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.