9. Sınıf Fizik · Ünite 3
Rüzgârın Sırrı: Akışkanların Hızı ve Basıncı (Bernoulli İlkesi)
Akışkanların hızlandığı yerlerde basıncın nasıl düştüğünü keşfedecek, fırtınalarda çatıların neden uçtuğu gibi günlük hayattaki olayları Bernoulli İlkesi ile açıklayacağız.
Kazanım FİZ.9.3.7 · 35 dk okuma
Akışkanlar Hareket Hâlindeyken Neler Olur?
Su ve hava gibi akabilen, belirli bir şekli olmayan maddelere 'akışkan' diyoruz. Bir akışkan durgun hâldeyken etrafına ve içinde bulunduğu kaba bir basınç uygular. Peki ya bu akışkan hareket etmeye, bir yerden başka bir yere doğru akmaya başladığında basıncı nasıl değişir? İşte bu sorunun cevabı, fiziğin en büyüleyici kurallarından biri olan Bernoulli İlkesi'nde saklıdır.
Daralan Yollarda Hız Artar
Yazın bahçeyi sularken hortumun ucunu baş parmağınızla hafifçe kapattığınızda, suyun çok daha uzağa ve şiddetli bir şekilde fışkırdığını fark etmişsinizdir. Düşünün: Su aynı su, hortum aynı hortum. Ne değişti? Suyun çıktığı delik (yani kesit alanı) küçüldü. Akışkanlar dar bir yerden geçerken, aynı sürede aynı miktarda maddenin geçebilmesi için hızlanmak zorundadır. Tümevarım yoluyla şu genel kurala ulaşabiliriz: Akışkanın geçtiği borunun kesit alanı daraldıkça, akışkanın sürati artar.
Bernoulli İlkesi: Hız Artarsa Basınç Düşer!
İsviçreli bilim insanı Daniel Bernoulli, 1700'lerde çok ilginç bir şey keşfetti. Akışkanın hızının arttığı yerde, geçtiği borunun çeperlerine (yan duvarlarına) yaptığı basınç azalır. Bu durum ilk duyduğunuzda mantığınıza ters gelebilir; 'Hızlı akan su daha çok basınç yapmaz mı?' diye düşünebilirsiniz. Ancak burada bahsettiğimiz şey suyun çarpma etkisi değil, yan yüzeylere doğru yaptığı durgun itme kuvvetidir. Akışkan hızlandığında enerjisini harekete harcar ve yan duvarlara yaptığı basınç düşer.
Günlük Hayattan Bernoulli Sürprizleri
Çevremizdeki birçok olayı, akışkanların hızı ile basıncı arasındaki bu ters orantıyla (Bernoulli İlkesi) açıklayabiliriz:
- Fırtınalarda çatıların uçması: Fırtınalı havalarda evin içindeki hava durgundur (yüksek basınç). Ancak çatının üzerinden çok hızlı esen rüzgâr, oradaki hava basıncını düşürür. Evin içindeki yüksek basınç, çatıyı düşük basınca doğru (yukarı) iter ve çatı yerinden kopabilir.
- Uçakların uçabilmesi: Uçak kanatlarının üst kısmı kavisli, alt kısmı daha düzdür. Uçak ilerlerken üstten geçen hava daha uzun bir yol katedeceği için daha hızlı akar ve basıncı düşer. Kanadın altındaki yavaş havanın oluşturduğu yüksek basınç, uçağı yukarı doğru kaldırır (kaldırma kuvveti oluşur).
- Parfüm şişeleri: Pompaya bastığınızda, ince borunun üzerinden hızlıca hava üflersiniz. Hızlı havanın bulunduğu yerde basınç düşer. Şişenin içindeki yüksek basınçlı hava, parfüm sıvısını bu düşük basınçlı yere doğru iter ve sıvı dışarı püskürür.
Özetle
Akışkanlar, geçtikleri yol daraldığında hızlarını artırırlar. Hızlarının arttığı bölgelerde ise çevrelerine yaptıkları basınç azalır. Yüksek basınçtan düşük basınca doğru oluşan kuvvetler, hayatımızdaki pek çok mekanizmanın temelini oluşturur.
Rüzgârın Sırrı: Akışkanların Hızı ve Basıncı (Bernoulli İlkesi): Alıştırma Soruları
1. İçinden su akan bir borunun kesit alanı (genişliği) daraldığında suyun akış hızı nasıl değişir?
- A) Azalır
- B) Değişmez
- C) Artar
- D) Önce azalır, sonra değişmez
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Artar
Akışkanlar aynı miktarda sıvının geçişini sağlamak için dar bölgelerde hızlanmak zorundadır.
2. Bernoulli İlkesi'ne göre, hareket hâlindeki bir akışkanın hızının arttığı bölgede çeperlere uyguladığı sıvı basıncı nasıl değişir?
- A) Basınç artar
- B) Basınç azalır
- C) Basınç değişmez
- D) Basınç önce artar, sonra sıfırlanır
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Basınç azalır
Bernoulli İlkesi'ne göre, akışkanın hızının arttığı yerde basıncı düşer. Akışkanın hızı ve çeperlere yaptığı basınç ters orantılıdır.
3. Şiddetli bir lodos fırtınasında evlerin çatılarının uçma nedeni aşağıdakilerden hangisi ile en iyi açıklanır?
- A) Çatının üstünden esen hızlı rüzgârın, oradaki hava basıncını evin içindeki basınca göre düşürmesi
- B) Evin içindeki havanın ısınıp genleşerek çatıyı yukarı itmesi
- C) Rüzgârın çatıya üstten uyguladığı ağırlığın artması
- D) Rüzgârın havadaki nem oranını artırarak kiremitleri yumuşatması
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Çatının üstünden esen hızlı rüzgârın, oradaki hava basıncını evin içindeki basınca göre düşürmesi
Çatının üstündeki rüzgârın hızlı olması basıncın düşmesine sebep olur. Evin içindeki hava durgun olduğundan basıncı daha yüksektir ve bu basınç farkı çatıyı yukarı doğru iter.
4. Aşağıdaki olaylardan hangisi akışkanların hızı ile basıncı arasındaki ilişkiye (Bernoulli İlkesi) örnek OLARAK GÖSTERİLEMEZ?
- A) Rüzgârlı bir günde şemsiyemizin ters dönmesi
- B) Uçakların kanat yapısı sayesinde havada yükselebilmesi
- C) Su dolu bir bardağın içine atılan demir bilyenin suyu taşırması
- D) Metro istasyonunda hızlı tren geçerken sarı çizgiyi geçmememiz gerektiği uyarısı
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Su dolu bir bardağın içine atılan demir bilyenin suyu taşırması
Bilyenin suyu taşırması, maddenin hacmi ve özkütlesiyle (Arşimet prensibiyle ilgili hacim yer değiştirmesi) alakalıdır, akışkan dinamiği (Bernoulli) ile doğrudan ilgili değildir.
5. Değişken kesitli yatay bir borudan su akmaktadır. Borunun kesit alanları sırasıyla 1. bölgede S, 2. bölgede 3S ve 3. bölgede 2S'dir. Buna göre, bu bölgelerde boru çeperlerine yapılan sıvı basınçları (P1, P2, P3) arasındaki ilişki nasıldır?
- A) P1 > P3 > P2
- B) P2 > P3 > P1
- C) P1 = P2 = P3
- D) P3 > P2 > P1
Cevabı göster
Doğru cevap: B) P2 > P3 > P1
Kesit alanlarına göre dar olan yerde su daha hızlıdır. Kesitleri sıralarsak S (en dar) < 2S < 3S (en geniş). Hızlar: V1 > V3 > V2. Bernoulli'ye göre hızın büyük olduğu yerde basınç küçüktür. Dolayısıyla basınçlar P2 > P3 > P1 olur.