Hızlanan
akışkanın
basıncı düşer
Tonlarca ağırlıktaki uçağı havada tutan da, fırtınada çatıyı uçuran da aynı cümle. Bu ünitede akışkan basıncı ve Bernoulli İlkesi var.
Hareket hâlindeki gazların ve sıvıların oluşturduğu basınç durgun sıvıların basıncından farklı özellikler gösterir. Hareket hâlindeki gazların ve sıvıların oluşturduğu basınca akışkan basıncı denir.
Akışkan sıvıların bulundukları kap içinde kabın çeperlerine yaptığı basınç durgun sıvıların kap çeperlerine uyguladıkları basınç özellikleri ile açıklanamaz.
| Karşılaştırma | Durgun sıvı basıncı | Akışkan basıncı |
|---|---|---|
| Sıvının durumu | Duruyor | Hareket hâlinde |
| Neye bağlı | Derinlik, özkütle, g (P = h·d·g) | Akış sürati |
| Kesit daralınca | Bir etkisi yok | Sürat artar, basınç düşer |
| Temel kural | Derine inildikçe basınç artar | Sürat arttıkça basınç azalır |
| Geçerlilik | Durgun sıvılar | Akışkan hareketinin düzenli olduğu durumlar |
"Akışkanların süratinin arttığı yerde basıncı düşer." şeklinde ifade edilen tanımlama fizikte Bernoulli İlkesi olarak bilinir. Bu ilke akışkan hareketinin düzenli olduğu durumlar için geçerlidir.
Yer altındaki bir su kanalında akan suyun bulunduğu bazı noktalarda sürat ve aynı noktadaki suyun çeperlere yaptığı basınç ölçümleri şöyle:
| Bölge | Hız | Basınç |
|---|---|---|
| Geniş kesit | 1,4 m/s | 114 kPa |
| Dar kesit | 6,1 m/s | 94 kPa |
Ölçümlerden, suyun aktığı kanalın kesit alanının küçüldüğü bölgede suyun akış hızının daha büyük olmasına karşın suyun çepere yaptığı basıncın daha küçük olduğu görülmektedir.
Sezgi tam tersini söyler: hızlı akan suyun boruyu daha çok zorlaması beklenir. Oysa tablodaki ölçüm net — hız 1,4'ten 6,1 m/s'ye çıkarken basınç 114 kPa'dan 94 kPa'ya düşüyor.
Karıştırılan şey şu: burada konuşulan basınç, akışkanın ilerleme yönündeki itmesi değil, çeperlere yani yanlara yaptığı basınçtır. Akışkanların süratinin arttığı bölgelerde çevresine yaptığı basınç azalır. Ayrıca bu ilke akışkan hareketinin düzenli olduğu durumlar için geçerlidir — çalkantılı akışta uygulanmaz.
Çatının uçması da, uçağın kalkması da, şemsiyenin ters dönmesi de tek bir cümleden çıkıyor. Düğmelerle sahneleri gez.
Çok yüksek süratte hava akımının olduğu ortamda (fırtınalı havalarda) evlerin, fabrikaların, spor salonlarının çatılarının bulundukları yerden yükseldiğini çoğu zaman duymuş ya da görmüşüzdür.
Çatıların üzerinden ve duvarların yüzeylerinden geçen havanın sürati artar. Bernoulli İlkesi'ne göre çatılara ve duvarların yüzeyine etki eden açık hava basıncı (Pdış) azalır. Çatı boşluğundaki hava basıncının (Piç), çatı üzerindeki basınçtan büyük olması durumunda ise çatılar yerinden çıkıp uçabilir.
Uçak kanatlarının yapısına bakılırsa yine kanatların üst yüzeylerinde havanın daha süratli akması nedeniyle kanatların üst ve alt yüzeylerinde oluşan basınç farkı tonlarca ağırlıktaki uçağın havada yükselmesini sağlar.
Şemsiye üzerinden geçen havanın süratinin artması, şemsiyenin üst kısmındaki basıncın azalmasına sebep olur. Şemsiyenin üst tarafındaki hava basıncı, şemsiyenin alt kısmındaki basınçtan küçük olduğu için şemsiyenin uçları yukarı doğru döner.
Binaların içindeki durgun havanın basıncı, dışarıdaki hareketli havadan dolayı açık havanın basıncından büyük olur. Bunun sonucunda binaların kapı ve pencereleri sertçe kapandığı görülebilir.
K borusundan su iletimi yapılırken kesitin daraldığı bölgeye U borusu yardımıyla sıvı dolu bir tank bağlanmıştır. İstenildiği zaman musluk açılarak sıvı gübrenin U borusunda ok yönünde yükselmesi ve suya karışması sağlanır. Bu olayda da Bernoulli İlkesine uygun durum gerçekleşmektedir. K borusunun dar kesitinden geçen suyun hızı artar ve U borusu içine uyguladığı basınç azalır. Bu sırada musluk da açılırsa U borusundaki sıvı düşük basınçlı suya doğru hareket eder.
Bernoulli İlkesini gözle görmenin en basit yolu: farklı kesitli bir borunun altına U borusu bağlamak.
K borusundaki hava durgun iken U borusundaki su her iki kolda eşit seviyededir. Çünkü iki kola da aynı basınç etki eder.
K borusunun bir ucundan hızlıca üflenirse K borusundaki hava, dar boruda daha hızlı, geniş boruda daha yavaş hareket eder (V₁ > V₂) ve U borusunun içinde akışkan hızının fazla olduğu taraftaki L borusunun içine etki eden hava basıncı (P₁), M kolundan su üzerine etki eden hava basıncından (P₂) daha küçük (P₁ < P₂) olur. Bu nedenle U borusundaki su L borusunda yükselir, M borusunda düşer.
Rastgele gelen soruyu oku, doğru şıkkı seç. Yanıtın ardından açıklama gelir.
Bernoulli İlkesi, fırtınalı bir günde okula giderken defalarca karşına çıkıyor.
Şemsiye üzerinden geçen havanın süratinin artması, şemsiyenin üst kısmındaki basıncın azalmasına sebep olur. Şemsiyenin üst tarafındaki hava basıncı alt kısmındakinden küçük olduğu için şemsiyenin uçları yukarı doğru döner. Rüzgâr onu itmiyor — emiyor.
Binaların içindeki durgun havanın basıncı, dışarıdaki hareketli havadan dolayı açık havanın basıncından büyük olur. Bunun sonucunda binaların kapı ve pencereleri sertçe kapandığı görülebilir. Odadaki yüksek basınç kapıyı dışarı doğru iter.
Kanatların üst yüzeylerinde havanın daha süratli akması nedeniyle kanatların üst ve alt yüzeylerinde oluşan basınç farkı tonlarca ağırlıktaki uçağın havada yükselmesini sağlar. Uçağı yukarı iten şey alttaki daha yüksek basınçtır.
Çatı boşluğundaki hava basıncının (Piç), çatı üzerindeki basınçtan büyük olması durumunda çatılar yerinden çıkıp uçabilir. Çatı aşağıdan yukarı doğru itilir; rüzgâr onu yandan devirmez.
K borusunun dar kesitinden geçen suyun hızı artar ve U borusu içine uyguladığı basınç azalır. Musluk açılırsa U borusundaki sıvı düşük basınçlı suya doğru hareket eder. Hiçbir pompa yok — işi basınç farkı yapıyor.
Duştan çıkan su ve onunla sürüklenen hava perdenin iç tarafında hızlanır. Akışkanların süratinin arttığı bölgelerde çevresine yaptığı basınç azalır — dışarıdaki durgun havanın daha yüksek basıncı perdeyi içeri doğru iter.
Dönen topun bir yanında hava daha hızlı akar, o yanda basınç düşer; top düşük basınçlı tarafa doğru kıvrılır. Aynı cümle: akışkanların süratinin arttığı yerde basıncı düşer.
Bu iki düzenek de aynı basınç farkıyla çalışır: hızlı akan hava, yanındaki durgun bölgeye göre düşük basınçlı olur ve sıvıyı yukarı çeker. Aspiratör de havayı bu farkla dışarı atar.
"Kesit daralıyor", "hız artıyor", "rüzgâr esiyor" — bunlardan biri geçiyorsa Bernoulli sorusudur ve cevap yönü bellidir: hızın arttığı yerde basınç düşer. Durgun sıvı formülü P = h·d·g burada işe yaramaz.
40 sorudan oluşan bu test ile "Akışkan Basıncı (Bernoulli İlkesi)" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Hareket hâlindeki gazların ve sıvıların oluşturduğu basınca akışkan basıncı denir; durgun sıvıların basıncından farklı özellikler gösterir.
"Akışkanların süratinin arttığı yerde basıncı düşer." Bu ilke akışkan hareketinin düzenli olduğu durumlar için geçerlidir.
Kanalın kesit alanının küçüldüğü bölgede akış hızı büyür, buna karşın suyun çepere yaptığı basınç küçülür.
Yer altı su kanalındaki ölçümler: hız dört kattan fazla artarken basınç düşüyor.
Çatı üzerinden geçen havanın sürati artınca dış basınç azalır; çatı boşluğundaki basınç üsttekinden büyük olursa çatı uçabilir.
Kanadın üst yüzeyinde hava daha süratli aktığı için üst ve alt yüzeyler arasında oluşan basınç farkı uçağı yükseltir.
Üzerinden geçen havanın sürati artınca üst kısımdaki basınç azalır ve şemsiyenin uçları yukarı doğru döner.
Bina içindeki durgun havanın basıncı, dışarıdaki hareketli havanın basıncından büyük olur; kapı ve pencereler sertçe kapanır.
K borusundaki hava durgun iken U borusundaki su her iki kolda eşit seviyededir.
Dar boruda hava daha hızlı akar (V₁ > V₂); hızın fazla olduğu L kolunda basınç küçük olur, su L'de yükselir, M'de düşer.
Dar kesitten geçen suyun hızı artar, U borusuna uyguladığı basınç azalır; musluk açılınca gübre düşük basınçlı suya doğru hareket eder.
Akışkan sıvıların kap çeperlerine yaptığı basınç, durgun sıvıların uyguladıkları basınç özellikleri ile açıklanamaz.