9. Sınıf Fizik · Ünite 3
Havanın Ağırlığı ve Açık Hava Basıncı
Sıvı basıncından yola çıkarak havanın da ağırlığı olan bir akışkan olduğunu keşfediyoruz. Yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncının neden azaldığını yoğunluk farklarıyla öğreniyoruz.
Kazanım FİZ.9.3.4 · 40 dk okuma
Görünmez Bir Okyanusun Dibindeyiz!
Yazın denizde veya havuzda derinlere daldığınızda kulaklarınızda bir baskı hissedersiniz, değil mi? Önceki derslerimizden hatırlayacağınız üzere bu baskının sebebi üzerinizdeki suyun ağırlığıdır. Sıvılar birer akışkandır ve ağırlıklarından dolayı temas ettikleri yüzeylere basınç uygularlar. Peki, şu an oturduğunuz yerde de devasa bir okyanusun dibinde olduğunuzu söylesem ne düşünürdünüz? Üstelik bu okyanus sudan değil, soluduğumuz havadan oluşuyor!
Tıpkı sıvılar gibi gazlar da akışkandır. Dünyamızı saran atmosfer, kilometrelerce kalınlığa sahip devasa bir hava tabakasıdır. Bu dev hava kütlesinin de bir ağırlığı vardır ve tıpkı suyun yaptığı gibi, bu ağırlık üzerimize sürekli bir kuvvet uygular. Havanın ağırlığı nedeniyle birim yüzeye uyguladığı bu kuvvete 'açık hava basıncı' veya 'atmosfer basıncı' adını veriyoruz.
Sıvı Basıncı ile Açık Hava Basıncı: Benzerlikler ve Farklar
Şimdi bir beyin fırtınası yapalım. Düşüncelerinizi açık fikirli bir şekilde test etmenizi istiyorum: 'Sıvı basıncı ile açık hava basıncı tamamen aynı şekilde mi çalışır?' İkisi de akışkandır, ikisi de ağırlıklarından dolayı basınç yaratır. Bunlar benzerlikleridir. Ancak aralarında çok kritik bir fark vardır: Yoğunluk dağılımı!
Yerçekimi bütün hava moleküllerini Dünya'nın merkezine doğru çeker. Bu çekim kuvvetinin ve üstteki havanın ağırlığının etkisiyle, yere en yakın olan alt kısımlardaki (deniz seviyesindeki) hava molekülleri birbirine çok daha fazla sıkışır. Yani deniz seviyesinde hava çok yoğundur. Ancak yukarılara doğru çıkıldıkça hava molekülleri arası boşluk artar ve hava seyrekleşir.
Sıvılarda Derinlik, Havada Yükseklik
Sıvılarda basınç formülünü hatırlayalım; basınç derinlik (h), yoğunluk (d) ve yerçekimi ivmesine (g) bağlıydı:
Sıvılarda kabın tabanından yukarı doğru çıktıkça üzerimizdeki sıvı derinliği (h) azalır, bu yüzden basınç da düşer. Atmosferde ise bizim kabımızın tabanı deniz seviyesidir. Bir dağa tırmandığınızı veya uçakla havalandığınızı hayal edelim.
Yükseklere tırmandıkça başınızın hizasından atmosferin en uç noktasına kadar olan mesafe kısalır. Başka bir deyişle, artık omuzlarınızda taşıdığınız havanın miktarı azalmıştır. Üstelik kalan bu havanın yoğunluğu da deniz seviyesine kıyasla çok daha düşüktür.
Kısa Bir Özet
- Tıpkı sıvılar gibi havanın da ağırlığı vardır ve bu ağırlık açık hava basıncını oluşturur.
- Sıvıların yoğunluğu her derinlikte eşit (homojen) kabul edilirken, havanın yoğunluğu deniz seviyesinde en fazla, yükseklerde ise en azdır.
- Atmosferin dış sınırından deniz seviyesine kadar olan mesafe, yüksek dağların zirvesine olan mesafeden daha fazladır. Bu yüzden deniz seviyesinde açık hava basıncı yüksektir, yukarılara çıkıldıkça azalır.
Havanın Ağırlığı ve Açık Hava Basıncı: Alıştırma Soruları
1. Açık hava basıncının (atmosfer basıncının) oluşmasının temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi
- B) Havanın bir kütlesi ve ağırlığı olması
- C) Güneş ışınlarının havayı ısıtması
- D) Havanın homojen bir yapıda olması
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Havanın bir kütlesi ve ağırlığı olması
Tıpkı sıvılarda olduğu gibi, atmosferi oluşturan gaz moleküllerinin de bir ağırlığı vardır. Açık hava basıncı, bu hava kütlesinin ağırlığı nedeniyle birim yüzeye uyguladığı kuvvetten kaynaklanır.
2. Sıvı basıncı ile açık hava basıncı arasındaki yoğunluk ilişkisi düşünüldüğünde aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
- A) Hem sıvıların hem de havanın yoğunluğu her yerde aynıdır.
- B) Sıvıların yoğunluğu homojen kabul edilirken, havanın yoğunluğu yükseklik arttıkça azalır.
- C) Suyun yoğunluğu derinlere inildikçe azalır, havanınki ise sabit kalır.
- D) Hem suyun hem de havanın yoğunluğu deniz seviyesinden uzaklaştıkça artar.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Sıvıların yoğunluğu homojen kabul edilirken, havanın yoğunluğu yükseklik arttıkça azalır.
Sıvılar sıkıştırılamadığı için homojen kabul edilir ve her yerinde yoğunluk aynıdır. Ancak hava sıkıştırılabilir olduğu için yerçekiminin etkisiyle alt tabakalarda daha yoğundur, yükseldikçe seyrekleşir.
3. Bir öğrenci, dağa tırmandıkça açık hava basıncının arttığını iddia etmektedir. Bu öğrencinin hipotezinin yanlış olmasının temel bilimsel sebebi aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Dağın zirvesinde havanın sıcaklığının daha düşük olması
- B) Yükseklere çıkıldıkça yerçekiminin tamamen ortadan kalkması
- C) Yükseklere çıkıldıkça üzerimizdeki hava tabakasının kalınlığının ve havanın yoğunluğunun azalması
- D) Dağların rüzgarın hızını keserek basıncı sıfırlaması
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Yükseklere çıkıldıkça üzerimizdeki hava tabakasının kalınlığının ve havanın yoğunluğunun azalması
Deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça başımızın üzerinden atmosferin en üst noktasına kadar olan mesafe kısalır. Üzerimizdeki hava miktarı ve bu havanın yoğunluğu azaldığı için basınç artmaz, aksine azalır.
4. Sıvılarda basınç, sıvının serbest yüzeyine olan uzaklık (derinlik) ile doğru orantılıdır. Açık hava basıncında ise basıncı etkileyen temel uzunluk mesafesi nasıl tanımlanır?
- A) Bulunan noktanın Dünya'nın merkezine olan uzaklığıdır.
- B) Bulunan nokta ile deniz seviyesi arasındaki yatay mesafedir.
- C) Bulunan nokta ile atmosferin en üst (dış) sınırı arasındaki dikey mesafedir.
- D) Sadece bulutların yerden yüksekliği ile ilgilidir.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Bulunan nokta ile atmosferin en üst (dış) sınırı arasındaki dikey mesafedir.
Tıpkı havuzun dibinde üzerimizde kalan su miktarının derinlikle ölçülmesi gibi, açık havada da basıncı belirleyen şey bulunduğumuz yer ile okyanusun bittiği yer (atmosferin en dış sınırı) arasındaki mesafedir. Tırmandıkça bu mesafe azalır.
5. Beyin fırtınası yapan Ali, 'Eğer atmosfer, hava yerine su gibi homojen bir akışkandan oluşsaydı, yükseklere çıkıldıkça basınç yine azalırdı ama şimdiki azalış miktarından farklı bir karakter sergilerdi' diyor. Ali'nin bahsettiği bu farklılığın nedeni gerçek atmosferin hangi özelliğidir?
- A) Açık havanın sıcaklığının her yerde her zaman sabit kalması
- B) Havanın sıkıştırılabilir bir gaz olması nedeniyle yoğunluğunun yükseklerde daha düşük olması
- C) Gerçekte atmosferin en dış sınırının tam olarak bilinememesi
- D) Deniz seviyesinde hava basıncının sıvı basıncından her zaman küçük olması
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Havanın sıkıştırılabilir bir gaz olması nedeniyle yoğunluğunun yükseklerde daha düşük olması
Eğer hava homojen olsaydı, yükseklik arttıkça basınç sadece mesafe (h) kısaldığı için düzenli azalırdı. Fakat gerçekte hava sıkıştırılabilir olduğu için yükseklere çıkıldıkça sadece hava tabakası kısalmaz, havanın yoğunluğu da azalarak basıncın düşüşünü etkiler.