Basınç ve Kaldırma Kuvveti-2: Sıvı Basıncı
Durgun Sıvıların Basıncı
Katılarda olduğu gibi sıvılar da ağırlıklarından dolayı içinde bulundukları kabın temas ettikleri bütün yüzeylerine basınç uygular.
- Sıvılar akışkan olduklarından bulundukları kabın yan yüzeylerine de basınç uygular.
- Sıvı içindeki bir noktaya etki eden sıvı basıncı; o noktanın sıvı yüzeyine olan dik uzaklığı (derinlik) (h), sıvının özkütlesi ve ortamın yer çekimi ivmesi (g) ile doğru orantılıdır.
\[P=h.d.g \]
- SI birim sistemine göre bağıntıda; h nin birimi metre (m), d nin birimi kilogram/metreküp (kg/m3), g nin birimi newton/kilogramdır (N/kg). Bu durumda P nin birimi pascaldır. (Pa)
- Sıvı yüksekliği sabit kalmak şartı ile sıvı basıncı kabın şekline ve sıvı kütlesine bağlı değildir.
Kesit alanı sabit olan (silindirik ve dikdörtgenler prizması biçimli) kaplarda, tabana yapılan sıvı basıncı, katlarda olduğu gibi sıvı ağırlığının kabın taban alanına oranından bulunur.
- P=G/S
Su basıncı, deniz yüzeyinden her 1m derinlikte yaklaşık 10 bin Pa artar. Bu nedenle yüksek basınca karşı koruma olmadan belirli derinlikten daha aşağılara inmek hayati tehlike oluşturur.
- Boş bir kap sabit debili sıvı akıtan busluk ile doldurulurken kap tabanında oluşan sıvı basıncının; derinliğe göre grafiği kap şekline bağlı değildir. Zamana göre değişim grafiği ise kabın şekline bağlıdır.
Sıvı Basınç Kuvveti
Sıvıların, içinde bulundukları kabın herhangi bir yüzeyine uyguladığı basınç kuvveti (F), o yüzeye etki eden basınç (P) ile yüzey alanının (A) çarpımına eşittir.
- \(F=P.A\) ve \(F=h.d.g.A\)
Kabın yan yüzlerine uygulanan basınç kuvveti bulunurken yan yüzeye etki eden basıncın ortalama değeri alınır. Ortalama basınç değeri ise yüzeyin orta noktasına etki eden basınca eşittir.
- Sıvı yüzey ile temas ediyorsa o yüzeyin ortalaması alınır, onun da üstünde, yüzey ile temas etmeyen bir sıvı varsa onun yüksekliğinin tamamı alınır.
- Silindir ve dikdörtgenler prizması biçimli sabit kesit alanlı kaplarda sıvıların kap tabanına uyguladığı basınç kuvveti (F), sıvının ağırlığına (G) eşittir.
- Yukarı doğru genişleyen kaplarda sıvı ağırlığının bir kısmı yan yüzeyler tarafından dengelendiği için tabana etki eden sıvı basınç kuvveti, sıvının ağırlığından küçüktür.
- Yukarı doğru daralan kaplarda, yan yüzeylerin tepki kuvvetinin aşağı yönlü bileşenlerinden dolayı tabana etki eden sıvı basınç kuvveti, sıvı ağırlığından büyüktür.
Pascal Prensibi
- Sıvıların, kuvvet etkisindeki sıkışmaları ihmal edilecek kadar azdır. Bundan dolayı sıvılar sıkıştırılamaz kabul edilir.
- Sıvılar sıkışmamalarından dolayı kendilerine herhangi bir yönde uygulanan basıncı her yönde ve aynı büyüklükte iletir. Bu durum pascal prensibi olarak adlandırılır.
- Şekilde, pistona uygulanan F kuvveti, pistonun sıvı ile temas eden yüzeyinde "kuvvetle doğru, pistonun yüzey alanı ile ters orantılı" basınç oluşturur. Bu basınç, sıvının her noktasına aynı büyüklükte iletilir. (Pistonun ağırlığının ihmal edilmediği durumda pistonun ağırlığı ile kuvvet toplanır.)
Şekildeki kapta birbirine karışmayan sıvıların, kabın tabana yaptığı toplam basınç \((P_T)\), sıvıların basıncı iletme özelliğinden dolayı, sıvıların ayrı ayrı basınçları toplamına eşit olur.
Bileşik Kaplar
Bileşik kaplara aynı cins sıvı konulduğunda, kolların kesit alanlarına ve eğimlerine bağlı olmaksızın kabın her bir kolundaki sıvı yüzeyi aynı olur. Aynı yatay seviyedeki noktalarda sıvı basınçları eşittir.
Sıvı seviyeleri ancak basınç farkı olursa farklı olur.
Sıvı Cendereleri
Sıvı cenderelerinde, küçük bir piston üzerine bir kuvvet uygulanarak, büyük piston üzerindeki ağır yükler dengelenir. Pascal prensibine göre, kollarda, aynı yatay hizadaki noktaların basınçları eşit olmasına rağmen bağlı denge durumu vardır.
\[\frac{F}{S_1}=\frac{G}{S_2} \]
Yükün yerleştirildiği alan daha büyük olursa, uygulanan kuvvetten daha fazla yük taşınabilir.
U Boruları
Bir U borusuna birbirine karışmayan \(d_1\) ve \(d_2\) özkütleli sıvılar konulduğunda özkütlesi büyük olan sıvı aşağıda olacak biçimde şekildeki gibi dengede kalır.
K düzeyinin altında, aynı düzeydeki noktalarda sıvı basınçları eşittir. K düzeyinin üzerinde, aynı noktalarda sıvı basınçları eşit değildir.
Sıvı Basıncının Günlük Hayattaki ve Teknolojideki Yeri
