Sıvı Basıncı Rehber
FizikOrtaOkuma süresi: 3 dk
Genel Bakış
Derin deniz dalgıçları neden ağır basınca dayanıklı giysiler giymek zorundadır? Barajlar neden tabanda daha geniş inşa edilir? Cevaplar sıvının derinliklerinde yatar. Bu deney, sizi su altına götürmek ve sıvı basıncını belirleyen 'üç temel değişkeni' sezgisel olarak ölçmek ve keşfetmek için bir mikro manometre (U-tüpü manometre) kullanır.
Arka Plan
Sıvı basıncının incelenmesi, Fransız bilim insanı Blaise Pascal'dan (1623–1662) ayrılamaz. 1648'de Pascal ünlü 'Fıçı Deneyi'ni gerçekleştirdi: Suyla dolu kapalı bir tahta fıçının tepesine uzun, ince bir tüp yerleştirdi. İnce tüpe yüksekten az miktarda su döküldüğünde, fıçı muazzam iç basınç nedeniyle patladı! Bu deney, sıvı basıncının toplam sıvı miktarına değil, yalnızca derinliğe bağlı olduğunu canlı bir şekilde kanıtladı. Pascal ayrıca 'Pascal Prensibi'ni keşfetti: Kapalı bir sıvıya uygulanan basınç her yöne azalmadan iletilir; bu prensip bugün hidrolik preslerin ve krikoların temeli olmaya devam etmektedir. Katkılarını onurlandırmak için uluslararası basınç birimine 'Pascal' (Pa) adı verilmiştir.
Temel Kavramlar
Manometre (Manometer)
Sıvı basıncını ölçmek için bir alet. Probun kauçuk membranı basıncı algılar ve U-tüpünün iki tarafındaki sıvı seviyelerinde yükseklik farkına neden olur. Yükseklik farkı ne kadar büyükse, basınç o kadar büyüktür.
Sıvı Basıncı (Liquid Pressure)
Sıvının yerçekimi ve akma yeteneği nedeniyle içine ve kap duvarlarına uyguladığı basınç.
Formüller ve Türetme
Sıvı Basıncı Formülü
Basınç , sıvının yoğunluğuna , yerçekimi ivmesine ve derinliğe bağlıdır. Not: Sıvının kütlesinden, hacminden ve kap şeklinden bağımsızdır.
Deney Adımları
- 1
Hava Sızdırmazlığını Kontrol Et
Deneyden önce, probun kauçuk membranına nazikçe bastırın. U-tüpü sıvı seviyelerinde net bir yükseklik farkı oluşur ve bırakıldıktan sonra düzelirse, cihaz hava sızdırmazdır. - 2
Derinlik ve Basıncı Keşfet
Probu dikey olarak temiz suya yerleştirin ve 'Prob Derinliği'ni değiştirin. Derinlik arttıkça U-tüpü yükseklik farkının nasıl değiştiğini gözlemleyin. - 3
Yönsel Eşitliği Doğrula
Aynı derinlikte kalın ve 'Prob Yönü'nü (Yukarı, Aşağı, Sol, Sağ) değiştirin. Yükseklik farkının sabit kalıp kalmadığını gözlemleyin ve onaylayın. - 4
Farklı Sıvıları Karşılaştır
Aynı derinlikte, sıvıyı 'Temiz Su'dan 'Tuzlu Su'ya veya 'Gaz Yağı'na değiştirin. Farklı yoğunlukların basınç üzerindeki etkisini karşılaştırın.
Öğrenme Çıktıları
- Su altında aynı noktadaki basıncın her yönde eşit olduğunu doğrulayın
- Basıncın derinlikle doğrusal olarak arttığı yasasına hakim olun
- Aynı derinlikte, sıvı yoğunluğu ne kadar büyükse basıncın o kadar büyük olduğunu doğrulayın
- Ölçüm sürecinde 'Bileşik Kaplar' prensibinin uygulamasını anlayın
Gerçek Dünya Uygulamaları
- Üç Boğaz Barajı: Derin su seviyelerindeki muazzam yatay basınca dayanmak için tabanda son derece geniş olacak şekilde tasarlanmıştır
- Dalış Sınırları: Sıradan dalgıçlar ve derin deniz denizaltıları arasındaki tasarım farkları, tam olarak farklı hidrostatik basınçlarla başa çıkmak içindir
- Su Kuleleri: Daha yüksek katlardaki sakinlere su sağlamak üzere basınç oluşturmak için yükseklik farkını kullanır
Yaygın Hatalar
Yanlış
Büyük bir kova suyun dibindeki basınç her zaman küçük bir bardak suyun dibindeki basınçtan büyüktür
Doğru
Mutlaka değil. Basınç yalnızca derinliğe ve yoğunluğa bağlıdır. Kısmen dolu büyük bir kavadaki su seviyesi bir bardaktakinden daha düşükse, kovanın dibindeki basınç aslında daha küçüktür.
Yanlış
Sıvı basıncı sadece aşağıya doğru etki eder
Doğru
Yanlış. Sıvılar akabildiği için yan duvarlara ve yukarı doğru kaldırma kuvveti prensibi nedeniyle nesnelerin altına yukarı doğru basınç uygularlar.
Ek Okuma
Başlamaya hazır mısın?
Temelleri anladığına göre, etkileşimli deneye başla!