8. sınıf fen bilimleri 8. sınıf fen bilimleri Basınç testi ve çözümleri

Çözüm: Açık hava basıncı, Dünya'mızı saran atmosfer tabakasının yeryüzündeki tüm cisimler üzerine uyguladığı basınçtır ve deniz seviyesinden dağların zirvesine kadar her yerde etkilidir. Yüksek yerlerde atmosfer tabakasının incelmesi nedeniyle açık hava basıncı azalır, ancak tamamen ortadan kalkmaz. Bu nedenle 'sadece yüksek yerlerde etkilidir' ifadesi yanlıştır. Diğer ifadeler basıncın temel tanımları ve özellikleridir.

Çözüm: Basınç, birim yüzeye etki eden kuvvettir (P=F/A). Raptiyeye uygulanan kuvvet aynı kalsa bile, raptiyenin sivri ucu çok küçük bir yüzey alanına sahip olduğu için bu uçta oluşan basınç çok büyük olur. Bu yüksek basınç sayesinde raptiye tahtaya kolayca batar. Seçeneklerdeki diğer faktörler doğrudan bu olayın temel fiziksel açıklamasını vermez.

Çözüm: Katı basıncı, uygulanan kuvvetin yüzey alanına oranıdır (P=F/A). Basıncın artırılması için yüzey alanı küçültülmelidir. Bıçakların keskinleştirilmesi, krampon takılması, çivinin sivriltilmesi ve tekerlekli sandalyenin dar tekerlekleri, temas yüzeyini küçülterek basıncı artırma örnekleridir. İş makinelerinin paletlerinin geniş yapılması ise, yere uygulanan toplam kuvveti daha geniş bir yüzeye yayarak birim yüzeye düşen basıncı azaltmak içindir. Bu, batmayı önlemek amacıyla yapılan bir basınç azaltma uygulamasıdır.

Çözüm: İçi su dolu bardağın ağzının kağıtla kapatılıp ters çevrildiğinde suyun dökülmemesi deneyi, kağıdın dış yüzeyine etki eden açık hava basıncının, bardaktaki suyun ağırlığından kaynaklanan basıncı dengelediğini gösterir. Bu, açık hava basıncının varlığının ve etkisinin doğrudan bir kanıtıdır. Diğer seçenekler katı basıncı, akışkan basıncı veya Pascal Prensibi ile ilgilidir.

Çözüm: Sıvı basıncı, sıvının derinliği, yoğunluğu ve yerçekimi ivmesine bağlıdır (P=h.d.g). Bir balıkçının denizde daha derine inmesi demek, su seviyesinden olan dikey mesafenin (derinliğin) artması demektir. Derinlik arttıkça balıkçının üzerindeki su sütununun ağırlığı artar ve bu da uygulanan basıncı artırır. Bu durum, sıvı basıncının derinliğe bağlı olduğunu gösterir.

Çözüm: Sıvı basıncı P = h.d.g formülü ile hesaplanır. Burada h derinlik, d sıvının yoğunluğu ve g yerçekimi ivmesidir. Basıncı artırmak için h (sıvı yüksekliği) veya d (sıvı yoğunluğu) artırılmalıdır. Seçeneklere bakıldığında, 'Kaptaki sıvı yüksekliğini artırmak' doğrudan h değerini artıracağı için basıncı artırır. Sıvı miktarını azaltmak h'yi azaltır, taban alanını küçültmek katı basıncını etkiler, daha küçük yoğunluklu sıvı eklemek d'yi azaltır, sıcaklık değişimi yoğunluğu etkiler ancak parantez içi not bunu dışlar. Dolayısıyla en doğru seçenek E'dir.

Çözüm: Denizaltının derinliklere indikçe artan basınca maruz kalması, sıvı basıncının temel prensibi olan 'sıvı basıncının derinlikle doğru orantılı olarak artması' ilkesinden kaynaklanır (P=h.d.g). Bu nedenle denizaltı, bu artan basınca dayanabilecek şekilde tasarlanmalıdır. Kaldırma kuvveti ve Arşimet prensibi denizaltının yüzmesi/batması ile, Pascal prensibi kapalı kaplardaki basınç iletimi ile, Bernoulli ilkesi akışkan hızı ile ilgilidir. Dolayısıyla doğrudan ilgili prensip sıvı basıncının derinlikle artmasıdır.

Çözüm: Manometreler, U şeklindeki bir tüp içinde bulunan cıva veya başka bir sıvı aracılığıyla kapalı kaptaki gazın basıncını ölçer. Gaz basıncı arttığında, manometrenin kaba bağlı kolundaki sıvıyı diğer kola doğru iter, bu da iki kol arasındaki sıvı seviyesi farkının artmasına neden olur. Dolayısıyla, sıvı seviyeleri arasındaki farkın artması, kabın içindeki gazın basıncının arttığını gösterir. (P_gaz = P_açık hava ± h.d.g veya P_gaz = P_diğer kol + h.d.g).

Çözüm: Pascal Prensibi, kapalı kaplardaki sıvıların basıncı her yöne aynı büyüklükte iletmesi esasına dayanır. Hidrolik fren sistemleri, hidrolik liftler, itfaiye merdivenleri ve dişçi koltukları gibi sistemler, küçük bir kuvvetle büyük bir kuvvet elde etmek için bu prensibi kullanır. Uçak kanatlarının aerodinamik yapısı ise Bernoulli İlkesi ile ilgilidir; kanadın üstündeki hava akış hızı altındakinden farklı olduğu için basınç farkı oluşur ve kaldırma kuvveti meydana gelir. Bu durum Pascal Prensibi'nin doğrudan bir uygulaması değildir.

Çözüm: Arşimet Prensibi'ne göre, bir cisme sıvı tarafından uygulanan kaldırma kuvveti, cismin batan hacminin yer değiştirdiği sıvının ağırlığına eşittir. Yüzen bir cisim için kaldırma kuvveti aynı zamanda cismin kendi ağırlığına eşittir, ancak tanım olarak kaldırma kuvveti, 'cismin batan hacminin yer değiştirdiği sıvının ağırlığı'dır. Seçeneklerdeki 'cismin batan hacminin ağırlığına eşittir' ifadesi, batan hacmin yerini değiştirdiği sıvının ağırlığını kastetmektedir ve bu doğru tanımdır.

Çözüm: Bir cismin bir sıvı içinde yüzebilmesi için, cismin yoğunluğunun sıvının yoğunluğundan daha az olması gerekir. Buzun yoğunluğu, suyun yoğunluğundan yaklaşık %10 daha azdır (buz: ~0.92 g/cm³, su: ~1 g/cm³). Bu yoğunluk farkı, buzun suda yüzmesini sağlar. Suyun kaldırma kuvveti, yüzen cismin ağırlığına eşit olduğu için buzun batmasını engelleyen temel neden budur. Buzun hacmi veya sıcaklığı doğrudan yüzmeyi açıklamaz.

Çözüm: İdeal gaz yasası (PV=nRT) dikkate alındığında, kapalı bir kapta gazın basıncını artırmak için: * Kabın hacmini küçültmek (V'yi azaltmak) * Gazın sıcaklığını artırmak (T'yi artırmak) * Kaba daha fazla gaz eklemek (n'yi artırmak) gerekir. 'Kaba aynı gazdan eklemek' (C seçeneği) ile mol sayısını (n) artırarak basıncı artırabiliriz. Diğer seçenekler basıncı azaltma veya doğrudan etkilememe durumlarıdır (kabın hacmini artırmak basıncı azaltır, sıcaklığı azaltmak basıncı azaltır, gazın moleküler hızını azaltmak sıcaklığı azaltır dolayısıyla basıncı azaltır, kabı yüksek bir yere çıkarmak dış basıncı etkiler ancak kabın içindeki gaz basıncını doğrudan artırmaz).

Çözüm: Bernoulli İlkesi, akışkan hızının arttığı yerde basıncın azaldığını ifade eder. Uçak kanatları (aerofoil şekli) bu ilkeye göre tasarlanmıştır. Kanadın üst yüzeyi bombeli olduğu için hava bu yüzeyden daha hızlı akar, bu da üst tarafta daha düşük bir basınç oluşturur. Kanadın alt yüzeyinden geçen hava ise daha yavaş akar, bu da alt tarafta daha yüksek bir basınç oluşturur. Bu basınç farkı, uçağı yukarı doğru iten kaldırma kuvvetini oluşturur ve uçağın havada yükselmesini sağlar. Diğer seçenekler farklı fiziksel prensiplerle açıklanır (süreklilik denklemi, Arşimet, Pascal, açık hava basıncı).

Çözüm: Basınç (P) = Kuvvet (F) / Yüzey Alanı (A) formülü ile bulunur. Özdeş küplerden oluştukları için her bir küpün ağırlığına G diyelim. Yüzey alanlarını ise bir küpün taban alanına A diyelim. * **X cismi:** Ağırlık = 3G, Yüzey alanı = 1A. Px = 3G / A * **Y cismi:** Ağırlık = 3G, Yüzey alanı = 3A. Py = 3G / 3A = G / A * **Z cismi:** Ağırlık = 3G, Yüzey alanı = 1A. Pz = 3G / A Bu durumda Px = Pz = 3G/A ve Py = G/A'dır. Dolayısıyla Px = Pz > Py ilişkisi vardır.

Çözüm: Lastik basıncının ideal değerden düşük olması, lastiğin yere temas yüzeyini artırır ve bu da yuvarlanma direncini artırır. Bu durum, yol tutuşunun azalmasına, lastik ömrünün kısalmasına, yakıt tüketiminin artmasına ve fren mesafesinin uzamasına neden olur. Ayrıca düşük basınçlı lastikler yanaklardan daha fazla esner ve bu da sürüş esnasında daha fazla esneme ve dolayısıyla titreşime neden olabilir. 'Daha az titreşim hissedilmesi' doğru değildir; aksine kontrolsüz bir salınım ve titreşim oluşabilir veya lastiğin şekil değiştirmesi sürüş konforunu olumsuz etkiler. İdeal basınç, en iyi dengeyi sağlar.

Çözüm: Atmosfer basıncı, dışarıdaki basıncın içerideki basınçtan daha yüksek olduğu durumlarda nesnelerin yapışmasını veya sıvıların yükselmesini sağlar. Pipetle içme (pipet içindeki hava basıncını azaltırız, dış basınç sıvıyı yukarı iter), cam levhaların yapışması (su yüzey gerilimi ve kılcallık ile birlikte aradaki hava basıncı farkı), vantuzun tutunması (içindeki havayı boşaltınca dış atmosfer basıncı vantuzu yüzeye bastırır) bu durumlara örnektir. Sıcak hava balonlarının yükselmesi ise, balonun içindeki havanın ısıtılmasıyla yoğunluğunun azalması ve Archimedes prensibine göre çevresindeki soğuk ve daha yoğun havadan daha az yoğun olması nedeniyle kaldırma kuvvetinin artmasıyla gerçekleşir. Bu, doğrudan bir atmosfer basıncı etkisi değil, yoğunluk farkına dayalı bir kaldırma olayıdır.

Çözüm: Basınç biriminin temel tanımı, birim yüzeye etki eden kuvvettir (Kuvvet/Alan). Bu da Newton/metrekare (N/m²) demektir. Pascal (Pa) ise N/m²'nin SI birimi olarak eşdeğeridir. Bar ve atmosfer (atm) de basınç birimleri olarak yaygın şekilde kullanılırlar. Joule (J) ise enerji veya iş birimidir, basınç birimi değildir.

Çözüm: Bu sistem, Pascal Prensibi'ne göre çalışır. Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan basınç, sıvının her noktasına ve kabın çeperlerine aynı büyüklükte iletilir. Dolayısıyla, küçük pistona uygulanan basınç (P1) ile büyük pistona iletilen basınç (P2) birbirine eşittir (P1 = P2). Basınç P = F/A olduğuna göre, G1 ağırlığının oluşturduğu basınç G1/A1 ve G2 ağırlığının oluşturduğu basınç G2/A2'dir. Sistem dengede olduğuna göre: G1 / A1 = G2 / A2 Bu ifade, kuvvetlerin yüzey alanlarıyla orantılı olduğunu gösterir. Küçük bir kuvvetle (G1) büyük bir kuvvet (G2) elde etmek mümkündür, çünkü A2 > A1 olduğu için G2 > G1 olacaktır.

Çözüm: Sıvı basınç kuvveti (F) = Sıvı basıncı (P) * Yüzey alanı (A) = (h.d.g) * A formülü ile bulunur. * Derinlik (h) arttıkça F artar. (Doğru) * Yoğunluk (d) arttıkça F artar. (Doğru) * Taban alanı (A) arttıkça F artar. (Doğru) * Sıvının hacmi arttıkça genellikle derinlik (h) artacağı için F de artar. (Doğru) * Sıvının sıcaklığı arttıkça (yoğunluk değişimi ihmal edildiğinde) basınç kuvvetinde doğrudan bir artış olmaz. Eğer yoğunluk değişimi göz önüne alınırsa, çoğu sıvının sıcaklığı arttıkça yoğunluğu azalır, bu da basıncı ve basınç kuvvetini azaltır. Dolayısıyla 'sıvının sıcaklığı arttıkça artar' ifadesi yanlıştır, özellikle yoğunluk değişimi ihmal edildiğinde doğrudan bir etkisi yoktur.

Çözüm: Açık hava basıncı, üzerimizdeki atmosfer tabakasının ağırlığından kaynaklanır. Yükseklere çıkıldıkça, üzerimizdeki hava sütununun (atmosfer tabakasının) yüksekliği azalır. Ayrıca, atmosferdeki gaz molekülleri yerçekimi etkisiyle daha çok yeryüzüne yakın yerlerde yoğunlaştığı için, yükseklik arttıkça havanın yoğunluğu da azalır. Hem hava sütununun kısalması hem de yoğunluğunun azalması, yüksek yerlerdeki açık hava basıncının düşmesine neden olur. Diğer seçenekler doğrudan bu durumu açıklamaz veya yanlış bilgiler içerir.