Merhaba gençler! Ben Fen Bilimleri öğretmeniniz. Bugün birlikte basınç konusuyla ilgili iki güzel soruyu çözeceğiz. Bu sorular, hem katı basıncını hem de açık hava basıncını ne kadar iyi anladığımızı test edecek. Hazırsanız, haydi başlayalım!
4) Aşağıda bir pastaya yapılan işlemler sırasıyla verilmiştir.
I. Pasta 8 eşit dilime ayrılmıştır.
II. Pastadan bir dilim çıkartılmıştır.
III. Bir dilim pasta ayrı bir tabağa konulmuştur.
Pasta dilimleri özdeş olduğuna göre pastanın I, II ve III. durumda tabağa yaptığı basınçların büyüklüklerini doğru gösteren grafik aşağıdakilerden hangisidir?
Sevgili öğrenciler, bu soru katı basıncı ile ilgili. Katı basıncını etkileyen iki önemli faktör vardı, hatırlayalım: cismin ağırlığı ve yere temas eden yüzey alanı. Formülümüz neydi?
Basınç = Ağırlık / Yüzey Alanı
Yani basınç, ağırlıkla doğru, yüzey alanıyla ters orantılıdır. Şimdi bu bilgiyi kullanarak sorumuzu adım adım çözelim.
Çözüm:
- Adım 1: I. Durumu Analiz Edelim
İlk durumda pastamız bütün halde ve 8 dilimden oluşuyor. Her bir dilimin ağırlığına “G” ve taban alanına “S” diyelim. Bu durumda, bütün pastanın toplam ağırlığı 8G, tabağa temas eden toplam yüzey alanı ise 8S olur.
Basıncını hesaplayalım:
PI = (8G) / (8S) = G/S - Adım 2: II. Durumu Analiz Edelim
İkinci durumda pastadan bir dilim alınmış. Geriye 7 dilim kalmış. O zaman pastanın yeni ağırlığı 7G, tabağa temas eden yüzey alanı ise 7S olmuştur.
Şimdi bu durumdaki basıncı hesaplayalım:
PII = (7G) / (7S) = G/S - Adım 3: III. Durumu Analiz Edelim
Üçüncü durumda ise sadece bir dilim pasta ayrı bir tabağa konulmuş. Bu tek dilimin ağırlığı G, tabağa temas eden yüzey alanı ise S‘dir.
Bu durumdaki basıncı da hesaplayalım:
PIII = G / S - Adım 4: Sonuçları Karşılaştıralım
Gördüğünüz gibi, her üç durumda da ağırlık ve yüzey alanı aynı oranda azaldığı için basınç değeri değişmedi. Yani;
PI = PII = PIII
Bu sonuca göre, üç durumda da basıncın eşit olduğu bir grafik aramalıyız.
Şıklara baktığımızda, üç durumdaki basıncın da eşit olduğunu gösteren grafik C seçeneğinde verilmiştir.
Doğru Cevap: C
5) Aşağıda bir deneyin aşamaları, görseller ve açıklamalar ile verilmiştir (Deney deniz seviyesinde yapılmıştır.)
1. aşamada içinde sadece hava bulunan cam balon joje, ağzına cam pipet yerleştirildikten sonra ısıtılmıştır.
2. aşamada ısıtılmış olan balon joje, ters çevrilerek içinde sıvı bulunan kaba daldırılmıştır.
3. aşamada renkli sıvı, balonun içerisine fışkırarak dolmuştur.
4. aşamada renkli sıvının balon jojenin içine doluşu bir süre sonra durmuştur.
Deneyle ilgili aşağıdaki yorumlardan hangisi yanlıştır?
Bu deney, açık hava basıncının gücünü gösteren harika bir örnek! Deneyin her aşamasında neler olduğunu anlarsak, yanlış olan yorumu kolayca bulabiliriz. Hadi gelin birlikte inceleyelim.
Çözüm:
Öncelikle deneyin mantığını anlayalım:
- 1. aşamada balon jojeyi ısıttığımızda içindeki hava da ısınır. Isınan havanın tanecikleri hızlanır ve genleşir. Balonun ağzı açık olduğu için, genleşen havanın bir kısmı dışarı çıkar. Yani balonun içindeki hava miktarı azalır.
- 2. ve 3. aşamada, sıcak balon joje ters çevrilip suya daldırılınca soğumaya başlar. İçeride kalan az miktardaki hava soğuyunca büzüşür ve balonun içindeki gaz basıncı (iç basınç) düşer. Dışarıdaki açık hava basıncı ise kabın yüzeyindeki sıvıya etki etmeye devam eder. Dışarıdaki basınç (açık hava basıncı) içerideki düşük basınçtan çok daha büyük olduğu için, sıvıyı pipetten içeri doğru iterek balonun içine “fışkırtır”.
- 4. aşamada sıvı yükselmesi durur. Çünkü balonun içindeki gazın basıncı ile içeri dolan sıvının yaptığı basıncın toplamı, dışarıdaki açık hava basıncına eşitlenir ve sistem dengeye ulaşır.
Şimdi bu bilgilere göre şıkları tek tek değerlendirelim:
A) Deney deniz seviyesinden yüksek bir yerde yapılsaydı 3. aşamada sıvı daha yavaş fışkırırdı.
Yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncı azalır. Açık hava basıncı azalsaydı, sıvıyı içeri iten kuvvet de azalırdı. Bu yüzden sıvı daha yavaş ve muhtemelen daha az yükselirdi. Bu ifade doğrudur.
B) 1. aşamada balon jojenin içindeki havanın bir kısmı, ısının etkisiyle dışarı çıkmıştır.
Yukarıda da açıkladığımız gibi, ısınan hava genleşir ve ağzı açık kaptan bir miktar hava dışarı çıkar. Bu ifade doğrudur.
C) 4. aşamada balon jojenin içindeki gaz basıncı, ortamdaki açık hava basıncına eşittir.
İşte kilit nokta burası! 4. aşamada sistem dengededir. Dışarıdan etki eden açık hava basıncı, içerideki iki basıncın toplamıyla dengelenir: balon jojedeki gazın basıncı + içeri dolan sıvının yüksekliğinden kaynaklanan sıvı basıncı.
Yani: Paçık hava = Piçerideki gaz + Psıvı
Bu eşitliğe göre, balonun içindeki gaz basıncı, açık hava basıncından daha küçüktür. Ama şıkta “eşittir” diyor. Bu ifade yanlıştır.
D) 3. aşamada renkli sıvının fışkırması, sıvıların basıncı iletmesinden kaynaklanır.
Açık hava basıncı sıvının yüzeyine bir kuvvet uygular. Sıvılar da (Pascal Prensibi’ne göre) üzerlerine uygulanan bu basıncı her yöne aynen iletirler. Bu iletim sayesinde sıvı, basıncın daha az olduğu balonun içine doğru hareket eder. Dolayısıyla bu ifade de temel olarak doğrudur.
Soru bizden yanlış olan yorumu bulmamızı istediği için cevabımız C seçeneğidir.
Doğru Cevap: C