Aynı kuvvet,
farklı
yüzey
Çivinin iki ucuna eşit kuvvet etki eder ama sivri uç parmağına batar. Fark kuvvette değil, kuvvetin dağıldığı alanda. Bu ünitede basınç, basınç kuvveti ve katıların kuvvet iletimi var.
Kuvvetin kaynağı ne olursa olsun birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvetin büyüklüğüne basınç, bütün yüzeye dik olarak etki eden kuvvete ise basınç kuvveti denir.
Basınç kuvvetle doğru, yüzey alanı ile ters orantılıdır.
| Kuvvet | Yüzey alanı | Basınç |
|---|---|---|
| Newton (N) | Metrekare (m²) | N/m² = Pa (Pascal) |
Katılar ağırlıkları sebebiyle bulundukları yüzeylere, sıvılar yine ağırlıkları sebebiyle içinde bulundukları kabın taban ve yan yüzeylerine, gazlar da hem ağırlıkları hem de gaz moleküllerinin hareketleri sırasında çeperlere çarpmaları sebebiyle kendilerini sınırlayan yüzeylere kuvvet uygularlar.
Soru "basınç kuvvetleri" diyorsa cevap çoğu zaman eşittir; "basınçlar" diyorsa farklı çıkar. Sebebi tek cümlede:
Katı cisimlerin bulundukları yüzeylere uyguladıkları basınç kuvveti ağırlıklarına eşittir. Ağırlık değişmediği sürece basınç kuvveti de değişmez — ama aynı kuvvet farklı yüzey alanları üzerinde etkili olacağından zemine uyguladığı basınç değişir. Bu ünitenin en çok karıştırılan yeri burasıdır.
Katı cisimlerin bulundukları yüzeylere uyguladıkları basınç kuvveti ağırlıklarına eşittir. Aynı katı cismin farklı yer çekim alanlarında farklı ağırlıkları oluşacağından bu ortamlarda bulundukları yüzeye uygulayacakları basınçlar da farklıdır.
Bir katı cismin bulunduğu zeminde farklı taban alanlarına sahip olması durumunda ağırlıkları değişmeyeceği için basınç kuvvetleri de değişmez fakat aynı kuvvet farklı yüzey alanları üzerinde etkili olacağından zemine uyguladığı basınç değişir.
Ağırlıkları ve boyutları aynı olan tuğlalar üç farklı şekilde yerleştirilirse, tuğlaların ağırlıkları eşit büyüklükte olduğu için yere uyguladıkları basınç kuvvetleri de eşit olur; ancak yere temas eden yüzey alanı daha büyük olan konumda yere uyguladıkları basınç daha küçük olur.
Cisimlerin hem ağırlık hem de taban alanlarının büyüklüğü farklı olursa basınç kıyaslaması her bir konumdaki ağırlık/taban alanı oranlarına bakılarak yapılmalıdır. Yani tek başına "daha ağır" ya da "daha geniş" demek yetmez; oranı hesaplamak gerekir.
| Düzenek | Ağırlık | Taban alanı | Basınç (G / S) | Sıra |
|---|---|---|---|---|
| I | 2G | S | 2G / S | En büyük |
| II | 2G | 2S | G / S | En küçük |
| III | 3G | 2S | 3G / 2S | Orta |
Dikkat: I ve II'nin ağırlıkları eşit olduğu için basınç kuvvetleri eşittir, ama basınçları farklıdır. II ve III'ün taban alanları eşit olduğu hâlde basınçları yine farklıdır. Karar veren şey daima orandır.
Sıralamaya dikkat: sezgi “I > II > III” der (soldan sağa azalır sanırsın), oysa doğrusu I > III > II'dir: 2G/S > 3G/2S > G/S. III. düzenek en ağır olduğu hâlde en büyük basıncı yapmıyor, ama en küçüğünü de yapmıyor — ortaya giriyor. Konunun bütün püf noktası budur.
Yumuşak zeminlerde cisimlerin zemine batma miktarını azaltmak için cisimlerin zemine değen kısımlarında ağırlıklarıyla orantılı taban yüzey alanları seçilmelidir. Ağır yük kamyonu, kar ambulansı ve tank; hareket ettikleri zemine daha az basınç uygulayarak zeminde fazla batmadan hareketlerini sürdürebilmek için geniş tabanlı teker ya da paletler kullanmaktadırlar.
Katılar kuvveti kendi doğrultusunda aynen iletirler. Bu tek cümle, bu bölümdeki bütün soruların anahtarıdır.
Ağırlıkları eşit olan cisimlerin yatay zeminde yere uygulayacağı basınç kuvvetleri her durumda eşit olur.
K tuğlası üzerine bir L tuğlası üç farklı şekilde yerleştirildiğinde K tuğlası, üzerindeki L tuğlasının ağırlığını aynı şekilde tabana iletir ve tabana etkiyen basınç kuvveti her konumda aynı büyüklükte olur, tabandaki basınçlar da birbirine eşit olur.
Kenarları yere dik yükselen homojen, düzgün prizmalar (K), yine kenarları yere dik olacak şekilde farklı kalınlıklarda iki ya da daha çok parçaya da ayrılsa (L ve M) cismin her parçasının yere yapacağı basınç cismin ilk konumda yere yapacağı basınca eşittir.
Aynı maddeden yapılmış düzgün prizmalarda cisimlerin bulundukları zemine yapacağı basınç, prizmanın yüksekliği ile doğru orantılıdır.
Yani yüksekliği h olan bir prizma zemine P basıncı yapıyorsa, aynı maddeden yapılmış 2h yüksekliğindeki prizma 2P basıncı yapar — taban alanı ne olursa olsun. Prizmayı düşey kesiklerle kaç parçaya bölersen böl, her parçanın yüksekliği aynı kaldığı için basıncı da aynı kalır.
| İşlem | Basınç kuvveti | Basınç | Neden |
|---|---|---|---|
| Tuğlayı yan çevirmek | Değişmez | Değişir | Ağırlık aynı, temas eden taban alanı farklı |
| Prizmayı düşey kesmek | Her parça için azalır | Değişmez | Ağırlık ve taban alanı aynı oranda küçülür |
| Üstüne ikinci tuğla koymak | Artar | Artar | Katı kuvveti aynen ilettiği için ağırlıklar toplanır |
| Prizmanın yüksekliğini 2 katına çıkarmak | 2 katı | 2 katı | Aynı maddede basınç yükseklikle doğru orantılı |
Rastgele gelen soruyu oku, doğru şıkkı seç. Yanıtın ardından açıklama gelir.
Basınç, farkında olmadan gün boyunca kullandığın bir tasarım kuralı.
İki ayağı üzerinde duran bir kişi bir ayağını kaldırıp tek ayağı üzerinde durursa ağırlığı değişmediği için basınç kuvveti değişmez fakat basınçla yüzey ters orantılı olduğu için yere uyguladığı basınç artar. Beden dersinde bunu denemek bir saniye sürer.
Aynı ağırlıktaki iki kişiden biri normal ayakkabı ile diğeri geniş tabanlı kar ayakkabısı ile yürürken normal ayakkabı giyen kişi zemine fazla basınç uyguladığı için kara daha çok batar. Ağırlık aynı — değişen tek şey taban alanı.
Eşit büyüklükte kuvvet uygulanarak iki ayrı bıçakla ekmek kesilirken ince yüzeyli (keskin) bıçakla ekmek daha kolay kesilir. İnce yüzeyli bıçak aynı kuvvetle daha fazla basınç uygular. Bıçağı bilemek, kuvvetini değil alanını değiştirir.
Bir çivi elin iki parmağı arasında tutulurken her iki parmağa eşit basınç kuvveti etki eder fakat çivinin sivri (küçük alanlı) ucundan parmağa etki eden basınç, yüzey alanı büyük olan ucunda parmağa etki eden basınca göre daha fazladır. Bu yüzden sivri uçtaki parmağın daha çok acır.
Ağır yük kamyonu, kar ambulansı ve tank hareket ettikleri zemine daha az basınç uygulayarak zeminde fazla batmadan hareketlerini sürdürebilmek için geniş tabanlı teker ya da paletler kullanmaktadırlar. Aynı ağırlık, daha çok yüzeye yayılıyor.
Çantanın ağırlığı değişmez — yani omzuna uyguladığı basınç kuvveti aynıdır. Ama ince askı bu kuvveti çok küçük bir alana yayar; basınç yüzey alanı ile ters orantılıdır. Geniş ve yastıklı askı acıyı bu yüzden azaltır.
Raptiyenin geniş başına parmağınla bastırırsın, ucu ise iğne gibidir. Katılar kuvveti kendi doğrultusunda aynen iletirler: aynı kuvvet uca varır ama alan minicik olduğu için basınç panoyu delecek kadar büyür.
Kum üzerine bırakılan aynı ağırlıktaki iki tuğladan hangisinin taban alanı daha küçük ise o kuma daha çok batar. Aynı sebeple, koşarken bıraktığın izler yürürken bıraktıklarından derindir: temas alanı küçülür.
"Basınç kuvveti" mi, "basınç" mı? Ağırlıkları eşit olan cisimlerin yatay zeminde yere uygulayacağı basınç kuvvetleri her durumda eşit olur — bu soruda iş biter. "Basınç" soruluyorsa G/S oranını hesaplaman gerekir.
40 sorudan oluşan bu test ile "Basınç Kavramı, Katılarda Basınç ve Basınç Kuvveti" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvetin büyüklüğüdür. Kuvvetle doğru, yüzey alanı ile ters orantılıdır.
Katı cisimlerin bulundukları yüzeylere uyguladıkları basınç kuvveti ağırlıklarına eşittir.
SI'da kuvvet Newton (N), yüzey alanı metrekare (m²), basınç N/m² yani Pascal (Pa) ile ifade edilir.
Katılar ve sıvılar ağırlıkları sebebiyle, gazlar hem ağırlıkları hem de moleküllerin çeperlere çarpması sebebiyle kuvvet uygular.
Ağırlık değişmediği için basınç kuvveti değişmez; aynı kuvvet farklı yüzey alanına etki ettiği için basınç değişir.
Hem ağırlıklar hem taban alanları farklıysa kıyaslama her konumdaki ağırlık/taban alanı oranlarına bakılarak yapılır.
Katılar kuvveti kendi doğrultusunda aynen iletirler. Üstteki tuğlanın ağırlığı nasıl konulursa konulsun tabana aynı şekilde iletilir.
Kenarları yere dik düzgün prizma, kenarları yere dik kalacak şekilde parçalara ayrılsa her parçanın yere yapacağı basınç ilk basınca eşittir.
Aynı maddeden yapılmış düzgün prizmalarda zemine yapılan basınç prizmanın yüksekliği ile doğru orantılıdır.
Ağırlıkları eşit olan cisimlerin yatay zeminde yere uygulayacağı basınç kuvvetleri her durumda eşit olur.
Yumuşak zeminlerde batma miktarını azaltmak için cisimlerin zemine değen kısımlarında ağırlıklarıyla orantılı taban yüzey alanları seçilmelidir.
Aynı katı cismin farklı yer çekim alanlarında farklı ağırlıkları oluşacağından bu ortamlarda yüzeye uygulayacağı basınçlar da farklıdır.