Sıvılarda Basınç

Sıvılarda Basınç

Bir kaptaki sıvı ağırlığı nedeniyle bulunduğu kabın her noktasına basınç uygular.
Sıvı içindeki herhangi bir noktadaki sıvı basıncı;

1.Sıvının yoğunluğu ile doğru orantılıdır.
2.Sıvının üst yüzeyine olan uzaklıkla doğru orantılıdır.
3.Sıvının derinliği aynı kalmak şartıyla kabın şekline ve içindeki sıvı miktarına bağlı değildir.

Sıvı basınç kuvveti
(F): Bir sıvının ağırlığı nedeniyle içinde bulunduğu kabın herhangi bir yüzeyinin tamamına uyguladığı dik kuvvete sıvı basınç kuvveti denir. Bu kuvvet;F=h.d.S


H:ilgili yüzeyin orta noktasının sıvının üst yüzeyine uzaklığı
D:sıvının özkütlesi
S:ilgili yüzeyin alanıdır.
Şekildeki gibi bir kap içinde h yüksekliğinde d özkütleli sıvı varsa S1, S2, S3 yüzeylerine etkiyen sıvı basınç kuvvetleri;

F1=h×d×S1
F2=h2×d×S2=h/2×d×S2
F3=h2×d×S3=h/2×d×S3

Pascal Prensibi
Sıvılar basıncı aynen her doğrultuda iletirler. Sadece doğrultu ve yönünü değiştirirler. Bundan yararlanarak su cenderesi, hidrolik fren... gibi sistemler yapılabilir.
Şekildeki su cenderesinde basıncın etki yüzeyi değiştirilerek istenilen büyüklükte basınç elde edilebilir.

kuvvetinin yaptığı basınç her noktaya aynen iletileceğinden, P1=P2 den F1/S1=F2/S2 olur.










SIVILARIN BASINCI

Sıvıların belli bir şekli yoktur. İçinde bulundukları kabın şeklini alırlar. Sıvıların katılardan temel farkı akışkan olmalarıdır. Bundan dolayı sıvılar bulundukları kabın taban ve yan yüzeylerine yani dokundukları her noktaya basınç uygularlar.
Ağzına kadar su dolu kutunun K ve L noktalarından özdeş delik açıldığında alttaki delikten daha hızlı sıvı akışı olup daha uzaktaki bir noktaya temas eder. Bunun nedeni L noktasındaki sıvı basıncının K noktasındakinden büyük olmasıdır.
Buna göre sıvı basıncı sıvı yüksekliği ile doğru orantılıdır.

h yüksekliğine kadar sıvı dolu olan kabın tabanına uygulanan sıvı basıncı,
P = h . d . g
bağıntısı ile hesaplanır.


Burada, h yüksekliği, basıncın uygulandığı noktanın sıvının açık yüzeyine olan dik yüksekliği, d sıvının yoğunluğu, g ise yerçekim ivmesi sabitidir.
Bu bağıntıya göre basınç hem sıvı yüksekliği, hem de sıvının yoğunluğu ile doğru orantılıdır.
Sıvı basıncı bu iki niceliğin dışında kabın şekline ve biçimine bağlı değildir. Sıvı yüksekliği ve sıvının yoğunluğu değişmemek şartıyla sıvı hacmine de bağlı değildir.
Sıvı basıncı yüzeye daima dik olarak etki eder. Kap yüzeyinde açılan bir delikten çıkan sıvının yüzeye dik olarak çıkması da basıncın yüzeye dik uygulandığını gösterir. Düzgün silindirik kaba akış hızı sabit olan musluktan su akıyor. Suyun yüksekliği zamanla düzgün olarak arttığı için kabın tabanındaki sıvı basıncı da zamanla düzgün olarak artar.

Kaba akış hızı sabit olan musluktan su akıyor. Kap yukarı doğru daraldığı için kaptaki sıvı yüksekliği zamanla daha hızlı artmaktadır. Dolayısıyla kabın tabanına etki eden sıvı basıncının artış miktarı artarak şekildeki gibi olur.


Yine şekildeki kaba akış hızı sabit olan musluktan su akıyor. Kap yukarı doğru genişlediği için kaptaki sıvı yüksekliğindeki artış zamanla yavaşlayacaktır.


Dolayısıyla kabın tabanındaki sıvı basıncının zamanla değişimi şekildeki gibi olur.

Kapta birbirine karışmayan d1 ve d2 öz kütleli sıvılar vardır. Kabın tabanındaki toplam sıvı basıncı, sıvıların ayrı ayrı basınçlarının toplamına eşittir.
Psıvı = h1 . d1 . g + h2 . d2 . g dir.




BASINÇ KUVVETİ
Bir kapta bulunan sıvı, ağırlığının etkisi ile dokunduğu bütün yüzeylere kuvvet uygular. Sıvının kap yüzeyinin tamamına uyguladığı kuvvete basınç kuvveti denir.

Kabın taban alanı S, sıvının öz kütlesi d ve sıvı yüksekliği h ise, sıvının kap tabanına uyguladığı basınç kuvveti,
F = h . d . g . S bağıntısı ile hesaplanır.
Silindirik ve prizma şeklindeki kaplarda sıvıların kap tabanına uyguladığı basınç kuvveti sıvının ağırlığına eşittir.


Sıvıların Basıncı İletmesi (Pascal Prensibi)
İçine sıvı çekilen bir enjektörün ucu kapatılıp piston ileri doğru itilmeye çalışıldığında, itilemediği gözlenir. Yani sıvıların basınç altındaki hacim değişimleri önemsenmeyecek kadar azdır. Yani pratikte sıvılar basınç altında sıkıştırılamaz.
Pascal prensibi : Kapalı bir kaptaki sıvının her hangi bir noktasına uygulanan basınç kabın şekli nasıl olursa olsun, kabın iç yüzeylerinin her noktasına sıvı tarafından aynı büyüklükte iletilir.
Pascal prensibinden yararlanılarak, bileşik kapların ve su cenderelerinin çalışma ilkeleri açıklanabilir.


Bileşik Kaplar
Şekilleri ve kesitleri farklı iki ya da daha fazla kabın tabanlarının birleştirilmesi ile elde edilen kaplara bileşik kaplar denir. Örneğin U borusu bileşik kaptır.


Bileşik kaplardaki sıvının üst düzeyi hep aynı seviyededir. Örneğin kabın K kesimine bir piston konulup sıvı aşağı doğru itilirse diğer iki koldaki sıvı eşit miktar yükselir.


U borusunda aynı cins sıvı varken aynı seviyedeki basınçlar eşit olur. Şekildeki U borusunda öz kütleleri farklı sıvılar varken denge sağlanmıştır. U borusunun alt kısmında kalan sıvının öz kütlesi daha büyüktür.
Yani d1 > d2 dir.



Alttaki sıvının en alt düzeyinden yatay çizgi çizildiğinde (Y düzeyi) bu çizgi üzerindeki basınçlar eşittir. Basınç eşitliğinden
PM = PN
h2 . d2 = h1 . d1 olur.
Z düzeyi üzerindeki P ve R noktalarındaki basınçlar da eşittir. Fakat X düzeyi üzerindeki
K ve L noktalarındaki sıvı basınçları eşit değildir. Eğer K ve L deki basınçlar eşit olsaydı,
d1 özkütleli sıvının en üst noktası ile aynı yatay hizadaki d2 özkütleli sıvı içindeki
basınçlar da eşit olmalıydı. Bu mümkün olmadığı için PK basıncı ile PL basıncı da eşit olamaz, PK > PL olur.

Su Cendereleri
Tabanları birleştirilmiş kesitleri farklı iki silindir ve pistonlardan oluşur.
Küçük piston üzerine bir kuvvet uygulanarak sıvı üzerine basınç uygulanır.
Pascal prensibine göre, bu basınç sıvı tarafından büyük pistona aynen iletilir.

İletilen basınç büyük pistonun yüzey alanından dolayı büyük bir kuvvet oluşturur. Küçük pistona uygulanan basınç büyük pistona uygulanan basınç P2 ise, Pascal
prensibine göre aynı düzeydeki pistonların her ikisine uygulanan basınçların eşitliğinden,

Su cendereleri basit makineye benzerler. Kuvvetten kazanç sağlar ama yoldan da kaybettirirler. Sıvıların basıncı iletme özelliğinden yararlanılarak günlük hayatta kullanılan pek çok araç yapılmıştır.
Yıkama yağlama sistemlerinde arabaların kaldırılmaları, hidrolik frenler, emme - basma tulumbaları. Bazı bitkilerin ve meyvelerin yağını ve suyunu çıkarmada kullanılır.