Basınç ve Kaldırma Kuvveti

(1)

1. Katı, Sıvı ve Gaz Basıncı 2. Kaldırma Kuvveti

Basınç ve Kaldırma Kuvveti

Ünite 4

(2)

(3)

Nihat Bilgin Yayıncılık©

3

3.

A B

Sistem dengede olduğuna göre P_A ve P_B basınç- ları eşittir.

Yanıt C dir.

4. Sıvılar içinde bulundukları kabın bütün yüzeylerine basınç uygular. Bu nedenle Merve'nin açıklaması doğrudur.

Katı cisim yatay düzlemde ise basınç kuvveti cismin ağırlığına eşittir. Fakat cisim eğik düzlem üzerinde ise basınç kuvveti ağırlığından küçüktür. Bu nedenle Çağrı'nın açıklaması her zaman doğru değildir.

Açık hava, yer çekimi kuvveti ve hava molekülleri- nin hareketinden dolayı temas ettiği bütün yüzeyle- re basınç uygular. Bu nedenle Mehmet'in açıklama- sı da doğrudur.

Yanıt E dir.

5.

su

gazX A tahta

Suyun içine tahta parçası atılınca tahtanın batan hacmi kadar su, kaptan taşar. Bu durumda su yük- sekliği değişmez. Su yüksekliği değişmediği için suyun A noktasına yaptığı P_A basıncı değişmez.

Suyun yaptığı basınç değişmediğinden gaz basıncı da değişmez.

Yanıt E dir.

Test 1'in Çözümleri

1.

yatay

K L

Düzgün yükselen cisimler için basınç, P = hdg ba- ğıntısı ile bulunur. K ve L prizmaları için P, d, g de- ğerleri aynı olduğuna göre h değerleri de eşit ol- malıdır.

K ve L prizmalarının kesit alanları bilinmediği için Bu prizmaların kütlelerinin eşit olduğunu söyleye- meyiz.

Katı cisimler için basınç;

P A

=G

bağıntısıyla bulunur. K, L prizmalarının basınçları eşit olduğuna göre Ağırlık

Kesit alanı oranları eşit olmalı- dır.

Yanıt D dir.

2.

m

2m

3m

X

Y Z

Kabın içindeki gaz basıncı, açık hava basıncı ile kütlelerin oluşturduğu basıncın toplamına eşittir.

P P

A mg X= 0+

P P

A mg 2 Y= 0+

P P

A mg 3 Z= 0+

olduğundan P_Z > P_Y > P_X sonucu bulunur.

Yanıt D dir.

Katı, Sıvı ve Gaz Basıncı Test Çözümleri

1

(4)

9. Kapalı kap içindeki gazların ba-

D

E

F gaz sıncı sadece molekül hareketin-

den kaynaklanır ve kabın her nok- tasında aynıdır.

Yanıt A dır.

10.

X Y

G_X G_Y

X ve Y cisimlerinin ağırlıklarını şekildeki gibi göste- rebiliriz. İpin bağlı olduğu noktaya göre tork alınırsa;

G_X · 1,5 = G_Y · 2 G

G 3 4 Y X =

bulunur. Katı basıncı P A

= G bağıntısı ile bulunur.

Buradan;

P A

G

X= X

P A

G Y= 2Y

· ·

· P P

A G

G A

G G

P P

2 2

2 3 4

3 8 Y

X X

Y Y

X

Y X

= =

bulunur.

Yanıt A dır.

6.

A 2A 3A

K L M

Sıvı düzgün yükselen kapta bulunuyorsa sıvı ba- sınç kuvveti sıvının ağırlığına eşit olur. Buna göre her durumda sıvı basınç kuvvetleri eşit olur.

Yanıt E dir.

7. Sıvı basıncı P = hdg bağın-

sv

L K

F x tısıyla bulunur. Bağıntıdaki h,

istenilen noktanın sıvı yüzeyi- ne düşey uzaklığıdır. Piston x kadar yukarı doğru itilince K noktası üzerindeki sıvı yük- sekliği artarken, L noktası üze- rindeki sıvı yüksekliği azalır.

Bu nedenle P_K artar, P_L aza- lır.

Yanıt B dir.

8. Deniz seviyesinden itibaren yükseğe çıktıkça açık hava basıncı azalır. Balon esnek olduğu için dış ba- sınç azalınca iç basınç da azalır. O hâlde I. yargı yanlıştır.

Balon içindeki hidrojen gazının basıncının azalabil- mesi için balonun hacmi artmalıdır. II. yargı doğru- dur.

Balonun hacmi arttığı için balon içindeki hidrojen gazının özkütlesi azalır. III. yargı yanlıştır.

Yanıt B dir.

(5)

KATI, SIVI VE GAZ BASINCI 5

13.

F R

S

K

sv

hava A

Piston R düzeyinden S düzeyine getirilince hava- nın hacmi azaldığı için kap içindeki havanın basıncı artar.

Kap içindeki hava basıncı arttığında K noktasındaki toplam basınç artar. Ancak K noktasındaki sıvı ba- sıncı değişmez.

Yanıt B dir.

14. _{25 cm}

P₁

Şekil I

cva P₀ = 75 cm-Hg

Şekil I deki P₁ basıncı, açık hava basıncına eşit olup 75 cm-Hg'dir.

Şekil II de gaz basıncı ile cıva

P₂

cva

Şekil II P₂

P_Hg

P₀ basıncının toplamı açık hava ba-

sıncına eşittir. P₂ basıncı;

P₀ = P_Hg + P₂ 75 = 25 + P₂ P₂ = 50 cm-Hg bulunur. Buna göre;

P P

50 75

2 3 2

1 = = bulunur.

Yanıt C dir.

11. Gazları birbirinden ayıran zarlar esnek olduğu için gazların basınçları eşit olmalıdır.

A B C

Şekil I musluk

A B C

Şekil II musluk

esnek zar

Ayrıca zarlar sağa doğru esnediği için, musluk açı- lınca içeriye hava girdiğini ve her bir gazın basıncı- nın arttığını söyleyebiliriz.

Yanıt E dir.

12. Basınç yön içermediğinden skaler bir büyüklüktür.

Bu nedenle I. öncül yanlıştır.

SI birim sisteminde basınç birimi atm değil Pa dır.

Bu nedenle II. öncül yanlıştır.

Basınç kuvveti, kuvvet çeşidi olduğu için vektörel bir büyüklüktür. Bu nedenle III. öncül doğrudur.

Yanıt C dir.

(6)

16.

1

2 3

F₁ yatay

F₂ F₃

Katılarda basınç kuvveti, yüzey alanına ve cismin biçimine bağlı değildir. Sadece cismin ağırlığına bağlıdır. Buna göre 1, 2, 3 numaralı cisimlerin yatay zemine uyguladığı F₁ , F₂ , F₃ basınç kuvvetleri eşittir.

Yanıt D dir.

15.

3d h₂ 2d

h₁

P₁ P₂

Aynı seviyedeki P₁ ve P₂ sıvı basınçları birbirine eşittir.

P₁ = P₂ h₁· d₁ · g = h₂· d₂ · g h₁ · 3d = h₂ · 2d

h h

3 2 2

1 = bulunur.

Yanıt E dir.

(7)

3.

L M

K

d_K d_L d_M

İlk durumda kapların tabanlarındaki sıvı basınçla- rı eşit olur. Kaplara 2d özkütleli sıvılar ilave edildi- ğinde kaplardaki karışımların özkütleleri arasındaki ilişki d_K < d_L < d_M olur. Sıvı basıncı P = h·d·g ba- ğıntısı ile bulunduğundan basınçlar arasındaki ilişki P_K < P_L < P_M olur.

Yanıt A dır.

4. Pistonun kesit alanı A olsun.

F₁

h h

K

Şekil I

İlk durumda şekildeki K noktasındaki basınç P₁ = h

2·d·g, basınç kuvveti de F₁ = P₁ A dır.

Piston h kadar itildiğinde sıvı h kadar daha yük- seldiğinden K noktasındaki basıç P₂ = ( h

2 + h)·d·g basınç kuvveti de F₂ = P₂ · A olur.

F₂ K

Şekil II

Bu durumda,

. F

F

P A

P P

F F

h d g h d g

bulunur 2

3

2 1

3

·

· ·

· · 2

1 2 1

2 1

= =

Yanıt E dir.

Test 2'nin Çözümleri

1.

2A A

yatay (yer) A

2A

Yatay düzlem üzerinde duran katı cisimler için ba- sınç kuvveti cismin ağırlığına eşittir. Bu nedenle cisim yan yatırılırsa F basınç kuvveti değişmez.

Basınç, birim yüzeye dik olarak uygulanan kuvvet- tir. Yüzey artarsa basınç azalır. Cisim yan yatırılırsa yüzey artacağından P basıncı azalır.

Yanıt D dir.

2. Pascal prensibine göre, sıvının bir noktasına yapı- lan basınç sıvının temas ettiği bütün yüzeylere aynen iletilir. Pistonlar aynı seviyede dengelendiğine göre şekildeki R ve S noktalarındaki basınçlar birbirine eşit olmalıdır.

3A

sıvı 2A

R S

.

P P

A G

G G bulunur

2 3

4

3 8 R= S

=

= l

l

Yanıt E dir.

(8)

7.

K sv

Daralan kaplardaki sıvıların ağırlığı kap tabanında- ki sıvı basınç kuvvetinden her zaman büyüktür. Bu nedenle F kesinlikle artar.

Sıvı, boş olan K kabına boşaltıldığında sıvı yüksek- liği artacağından kabın tabanındaki P sıvı basıncı artar.

Yanıt C dir.

8.

sıvı K

F

L M

Paskal prensibine göre sıvının bir noktasındaki ba- sınç artışı sıvının temas ettiği bütün noktalara aynen iletilir. Bu durumda F kuvvetinin oluşturduğu basınç artışı sıvının her yerinde aynı olacaktır. Yani P_K = P_L = P_M olur.

Yanıt E dir.

5.

h₂ h₁

L M

K

Bernoulli ilkesine göre akışkanların hızının arttığı yerde basınç azalır. K ucundan üflenince havanın L noktasındaki hızı M ninkinden büyük olacağın- dan, L noktasındaki basınç M ninkinden daha kü- çük olur. I. yargı doğrudur.

L noktasındaki basınç M ninkinden daha küçük olursa h₁ artar, h₂ azalır. Bu durumda h₁ > h₂ olur.

II. yargı da doğrudur.

Yanıt D dir.

6.

F₁ F₂

F₃

Sıvıların ağırlıkları G olsun. Düzgün yükselen kap- larda sıvı basınç kuvveti sıvının ağırlığına eşittir.

Yani birinci düzenekte F = G dir.

Giderek daralan kaplardaki sıvıların ağırlığı kap tabanındaki sıvı basınç kuvvetinden küçüktür.

F₂ > G

Giderek genişleyen kaplardaki sıvıların ağırlığı kap tabanındaki sıvı basınç kuvvetinden büyüktür.

G > F₃

Buna göre, sıvı basınç kuvvetleri arasındaki ilişki F₃ < F₁ < F₂ biçiminde olur.

Yanıt C dir.

(9)

11.

yer (yatay)

K L M

Düzgün yükselen katı cisimler için basınç P = hdg olduğundan P_K = P_L = P_M olur.

M silindirindeki parçanın tamamı _M çıkarılsaydı basınç değişmezdi.

Üstteki parça fazlalık olduğu için P_M basıncı en büyük olacaktır.

Yanıt A dır.

12.

K L

d₁

d₂ d₃

U borusunda özkütlesi en büyük olan sıvı en altta bulunur. Bu durumda d₁ < d₃ < d₂ olur. I. yargı doğ- ru, III. yargı yanlıştır.

K-L seviyesinin altında aynı sıvı olduğu için K ve L noktalarındaki sıvı basınçları eşit olur. II. yargı doğ- rudur.

Yanıt D dir.

9.

sv

Kabın yere uyguladığı basınç kuvveti kabın ağırlığı- na eşittir. Bu nedenle basınç kuvveti değişmez.

Kap ters çevrilirse yere temas eden yüzey alanı ar- tacağından basınç azalır.

Yanıt C dir.

10. Piston itilince düzgün yükselen sıvı-

F₁ nın yüksekliği değişmediği için sıvı-

nın oluşturduğu basınç kuvveti değiş- mez.

Genişleyen kaptaki sıvı itilince

F₂ sıvının toplam yüksekliği azaldığı

için sıvının oluşturduğu basınç kuvveti de azalır. Yani F₂ azalır.

Daralan kaptaki sıvı itilince sıvının

F₃ toplam yüksekliği arttığı için sıvının

oluşturduğu basınç kuvveti de artar Yani F₃ artar.

Yanıt B dir.

(10)

15. Pipetle su içerken pipet içindeki basıncı azaltırız.

Bunun sonucunda açık hava basıncı suyu pipet içinde yukarı doğru iter. Bu nedenle havası boşaltıl- mış bir ortamda pipetle su içemeyiz.

Elektrik süpürgesinin motoru boru içindeki basıncı azaltır. Açık hava basıncı da dışarıdaki havayı boru içine iter. Böylece süpürme işlemi gerçekleşir. Bu nedenle havası boşaltılmış bir ortamda elektrik sü- pürgesi ile temizlik yapılmaz.

Cama temas eden vantuza kuvvet uygulandığında içindeki hava boşalır. Bundan sonra tek taraflı uygulanan açık hava basıncı, vantuzu cama yapıştıra- rak düşmesini engeller. Havası boşaltılmış ortamda vantuz cama yapıştırılamaz.

Yanıt E dir.

16.

Patenlerin temas yüzeyinin az olması, basıncı ar- tırıp buzu eritmek ve bunun sonucunda sürtünme kuvvetini azaltmak içindir.

Yanıt E dir.

13. Birim yüzeye dik olarak uygulanan kuvvete basınç denir. Cismin ağırlığı mg olduğundan;

mg K

60°

K

mg·cos60°

P A

mg

1= · osc °

P A

mg 60

2= P .

P 2 bulunur

2 1 =

Yanıt B dir.

14. 3G 2G

K L

K ve L cisimlerinin yere yaptıkları basınçların eşit olabilmesi için ağırlıkları sırasıyla 3G ve 2G olma- lıdır.

Buna göre;

K

L 3G

2G 2A

P 5

=2G yer

.

P A

G

P A

G G

P A

G

P P bulunur

3 3

2

3 2

2 5

=

= +

=

= l

l

Yanıt A dır.

(11)

3. Bu soruda suyun ka-

h

h yer M

bın tabanına uyguladığı basınç sorulsaydı ce- vap A seçeneği olurdu.

Ancak kabın yere uygu- ladığı basınç sorulmuş.

Başlangıçta kabın bir ağırlığı olduğundan, yere uyguladığı basınç sıfırdan farklıdır. Daha sonra sabit debili M

musluğundan akan su ile kabın ağırlığı düzgün bir şekilde artar.

basnç

zaman 0

Bu duruma uygun grafik D seçeneğindeki gibidir.

Yanıt D dir.

4. I ve II ile verilenler basıncın birimleridir. III ile verilen ise kütlenin birimidir.

Yanıt D dir.

5. X, Y, Z cisimlerinin

Y

Y Z

X

yatay (yer) Şekil I Şekil II

S 2S

ağırlığına G_X , G_Y , G_Z diyelim.

Şekil I de X+Y cisimlerinin yere yap- tığı basınç, Şekil II de Y+Z cisimlerinin yere yaptığı basınca eşittir. Buradan;

S

G G

S

G G

2

X+ Y Y Z

= +

2G_X + 2G_Y = G_Y + G_Z 2G_X + G_Y = G_Z

yazabiliriz. Buna göre I ve II. önermeler kesinlikle doğrudur.

Yanıt C dir.

Test 3'ün Çözümleri

1.

2S S

1

S

2 3

yatay

Yatay düzlemle temas yüzeyi S olan bir cismin yü- zeye yaptığı basınç P

S

= F bağıntısı ile hesapla- nır. Bağıntıdaki F, cismin ağırlığı olup aynı zaman- da basınç kuvveti adını alır. Bir başka ifadeyle, F = P·S yazabiliriz.

Ayrıca düzgün dik silindirik ya da prizmatik cisimlerin basıncı, P = hdg bağıntısı ile de hesaplanır.

Buna göre, aynı maddeden yapılmış ve yükseklik- leri eşit her üç cismin yatay yüzeye uyguladıkları basınç kuvvetleri arasındaki ilişki ise F₂ > F₁ = F₃ olur.

Yanıt D dir.

2.

h

2h

2d 2d

d

X Y

Z

yatay (yer)

Y ve Z silindirleri düzgün geometrik biçimli katı ci- simlerdir. P = hdg bağıntısından, P_Y = P_Z olduğu bulunur.

X kesik konisi ile Y silindirinin basınçları karşılaş- tırıldığında ağırlıklarının yüzey alanına oranı göz önüne alınır. Koninin kesik olmasından dolayı P_Y > P_X bulunur. Her üç cisim karşılaştırıldığında P_Y = P_Z > P_X olur.

Yanıt C dir.

(12)

8.

S

2S 1,5h

3h F₁

F₂

I noktasındaki sıvı yüksekliği 1,5h; II noktasındaki sıvı yüksekliği 3h dir. I yüzeyinin alanı S, II yüzeyi- nin alanı 2S dir.

.

F hdSg

F hdg S hdgS

F F

hdgS hdgS 2 3

3 2 6

6 2 3

4 1 1

2

2 1

=

= =

Yanıt E dir.

9.

cva

Yapılan deneyin gerçek amacı açık hava basıncının nelere bağlı olduğunu bulmaktır.

Deney, önce deniz kenarında sonra yüksek bir da- ğın tepesinde yapılarak, açık hava basıncının yük- seklikle nasıl değiştiği incelenmiştir.

Deney, cıva yerine başka bir sıvı ile tekrarlanarak sıvı özelliğinin etkisi incelenmiştir.

Deney, cıva kullanılarak farklı sıcaklıkların olduğu günlerde tekrarlanmıştır. Burdaki amaç açık hava basıncının sıcaklıkla nasıl değiştiğinin araştırılma- sıdır.

Yanıt D dir.

6.

yüksekliğisv özkütle

1 2 3

1 numaralı kaptaki sıvı yüksekliği 4h, özkütlesi 3d ise bu kabın tabanındaki sıvı basıncı;

P₁ = 4h·3d·g = 12hdg dir. Benzer biçimde;

P₂ = 5h·d·g = 5hdg P₃ = 3h·3d·g = 9hdg

olur. Buna göre, P₁ > P₃ > P₂ dir.

Yanıt B dir.

7. I. X kabındaki sıvının hacmi Y kabındaki sıvının hacminden büyüktür. Bu iki kaptaki sıvı kütlelerinin eşit olması için özkütleleri arasında d_L > d_K ilişkisi olmalıdır. Buna göre, iki sıvının özkütlesi farklıdır.

II. Sıvı basıncını veren bağıntı P = hdg dir. Her iki kap için h ve g aynı, d ise farklıdır. Bu nedenle kap- ların tabanına uygulanan sıvı basınçları farklıdır.

III. Y kabının tabanındaki sıvı

Y kab

sıvısıL basınç kuvveti kesikli çizgiler

arasında kalan sıvının ağırlı- ğına eşittir. Bu nedenle her iki kaptaki basınç kuvvetleri de farklıdır.

Yanıt E dir.

(13)

12.

Şekil I K

L

M

Şekil II M

L

K

P = S 4G

P = 2S

12G P = 23 P

Yanıt B dir.

13.

hava muslukları

K L

uygulanan kuvvet

sv

Havanın oluşturduğu basınç, K kabındaki sıvının yüzeyine uygulanır. Sıvılar kendilerine uygulanan basıncı temasta bulundukları tüm yüzeylere aynen ilettikleri için L pistonu üzerinde büyük bir itme kuvveti oluşur ve araba yükselir.

III. bilgi doğru bir bilgidir ancak bu düzenekte kulla- nılmamıştır.

Yanıt C dir.

10.

K Z Y X

Borular ve kabın ana kısmı aynı seviyeye kadar do- lar. Bu seviye K noktasıdır.

Yanıt A dır.

11.

Şekil II hava

Şekil I

balon cam fanus

hava

balon cam fanus

hava

Şekil I deki fanusun içinde bulunan hava boşaltılın- ca kaptaki basınç azalacaktır. Bu yüzden balonun üzerindeki basınç da azalacak ve balon Şekil II deki gibi şişecektir. Balonun hacmi büyüyünce iç basıncı azalır.

Yanıt D dir.

(14)

16.

L v_K K

v_L P₀

P₀ P₁

P₀> P₁

Normal koşullarda araçlar açık hava basıncının et- kisinde dengededir. Hızlı bir şekilde hareket eden araçlar arasındaki basınç azalır.

Akışkanın hızının arttığı yerde basınç azalır. Basınç azaldığı için de araçlar açık hava basıncının etkisiy- le birbirine doğru çekilmiş olur.

Yanıt A dır.

14. Verilen üç bilgi de doğrudur, ancak sıvı basıncı- nın sıvı derinliği ile doğru orantılı olarak arttığına;

I. bilgi kanıt olabilir.

Yanıt A dır.

15.

h h

h II gaz

I

boşluk

III IV

boşluk

h

III numaralı düzenekte açık

III P₀

h

P₀ hava basıncı (P₀) her iki kola da

uygulanıyor. Açık hava basıncı değiştiğinde her iki kolda da aynı değişiklik olduğu için so- nuç değişmez.

Yanıt C dir.