9. Sınıf Fizik · Ünite 3
Derinlerdeki Sır: Durgun Sıvı Basıncı ve Serbest Dalış
Milli sporcularımızın serbest dalış rekorlarından yola çıkarak durgun sıvı basıncının nelere bağlı olduğunu, basıncı etkileyen değişkenleri ve su altı sporlarındaki hayati güvenlik kurallarını öğreniyoruz.
Kazanım FİZ.9.3.2 · 40 dk okuma
Milli Gururumuz ve Derinlerin Çağrısı
Şahika Ercümen gibi milli sporcularımızın metrelerce derine tek nefeste indiğini gördüğümüzde, kırdıkları dünya rekorlarıyla onlara büyük bir hayranlık duyarız. Peki, suyun onlarca metre altına inmek neden bu kadar büyük bir fiziksel zorluk taşır? Hiç o karanlık ve sessiz derinlikte onların yerinde olduğunuzu hayal ettiniz mi? Gözlerinizi kapatın ve üzerinizde tonlarca suyun ağırlığını hissettiğinizi düşünün. Yüzeyden aşağı doğru indikçe kulaklarınızda hissettiğiniz o giderek artan baskı, sıvının ağırlığından kaynaklanan muazzam bir doğa kuralının sonucudur.
Durgun Sıvı Basıncı Nedir?
Tıpkı katı maddeler gibi sıvılar da kendi ağırlıkları nedeniyle temas ettikleri yüzeylere bir kuvvet uygularlar ve bu kuvvet sonucunda basınç oluşur. Ancak sıvıların çok önemli bir farkı vardır: Akışkan oldukları için sadece bulundukları kabın tabanına değil, yan yüzeylerine, yani temas ettikleri her noktaya basınç yaparlar. Sıvı basıncının büyüklüğünü belirleyen iki temel değişken vardır: Bulunduğunuz noktanın derinliği ve sıvının cinsi (özkütlesi). Elbette yer çekimi ivmesi de formülde yer alır ancak dünyamızda, aynı ortamda bulunduğumuz sürece bunu sabit bir değer olarak kabul ederiz.
Bu formülde; P sıvı basıncını, h derinliği, d sıvının özkütlesini, g ise yer çekimi ivmesini temsil eder.
Vurgun Yemek ve Dalış Güvenliği
Dalgıçlar derin sulara indikçe üzerlerindeki sıvı basıncı devasa boyutlara ulaşır. Bu yüksek basınç altında, soludukları havadaki azot gazı kanlarında daha fazla çözünür. Eğer dalgıç görevini bitirdikten sonra aniden yüzeye çıkmaya kalkarsa, üzerindeki dış sıvı basıncı çok hızlı bir şekilde düşer. Bu ani basınç düşüşü, kanda çözünmüş olan azotun aniden gaz kabarcıkları oluşturmasına yol açar. Tıpkı kapağı birdenbire açılan asitli bir içeceğin köpürmesi gibi! Damarları tıkayabilen ve hayati tehlike taşıyan bu ciddi sağlık sorununa 'vurgun' adı verilir.
Hadi Deney Tasarlayalım!
Şimdi sıra sizde! Sınıftaki arkadaşlarınızla 3-4 kişilik takımlar oluşturun. Elinizde boş pet şişeler, su, sıvı yağ, cetvel, raptiye ve bant olduğunu düşünün. Göreviniz şu: Sadece sıvının cinsinin (özkütlesinin) sıvı basıncına etkisini ispatlamak için nasıl bir düzenek kurarsınız? Takımınızla beyin fırtınası yapın. Hangi değişkenleri değiştireceksiniz? Hangilerini sabit tutacaksınız? Tasarımınızı bir kağıda çizin ve sınıfınızla paylaşın.
Derinlerdeki Sır: Durgun Sıvı Basıncı ve Serbest Dalış: Alıştırma Soruları
1. Durgun bir sıvının içindeki herhangi bir noktada oluşan sıvı basıncı aşağıdakilerden hangisine bağlı DEĞİLDİR?
- A) Sıvının serbest yüzeyine olan uzaklığına (derinliğine)
- B) Sıvının özkütlesine (yoğunluğuna)
- C) Bulunulan ortamın yer çekimi ivmesine
- D) Sıvının içinde bulunduğu kabın şekline veya genişliğine
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Sıvının içinde bulunduğu kabın şekline veya genişliğine
Sıvı basıncı derinlik, sıvının özkütlesi ve yer çekimi ivmesine bağlıdır (P = h.d.g). Kabın şekli, taban alanı veya ne kadar su aldığı sıvı basıncını tek başına etkilemez.
2. Derin sularda dalış yapan bir sporcunun, aniden yüzeye çıkması durumunda kanda çözünmüş olan azot gazının hızla kabarcık hâline gelerek damarları tıkaması riskine ne ad verilir?
- A) Hipotermi
- B) Vurgun
- C) Zehirlenme
- D) Kramp
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Vurgun
Yüksek basınçtan düşük basınca aniden geçilmesi sonucunda kanda azot kabarcıklarının oluşarak hayati tehlike yaratması olayına vurgun denir. Bu sebeple dalgıçlar yüzeye kademeli olarak çıkarlar.
3. Bir öğrenci takımı, 'sıvı basıncının sıvının cinsine (özkütlesine) bağlı olduğunu' ispatlamak için bir deney tasarlayacaktır. Bu deneyde öğrencilerin seçmesi gereken bağımsız (değiştirilen) ve kontrol (sabit tutulan) değişkenler aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?
- A) Bağımsız değişken: Özkütle / Kontrol değişkeni: Derinlik
- B) Bağımsız değişken: Derinlik / Kontrol değişkeni: Özkütle
- C) Bağımsız değişken: Kap hacmi / Kontrol değişkeni: Özkütle
- D) Bağımsız değişken: Derinlik / Kontrol değişkeni: Kap hacmi
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Bağımsız değişken: Özkütle / Kontrol değişkeni: Derinlik
Bilimsel bir deneyde etkisini araştırdığımız şeye bağımsız değişken denir, bu nedenle özkütle değiştirilmelidir. Karşılaştırmanın adil olması için diğer temel etken olan derinlik ise aynı (sabit/kontrol) tutulmalıdır.
4. Su dolu bir havuzun içinde bulunan K ve L noktalarından; K noktası suyun serbest yüzeyinden 2 metre, L noktası ise 6 metre aşağıdadır. K noktasındaki sıvı basıncı P olarak ölçüldüğüne göre, L noktasındaki sıvı basıncı kaç P olur?
- A) 2
- B) 3
- C) 4
- D) 6
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 3
Aynı sıvının içinde derinlik ile basınç doğru orantılıdır. L noktasının derinliği (6 metre), K noktasının derinliğinin (2 metre) tam 3 katı olduğu için, maruz kaldığı basınç da 3 katı yani 3P olacaktır.
5. Bir serbest dalış sporcusu tatlı su gölünde dalış yaparken 30 metre derinlikte hissettiği göğüs kafesi baskısını (sıvı basıncını), ertesi gün denizde (tuzlu su) daldığında da aynen hissetmek istiyor. Tuzlu suyun özkütlesinin tatlı suya göre daha büyük olduğu bilindiğine göre, dalgıcın denizde inmesi gereken derinlik için ne söylenebilir?
- A) Kesinlikle 30 metreden daha derine inmelidir.
- B) Kesinlikle 30 metreden daha az bir derinliğe inmelidir.
- C) Tam olarak yine 30 metre derine inmelidir.
- D) Ortam değiştiği için basınçlar eşitlenemez.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Kesinlikle 30 metreden daha az bir derinliğe inmelidir.
Sıvı basıncı derinlik ve özkütlenin çarpımıyla bulunur (P = h.d.g). Deniz suyunun özkütlesi daha büyüktür. Çarpımın (basıncın) aynı kalabilmesi için daha yoğun olan tuzlu suda daha az derinliğe inmesi aynı basıncı hissetmesi için yeterli olacaktır.