Merhaba sevgili Bilgeyik okurları, fizik yazıları serimize bir yazıyla kısa bir ara vermiştik. Kaldığımız yerden devam ediyoruz. Bugün ilk önce katı, sıvı ve gazların basıncını inceleyecek ardından da manometrelere göz gezdireceğiz. Umarım ki verimli ve güzel bir yazı olur, öyleyse başlayalım.
Basınç nedir?
Basınç üzerine birçok şey biliyor olabiliriz ama daha önce bu soruyu düşündük mü acaba? Kuvvetle basıncın farkı nedir? Basıncı kabaca kuvvetin etkisi olarak ifade edebileceğimizi düşünüyorum. Bir yere uygulanan kuvvetin uygulandığı yerin alanına bölünmesiyle hesaplanır. Basınç diye bir şey olmasa çok iyi olabilirdi aslında, bu zamana kadar hiç kan dökülmemiş, savaşılmamış veya kavga edilmemiş olabilirdi. Örnek veriyorum; mesela birinin yüzüne 20 Newtonluk bir yumruk attığınızı düşünün. Etki-tepki yasasına göre yumruk attığınız kişinin yüzü de sizin elinize 20 Newtonluk bir kuvvet uygular. Ancak sizin yumruğunuzun alanı daha küçük ve sivri olduğundan karşıdaki kişi daha çok acı çeker, çünkü daha fazla basınca maruz kalmıştır. Basınç kavramını açıkladığımıza göre basıncı maddenin hallerine göre inceleyelim.
Katı basıncı
Yukarıda aslında açıkladık katı basıncını. Uygulanan kuvvetin, kuvvetin uygulandığı yüzeyin alanına bölünmesiyle bulunur. Küçük bir ayrıntı var ki uygulanan kuvvetin dik olması gerekir, tam olarak dik bir şekilde uygulanmadıysa kuvvet, dik bileşeni bulunur ve ona göre işlem yapılır. Şayet dik kuvveti yoksa da kuvvet uygulanmış olmaz :) Birimi Pascal'dır, P harfi ile gösterilir, türetilmiş bir büyüklüktür ve skalerdir. Son cümle size pek bir anlam ifade etmediyse buradaki yazımdan bilgi alabilirsiniz. Şimdi katı basıncının formülünü verelim.
Sıvı basıncı
Bir kaptaki durgun sıvılar dokundukları her yöne basınç uygularlar. Basıncın değeri yükseklik ile doğru orantılıdır. Yani suyun içinde aşağıya doğru gittikçe maruz kalınan basınç artar. Yine sıvının yoğunluğu ile doğru orantılıdır. Peki neden? Yoğunluğun kütlenin hacme bölünmesiyle bulunduğunu biliyoruz. Peki neden daha yoğun sıvıların aynı yükseklikte basınçları daha yüksek? Çünkü basıncın temelde uygulanan kuvvetle yani ağırlıkla doğru orantılı olduğunu söylemiştik. Yoğunluk da kütle ile, yani doğal olarak ağırlıkla doğru orantılı olduğu için. Yukarıdaki cümleleri anlamakta zorluk yaşadıysanız yine buradaki yazımı okumanızı tavsiye ederim. Şimdi formülü verelim.
P = hdg
Formüldeki "g" kütle çekim ivmesidir.
Bir kapta yükseklikleri farklı olan iki ayrı delik açtığınızda, altta bulunan delikten çıkan su daha hızlı çıkar ve daha ötedeki bir mesafeye gider. Bunun sebebi basınçtır, basıncın yükseklik ile doğru orantılı olmasından kaynaklanır.
Gaz basıncı
Gazlar bulundukları kabın yüzeyinin her noktasına çarparlar. Çarpan bu moleküllerin uyguladıkları etkiye gaz basıncı denir. Teorik olarak kabın her yerine eşit sayıda molekül çarptığı için, kabın her yerindeki gaz basıncı eşittir diyebiliriz. Gaz basıncını açıklamak için ilk önce formülü vermeyi ardından her bir niceliğin etkisini açıklamak istiyorum.
P . V = n . R . T
P: Basınç
V: Hacim
n: Mol (Madde miktarı)
R: İdeal Gaz sabiti
T: Sıcaklık
Buradaki her bir niceliği incelerken diğer niceliklerin sabit olduğunu varsayacağız, böylece her bir niceliğin basınca etkisini incelemiş olacağız. Kapalı bir kap ve içinde biraz gaz olduğunu farz edelim ve incelemeye başlayalım.
- Eğer biz kabın hacmi dışındaki her şeyi sabit tutarsak ve kabın hacmini artırırsak basınç azalır. Çünkü gaz moleküllerinin çarpması gereken yer artar.
- Eğer biz mol, yani madde miktarı dışındaki her şeyi sabit tutarsak ve mol'ü yani madde miktarını artırısak basınç artar. Çünkü aynı yere çarpması gereken molekül sayısı artar.
- Eğer biz sıcaklık dışındaki her şeyi sabit tutarsak ve sıcaklığı artırırsak basınç artar. Çünkü sıcaklığın artması demek gaza ısı verilmesi demektir ve ısı da bir enerji türüdür. Isı alan madde hızlanır. Gaz moleküllerinin kap çeperlerine daha hızlı çarpması demek de basıncın artması demektir.
Dikkat ettiğiniz gibi yukarıda R, yani ideal gaz sabitini açıklamadık. R her ne olursa olsun sabit kalır. Adı üstünde bir sabittir :)
Boyle-Mariotte yasası
Madde miktarı ve sıcaklığı sabit olan gazın basınç ve hacim çarpımının hep sabit olması demektir. Peki ama nasıl ve neden? Bunu birkaç matematiksel işlemle açıklayabiliriz. Yasanın geçerli olması için tek şart var; Madde miktarı yani mol ve sıcaklık sabit olacak. Zaten R de bir sabitti. Bu durumda P . V değeri sabit bir değer olmak zorundadır. Bu da mol ve sıcaklık dışında neyi değiştirirsek değiştirelim bize basınç ve hacmin eşit olacağını söyler. Bir görselle pekiştirebiliriz.
Manometreler
Kapalı kaplardaki gazların basıncını ölçmek için kullanılan aletlere manometre denir. Temel prebnsibi hangi gazın basıncının daha fazla olduğu üzerine kurulmuştur.
Fotoğraftan bir örnek vermek gerekirse; ilk örnekte kapalı kaptaki gaz basıncı o denli kuvvetli ki civayı h kadar yukarı kaldırmış. Bu durumda kapalı kaptaki gazın basıncı h cmhg kadardır. Bir sağındaki örnekte ise, açık hava basıncı kapalı kaptaki gazın basıncını yenmiş, h kadar ittirmiş. Bu durumda kapalı kaptaki gazımızın basıncı, açık hava basıncından h cmhg kadar daha düşüktür.
