Fizik laboratuvarı
Olayı gözünde canlandır, büyüklükleri ve birimleri takip et.
9 bölüm · ~17 dk · 16 etkileşim
Basınç ve Kaldırma Kuvveti, 10. sınıf fizik müfredatının bir ünitesidir ve TYT kapsamındadır. Katılar, sıvılar ve gazlar bulundukları yüzeylere farklı biçimlerde basınç uygular. Sıvı ve gazlar ise içlerine bırakılan cisimlere yukarı yönlü bir kuvvet uygular; buna kaldırma kuvveti denir. Gemilerin yüzmesi, balonların yükselmesi ve denizaltıların dalıp çıkması bu kuvvetle açıklanır.
TYT'de bu konudan genellikle 1 soru gelir. Sorular çoğunlukla katı basıncının yüzey alanına bağlılığı, sıvı basıncının derinlik ve özkütleyle ilişkisi, kaldırma kuvvetinin hesaplanması ve batma-yüzme-askıda kalma koşulları üzerinedir. Hesaplarda g = 10 m/s² ve suyun özkütlesi 1000 kg/m³ alınır.
1Basınç nedir, katılar nasıl basınç yapar?
İlk bölüm! Temeli burada atıyoruz, acele etme.
Çivi neden sivri, kayak neden geniş? Cevap tek bir oranda gizli: aynı kuvvet ne kadar küçük bir yüzeye düşerse etkisi o kadar büyür.
Boyutları 0,3 m × 0,2 m × 0,1 m olan 120 N ağırlığındaki bir kutu, yatay zemine farklı yüzeyleri üzerine konuluyor. Kutunun zemine yaptığı en büyük ve en küçük basınç kaç Pa'dır?
2Sıvı basıncı: yalnızca derinlik önemli
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Durgun bir sıvının bir noktada yaptığı basınç, noktanın sıvı yüzeyinden derinliğine, sıvının özkütlesine ve yer çekimi ivmesine bağlıdır. Kabın şekline, taban alanına ya da sıvının miktarına bağlı değildir. Aynı derinlikteki noktalarda basınç eşittir; bu yüzden birbirine bağlı kaplarda (bileşik kaplar) aynı sıvının yüzeyleri aynı hizada durur.
Taban alanı 0,5 m² olan bir akvaryumda 40 cm yüksekliğinde su vardır. Tabandaki su basıncı ve tabana etki eden su basınç kuvveti nedir? (d_su = 1000 kg/m³, g = 10 m/s²)
3Pascal prensibi ve hidrolik sistemler
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan basınç, sıvının her noktasına ve kabın çeperlerine aynen iletilir. Hidrolik fren, hidrolik kriko ve berber koltuğu bu prensiple çalışır. Küçük pistona uygulanan küçük kuvvet, büyük pistonda alanlar oranında büyür.
Hidrolik sistemin bağıntısı: F₁ / A₁ = F₂ / A₂.
Bir hidrolik kaldırıcının küçük pistonunun alanı 10 cm², büyük pistonunun alanı 500 cm²'dir. Büyük pistonun üzerindeki 800 kg kütleli otomobili dengede tutmak için küçük pistona kaç N kuvvet uygulanmalıdır? (Pistonların ağırlıkları önemsizdir.)
4Havanın ve gazların basıncı
Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.
| Açık hava basıncı | Kapalı kaptaki gaz basıncı | |
|---|---|---|
| Kaynağı | Atmosferdeki havanın ağırlığı | Gaz taneciklerinin kabın çeperlerine çarpması |
| Ne değiştirir? | Yükseğe çıkıldıkça azalır | Tanecik sayısı arttıkça, hacim azaldıkça ya da sıcaklık arttıkça çarpışmalar sıklaştığı için artar |
| Ölçüm aleti | Barometre | Manometre |
Akışkanlarda hız ve basınç: Akan bir sıvı ya da gazın hızının arttığı bölgede basıncı azalır. İki kâğıt arasına üflendiğinde kâğıtların birbirine yaklaşması, fırtınada çatıların uçması ve uçak kanadında kaldırma kuvvetinin oluşması bu ilkeyle açıklanır.
Deniz seviyesinden yüksek bir dağın zirvesine çıkıldıkça açık hava basıncı ve suyun kaynama noktası nasıl değişir?
5Kaldırma kuvveti: Arşimet prensibi
Yarıyı geçtin, harika gidiyorsun! 4 bölüm kaldı.
Kaldırma kuvveti (Fk), bir akışkanın içindeki cisme uyguladığı yukarı yönlü kuvvettir. Büyüklüğü, cismin yerini değiştirdiği akışkanın ağırlığına eşittir (Arşimet prensibi). Cismin batan hacmine ve akışkanın özkütlesine bağlıdır; tamamen batmış bir cisim için cismin kendi özkütlesine ya da derinliğe bağlı değildir.
Hacmi 0,002 m³ ve ağırlığı 50 N olan bir cisim dinamometreye asılı olarak suya tamamen batırılıyor. Kaldırma kuvveti, dinamometrenin gösterdiği değer ve cismin özkütlesi nedir?
Bir sıvıya tamamen batırılmış bir cisme etki eden kaldırma kuvvetinin büyüklüğü,
- I.cismin hacmi
- II.sıvının özkütlesi
- III.cismin özkütlesi
niceliklerinden hangilerine bağlıdır?
6Batma, yüzme, askıda kalma
Takıldığın yere not al, sonra birlikte döneriz.
| Koşul | Cismin durumu | Kuvvetler |
|---|---|---|
| d_cisim < d_sıvı | Yüzer; bir kısmı sıvı dışında kalır | Fk = G |
| d_cisim = d_sıvı | Askıda kalır; tamamen batar, dibe inmez | Fk = G |
| d_cisim > d_sıvı | Batar; dibe iner | Fk < G |
Hacmi 0,01 m³, özkütlesi 600 kg/m³ olan bir tahta blok suda yüzüyor. Bloğun hacminin ne kadarı suya batmıştır?
7Sık yapılan hatalar
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Aşağıdaki yargılar öğrencilerin en sık düştüğü yanılgılardan derlendi. Doğru mu, yanlış mı?
Sıvı basıncı kabın şekline ya da sıvı miktarına bağlıdır.
h, noktanın kap tabanından yüksekliğidir.
Kaldırma kuvveti cismin özkütlesiyle hesaplanır.
Batan cismin kaldırma kuvveti sıfırdır.
Yüzen cisimde Fk tüm hacimle hesaplanır.
Basınç formülünde kuvvet newton cinsindendir; kütle verilmişse g ile çarpılır.
Hızlı akan havanın basıncı artar.
8ÖSYM'de nasıl soruluyor
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
- Katı basıncı: Aynı cismin farklı yüzeyler üzerine konulması ya da cisimlerin üst üste konulması durumunda basınçlar karşılaştırılır.
- Sıvı basıncı: Farklı derinlikteki noktaların ya da farklı sıvıların basınçları sıralanır; kaba sıvı eklendiğinde basıncın nasıl değiştiği sorulur.
- Kaldırma kuvveti ve yüzme: Cisimlerin sıvıdaki konumlarından özkütleleri sıralanır, kaldırma kuvvetleri karşılaştırılır ya da dinamometre değerleriyle hesap yapılır.
- Günlük hayat uygulamaları: Hidrolik fren, pipetle sıvı çekme, yükseklikte kaynama noktasının düşmesi, fırtınada çatıların uçması gibi olaylar yorumlanır.
9Kısa tekrar
Son bölüm! Biraz kaldı, bitirmek üzeresin.
P = F / A; 1 Pa = 1 . Yüzey küçüldükçe katı basıncı . Sıvı basıncı P = ; kap şekline . Pascal prensibi: . 1 atm = ≈ 100 000 Pa; yükseldikçe açık hava basıncı ve kaynama noktası . Akışkanın hızı arttıkça basıncı . Fk = ; cismin yerini değiştirdiği sıvının eşittir. Yüzme: d_cisim d_sıvı; askıda: ; batma: d_cisim > d_sıvı. Yüzen ve askıdaki cisimde Fk = G; batan cisimde Fk G.