaki gaz basıncı birbirine eşit olmalıdır. Eğer içindeki gaz alınırsa pet şişe dış basınca eşit bir iç basınç oluşuncaya dek büzüşür.
Yandaki resimde iki şişedeki gaz basıncı da birbirine ve hava basıncına eşittir. Ama sağdaki kabın havası alındığı için aynı basıncı sağlamak için daha küçük bir hacme sahip olması gerekir.
Gaz basıncının varlığını kanıtlamak için ters bardak deneyini yapabiliriz. Bu deneyde bir bardak ağzına kadar suyla doldurulur ve bir kağıt bardağın üzerine kapatılır. Kağıdı elimizle tutup yavaşça ters çevirdiğimizde suyun dökülmediğini görebiliriz. Kağıdın düşmesini engelleyen havanın uyguladığı gaz basıncıdır.
Gazların basıncını göstermek için pek çok deney yapılabilir. Bunlara bir örnek olarak yandaki resimleri inceleyebilirisiniz. Bu resimlerde bardakların içindeki basınç hava basıncıbndan düşük olduğu için balona sıkıştırılır ve düşmeden durur.
Gaz basıncı tüm gazlar için ortak bir kavramdır. Dünyamızı saran atmosfer tabakası da bir gaz olduğuna göre soluduğumuz havanın da bir basıncı vardır. İşte bardakları tutan bu basınçtır. Atmosferin içindeki cisimlere uyguladığı basınca açık hava basıncı veya atmosfer basıncı denir.
Açık hava basıncı üzerinde ilk deneyleri yapan Torricelli(Toriçelli) ‘dir.
Toriçelli açık hava basıncını göstermek için 1metre uzunluğunda içi cıva dolu cam bir boru kullanmıştır.
Bu deneyde civa dolu boru içi yine civa dolu kaba ters çevrilip ucu açıldığında, civanın bir kısmı kaba boşalmış ama bir miktarı hala boruda kalmıştır. İşte bu borudaki civa seviyesi milimetreyle ölçülerek açık hava basıncı milimetre/cıva (mm/Hg) cinsinden bulunmuştur. Deniz seviyesinde, 0 santigrat derecede atmosfer basıncı 760 mmHg olarak kabul edilmiştir.
Atmosfer basıncının insanlar üzerine etkisi
Uzaya çıkan insanlar bu nedenle basınç dengeleyici elbiseler giymek zorundadır. Çünkü uzayda vucut içi sıvı basıncımızı dengeleyecek bir hava basıncı bulunmamaktadır.
Günlük hayatta gaz basıncından yararlanarak pek çok alet geliştirilmiştir. Özellikle gazların itici etkisinden yatrarlanılan aletler yoğun olarak kullanılmaktadır. Deodorantlarda, traş köpüklerinde, yangın söndürme tüplerinde, bisiklet pompalarında, mutfak tüplerinde, otomobil hava yastıklarında hep gaz basıncından yararlanılır.
Açık hava basıncı yükseğe çıktıkça azalır, deniz seviyesine inildikçe artar.
Açık hava basıncı nasıl ölçülür? Toriçelli’nin kullandığı can çubukla aynı şekilde çalışan Barometre isimli aletler açık hava basıncını ölçmekte kullanılırlar.
Kapalı kaplardaki gaz basıncı ise Manometre isimli aletlerle ölçülür.