ÖĞRENME ALANI : FİZİKSEL OLAYLAR ÜNİTE 2 : KUVVET VE HAREKET

Transkript

1 ÖĞRENME ALANI : İZİKSEL OLAYLAR ÜNİTE 2 : KUVVET VE HAREKET B- KATILARDA BASINÇ 1- Katıların Basıncı 2- Katıların Basıncı İletmesi 3- Katıların Basıncına Örnekler 1

2 B- KATILARDA BASINÇ : 1- Katıların Basıncı : Katı haldeki cisimler, ağırlıkları nedeniyle bulundukları yüzey üzerine kuvvet (etki kuvveti) uygularlar ve bu kuvvet etkisiyle o yüzeyde bir basınç oluşur. Katı haldeki cisimlerin ağırlıkları nedeniyle birim yüzeye dik olarak uyguladıkları kuvvete (birim yüzeye uyguladıkları dik kuvvete) basınç denir. Katı haldeki cisimlerin bulundukları yüzeyin tamamına uyguladıkları dik kuvvete basınç kuvveti denir. Katı haldeki cisimlerde basınç kuvveti daima cismin ağırlığına eşittir. Katı haldeki cisimlerin uyguladığı basınç, cismin ağırlığına ve cismin dokunma yüzeyine bağlıdır. Katı haldeki cisimlerin uyguladığı basınç, cismin ağırlığı ile doğru orantılıdır. Cismin ağırlığı arttıkça basınç artar, cismin ağırlığı azaldıkça basınç azalır. Katı haldeki cisimlerin uyguladığı basınç, cismin dokunma yüzeyi ile ters orantılıdır. Cismin dokunma yüzeyi büyüdükçe basınç azalır, cismin dokunma yüzeyi küçüldükçe basınç artar. Yüzey büyüdükçe, cismin ağırlığı daha fazla birim yüzeye dağılır ve birim yüzey üzerine düşen ağırlık miktarı azalır. P P P P S P Basınç Basınç Kuvveti Cismin Ağırlığı S (A) Yüzey (Alan) P = S = P. S = P = S 2- Katıların Basıncı İletmesi : Katı haldeki cisimler üzerine uygulanan basınç kuvvetini uygulanma doğrultusunda aynen iletirken basıncı bazen aynen iletemeyebilirler. Katı cismin her iki yüzeyi aynı büyüklükte ise basınç aynen iletilir, yüzeyler farklı büyüklükte ise basınç aynen iletilemez. Bir çivinin geniş yüzeyine (ucuna=kısmına) uygulanan kuvvet, uygulanma doğrultusunda sivri ucana (dar yüzeye) kadar aynen iletilir. akat geniş yüzeydeki basınç ile sivri uçtaki basınç her iki yüzey farklı büyüklükte olduğu için eşit olmaz. eniş yüzeydeki basınç, sivri uçtaki basınçtan daha küçük olur. (Basınç, yüzeyle ters orantılı olduğu için). 1 2 P 1 = P S 2 = 1 S 2 S 1 S 2 S 1 > S 2 ise P 2 > P 1 olur. P 1 P 2 2

3 3- Katıların Basıncına Örnekler : 1- İki ayak üzerinde dururken az, tek ayak üzerinde dururken fazla basınç uygulanır ve bu nedenle kuma ya da kara daha fazla batılır. 2- Sivri topuklu ayakkabı ile kumda ya da karda daha zor yürünür. 3- Hortumun ucu sıkıştırılıp yüzey küçültülürse basınç artar. - Çivi, toplu iğne, raptiye ve bıçağın sivri ucunda basınç büyük olur. 5- Ördek veya kazların ayak parmaklarının arasında perdeleri bulunduğu için uygulayacağı basınç küçülür ve bu nedenle bataklıkta batmazlar. (Tavukla karşılaştır). 6- Bıçağın geniş yüzeyindeki basınç küçük olduğu için bu yüzeyle ekmek kesilmez. 7- Kışın araba lastikleri, basıncı arttırıp kaymayı önleyebilmek için daha fazla şişirilir veya daha ince lastik takılır. 8- Kramponların altındaki dişler yüzeyi küçültüp basıncı arttırarak kaymayı önler. 9- Trenlerde tekerlek sayısının çok olması, yüzeyi büyültür ve basıncı küçültür. Bu sayede raylarda şekil bozukluğu olması önlenir. 10- Traktörlerin arka tekerlekleri geniş yapılarak toprağa batması önlenir. 11- Ağır iş makinelerinde yüzey alanının büyültülerek basıncın küçültülmesi ve toprağa batmaması için tekerlek veya paletler geniş yüzeyli olarak yapılır. 12- il, gergedan, deve gibi hayvanların ayaklarının taban alanlarının büyük olması, onların yere uygulayacakları basıncı küçülterek kum veya toprak zeminde kolay yürümelerini sağlar. NOT : 1- Üst üste konmuş katı cisimlerin tabana uyguladıkları basınç bulunurken; ağırlık olarak cisimlerin ağırlıklarının toplamı, yüzey olarak da en alttaki cismin yüzeyi alınır. 2- Katı cisimlerin yere dokunma yüzeyleri değişse bile ağırlıkları değişmez. 3- Yüzey büyüdüğünde basıncın azalmasının nedeni, cismin ağırlığının veya kuvvetin daha fazla birim bölgeye dağılması ve bu nedenle birim yüzeye düşen parçanın değerinin azalmasıdır. - Katı cisimlerin hacimleri : Dikdörtgenler Prizması : V = a. b. c Küp : V = a. a. a = a 3 Silindir : V = π. r 2. h Küre : 3 π. r3 5- eometrik şekillerin alanları : Dikdörtgen : S = a. b Kare : S = a. a = a 2 Daire : S = π. r 2 SORU : 1- Kocaman iş makinelerinde tekerlek yerine neden paletler kullanılmıştır? 2- Balık adamlar suyun derinliklerine dalarken neden özel giysiler giyer? 3- İçindeki hava vakumlanmış bir kutu hangi etkiyle içe doğru çöker? - Bir kişi günlük ayakkabıları ile kara battığı halde, kar ayakkabıları ile neden batmaz? 5- Bir karpuz bıçağın keskin tarafıyla kolay kesildiği halde bıçağın sırtı ile neden daha büyük kuvvet uygulanarak kesilir? 6- Şehir meydanları ve parklardaki fıskiyelerde su hangi etkilerle metrelerce yükseğe çıkar? 7- İş makinesinde palet yerine tekerlek kullanılsaydı veya bıçakların ağzı da sırtı gibi kalın olsaydı ne tür sorunlar yaşanırdı? 3

4 1. Etkinlik : Bulmacayla Ön Bilgilerimi Yokluyorum (Çalışma Kitabı 36) Amaç : Derse ilgilinin arttırılması ve dikkatlerin konunun temel bileşenleri üzerinde yoğunlaştırılmasının sağlanması. Yapılacaklar : Verilen sorular yardımıyla dikkatler ünite konularına çekilir. Bulmaca öncelikle öğrenciler tarafından çözülür. Cevaplama için ayrılan sürenin sonunda bulmaca tahtaya çizilerek sınıfça çözülür. Cevaplar kontrol ettirilir. Doğru ve yanlış cevaplarla ilgili düşünceler paylaşılır ve sebepleri tartışılır. Bu sayede ön bilgilerdeki eksilikler ve hatalar tespit edilip giderilir. 2. Etkinlik : Nereden, Nereye, Nasıl eldim? (Çalışma Kitabı 11 36) Amaç : Öğrencilerin ünitenin başındaki ve sonundaki durumlarını karşılaştırarak kendilerini değerlendirmelerini sağlamak. Ayrıca ünite ile ilgili ön bilgilerini hatırlayarak bu ünitede ne öğrenmek istediklerini ve öğrenmek istediklerine nasıl ulaşacaklarını belirlemek. Yapılacaklar : Çalışma kitabının 1. ünitesinde sayfa 11 deki 2. etkinlikteki tablo kullanılır. Çizelgenin 1. bölümündeki sorular üniteye başlamadan cevaplandırılır. Ünitenin işlenişi sırasında neyi, ne kadar öğrendiklerinin farkına varmaları için 2. bölümdeki sorular cevaplandırılır. 5. Etkinlik : Basıncı Keşfediyorum (Ders Kitabı 66) Amaç : Katıların basıncının bağlı olduğu faktörleri ve bu faktörlere nasıl bağlı olduğunun anlaşılmasının sağlanması. Yapılacaklar : Etkinliğin yapılması için aynı ağırlığa sahip iki kitap, 30x20x5 cm boyutlarında sünger, dinamometre, iplik, cetvel, kalın çivi, raptiye ve şişe mantarı hazırlanır. I. Aşamada; Kitaplar, iplikle dinamometre kancasına bağlanarak ağırlıkları ölçülür. Kitapların boyutları cetvel ile ölçülerek yatay ve dikey konuma getirildiğinde yerle temas edecek yüzey alanları hesaplanır. Kitaplardan biri yatay, diğeri dikey olacak şekilde sünger üzerine bırakıldığında hangi durumda çökmenin daha fazla olacağı tahmin edilir. Tahminlerin test edilmesi için kitaplar, aralarında 5 10 cm mesafe bırakılarak biri yatay, diğeri dikey olacak biçimde sünger üzerine bırakılır ve süngerde oluşan çökmeler gözlenir. Kitaplar daha sonra üst üste yatay ve dikey olarak sünger üzerine konulmaları durumunda hangisinin daha derine çökeceği tahmin edilir. Sünger üzerine iki kitabın üst üste yatay ve dikey olarak konulmasıyla tek kitabın yatay ve dikey olarak konulması durumunda süngerdeki çökme derinliği farklı olur ve bunun nedeni de kuvvet/yüzey alanı oranının değişmesidir. Tahminin test edilmesi için kitaplar üst üste yatay ve dikey olarak sünger üzerine yerleştirilerek çökmeler gözlenir. Tahminler ve gözlemler verilen çizelgeye kaydedilir.

5 Tek Kitap Yatay Tek Kitap Dikey Üst Üste İki Kitap Yatay Üst Üste İki Kitap Dikey Tahminlerim özlemlerim Çok Çöker Az Çöker Çok Çöker Az Çöker Kitapların Ağırlıkları (Kuvvet) (N) Yüzey Alanı (m 2 ) Kuvvet/Yüzey Alanı (N/m 2 ) II. Aşama; Şişe mantarına önce raptiye, sonra çivi batırılmaya çalışılır. Hangi durumda batırırken zorlanıldığı belirlenir. Şişe mantarına raptiyenin daha kolay batması, kuvvet/yüzey alanı oranı ile ilişkilidir. Basıncın kuvvet ve yüzeye nasıl bağlı olduğu belirtilerek tanımı yaptırılır. Basınç, uygulanan kuvvetin etkisiyle oluşur ve kuvvet ile basınç birbirinden farklıdır. Sonuca Varalım Kısmında; Yüzey değiştikçe basınç değişir. Ağırlığın yani kuvvetin değişmesi, basıncı değiştirir. Yüzey değiştikçe basınç değişir. 13. Etkinlik : Basınçları Karşılaştıralım (Çalışma Kitabı 2) Amaç : ünlük hayattan örnekler ile sabit kuvvetin bir yüzeyde oluşturacağı basıncın, bu yüzeyin büyüklüğüne bağlı olarak değişebileceğinin kavratılmasının sağlanması. Yapılacaklar : otoğraflarda verilen durumlarda oluşan basınç göz önüne alınarak uygun kutucuklar işaretlenir. I. Kutucuk 1 Numaralı II. Kutucuk 2 Numaralı III. Kutucuk 2 Numaralı IV. Kutucuk 1 Numaralı V. Kutucuk 1 Numaralı 1. Etkinlik : Katıların Basıncı (Çalışma Kitabı 3) Amaç : Katı maddelerin ağırlıklarından dolayı etki ettikleri yüzeylerde oluşturacakları basıncın bu yüzey alanının büyüklüğüne bağlı olarak nasıl değiştiğinin karşılaştırma yoluyla kavratılmasının sağlanması. Yapılacaklar : Şekilde verilen A kare dik prizması ve B dikdörtgenler prizması şeklindeki bloklar dikkate alınarak verilen sorular cevaplandırılır. A) 160 N B) S A = 1. 1 = 1 m 2 C) S A = 1 m 2 S B = 2. = 8 m 2 Ağırlıkları aynı olan prizmalardan yüzey alanı büyük olan B prizmasının yere uyguladığı basınç daha küçüktür. D) B E) = = = 320 N ) P 1 = /S A = 320/1 = 320 N/m 2 P 2 = /S B = 320/8 = 0 N/m 2 B nin A üzerine konmasıyla oluşan basınç daha büyük olur. 5

6 ÖRNEKLER : 1- Aşağıdaki basınç birimlerinin dönüşümünü yapın. a- 50 Pa =? bari 50 Pa = = 500 bari b- 250 Pa =? kpa 250 Pa = =, kpa c mbar =? bar 1250 mbar = =, bar d- 5 atm =? cm Hg 5 atm = = 380 cm-hg e- 2 atm =? Pa 2 atm = Pa f- 0,25 atm =? bar 0,25 atm = 0,25 bar g- 10 atm =? kg-f/cm 2 10 atm = 10 kg-f/cm 2 h Pa =? kpa Pa = = kpa ı Pa =? bar Pa = = = 2,5 bar 2- Ağırlığı 100 N olan cismin taban alanı 5 m 2 ise bu cismin bulunduğu yüzey üzerine uyguladığı basınç kaç Pa dır? = 100 N S = 5 m S S 5 P =? Pa» P = 20 Pa 3- Ağırlığı 800 N olan bir cismin bulunduğu yüzey üzerine uyguladığı basınç 1000 Pa ise bu cismin yere dokunma yüzeyi kaç cm 2 dir? = 800 N P = 1000 Pa S=? cm 2 P = = S S» 800 S = = S 1000» S = 0,8 m2 = 0,8. 10 = 8000 cm 2 - Yere dokunma yüzeyi cm 2 olan bir cisim bulunduğu yüzey üzerine 0,0 atm lik basınç uyguluyorsa bu cismin ağırlığı kaç N dur? S = cm 2 = = 2 m 2 P = 0,0 atm = 0, = 000 Pa =? N P = =» = P. S = = 8000 Pa S S 6

7 5- Bir cismin ağırlığı N tabanının yüzeyi 0,02 m 2 dir. Bu cismin yere uygulayacağı basınç kaç Pa dır? = N S = 0,02 m = = S S 0, 02 0, P = Pa» P = 200 Pa 6- Ağırlığı 600 N olan bir adamın bir ayağının yere değme yüzeyi 1,5 dm 2 dir. Bu adamın yere uyguladığı basınç; a- Tek ayak üzerinde dururken kaç Pa dır? b- İki ayak üzerinde dururken kaç Pa dır? = 600 N S = 1,5 dm 2 = 1, m a- -2 = = Pa S S 1, b- -2 = -2 = = Pa 2.S 2.S 2.1, kg-f ağırlığındaki kişi her birinin alanı 2 dm 2 olan ayakkabıları ile kara basmış olsa yere uygulayacağı basınç kaç gr-f/cm 2 olur? = 75 kg-f = = gr-f S = 2 dm 2 = = 200 cm S 2.S 200 P =? gr-f/cm 2» P = 375 gr-f/cm 2 8- Ağırlığı 00 N olan bir çocuk iki ayağı üzerinde duruyor. Çocuğun bu durumda yere uyguladığı basınç 8000 Pa dır. Çocuğun ayakkabısının birinin yere değme yüzeyi kaç m 2 dir? = 00 N P = 8000 Pa S =? m 2 P = 2.S» = 2.S» 00 2.S = 8000» 2S = 0,05» S = 0,025 m 2 9- Bir kayakçı her birinin yüzeyi 0,16 m 2 olan kayaklarla kara basıyor. Kayakçının kara yaptığı basınç 2000 Pa ise kayakçının ağırlığı kaç N dur? S = 0,16 m 2 P = 2000 Pa =? N P = = 2.S 2S» 2000 =» = ,16» = 60 N 2.0,16 7

8 10- Ağırlığı 500 N olan bir öğrencinin bir ayakkabısının alt yüzeyi 2 dm 2 dir. Bu öğrenci iki ayağı üzerinde dik dururken yere kaç Pa lık basınç uygular? = 500 N S = 2 dm 2 = 2.0,01 = 0,02 m 2 P = = 2.S 2S» , , P =? Pa P = Pa» 11- Bir ayağını havaya kaldırmış bir devenin yere yaptığı basınç dört ayağını da yere basan bir devenin yere yaptığı basıncın kaç katıdır? 1 = S 1 = 3S 2 = S 2 = S P 1 =? P 2 P 1 P 2 P1 P 1 = 3S S P1 = =.» = 3S P 2 3S P2 3 S.P2 P 2 = P S 1 = Ağırlığı 5 N olan kitabın yere dokunma yüzeyi 30 cm 2 dir. Bu kitabın bulunduğu yüzey üzerine uyguladığı basınç kuvveti kaç N dur? = 5 N =» = 5 N 13- Ağırlığı N olan bir otomobilin bir lastiğinin yere değme yüzeyi 00 cm 2 dir. Dört tekerlekli olan bu otomobilin yere uygulayacağı basıncı; a- Pa cinsinden, b- kpa cinsinden, c- atm cinsinden, d- bar cinsinden, e- bari cinsinden, f- mbar cinsinden bulun. = N S = 00 cm 2 = m 2 P =? Pa a = S S » P = Pa b- P = Pa = » P = kpa c- P = Pa = » P = = 60 atm d- P = 60 atm = 60 bar e- P = Pa = » P = bari f- P = 60 bar = » P = 6.10 mbar 8

9 1- Ağırlığı N olan bir kamyon, toplam temas yüzeyi 1000 cm 2 olan 6 lastik üzerinde durmaktadır. Lastiklerin yola yaptığı basınç kaç atm dir? = N S = 1000 cm 2 = = 10 m » P = Pa S S 10 P =? atm P = Pa = = 0,2 atm 15- Ağırlığı 50 gr-f olan küp şeklindeki cismin bir kenarının uzunluğu 2 cm dir. Bu cismin bulunduğu yüzey üzerine uyguladığı basıncı; ( 1 kg-f = 9,8 N) a- gr-f/cm 2 cinsinden, b- kg-f/cm 2 cinsinden, c- Pa cinsinden bulun. = 50 gr-f = = 0,05 kg-f = 0,05. 9,8 = 0,9 N a = 2 cm S = a 2 = 2 2 = cm 2 =.10 - m 2 a- 50 S S» P = 12,5 gr-f/cm 2 b- P = 12,5 gr-f = 12, = 0,0125 kg-f/cm 2 c- 0, 9 0, = S S.10» P = 1225 Pa 16- Bir çivinin geniş yüzeyine 0 N luk kuvvet uygulanırsa yüzeyi 0,0 cm 2 olan sivri uçta kaç Pa lık basınç oluşur? S = 0,0 cm 2 = 0, =.10-6 m 2 P =? Pa P = = -6 = = S » P = » P = Pa 17- Ağırlığı 600 N olan halterci, ağırlığı 100 N olan halteri kaldırıyor. Haltercinin bir ayağının yere değme yüzeyi 0,025 dm 2 ise haltercinin yere uyguladığı basınç kaç Pa olur? 1 = 600 N 2 = 100 N S = 0,025 dm 2 = 0,025. 0,01 = m 2 P =? Pa = S 2.S » P = Pa 9

10 18- Ağırlıkları 200 N ve 00 N olan iki cisim şekildeki gibi üst üste durmaktadır. Buna göre; a- A yüzeyindeki basınç kaç Pa dır? b- B yüzeyindeki basınç kaç Pa dır? P B P A A B A = 200 N B = 00 N a- b- A 200 P A = = =» P A = 100 Pa S SA 2 A + B P B = = =» P B = 150 Pa S S B 19- Bir cisim şekildeki gibi üç farklı yüzey üzerine oturtulunca cisimlerin tabana uyguladıkları basınçları ve basınç kuvvetlerinin sıralaması nasıl olur? Şekil 1 Şekil 2 Şekil 3 S S S S S S P 1 P 2 P P 1 = = P 2 = = P 3 = = 3S 3S 2S 2S S S» P 3 > P 2 > P 1 1 = 2 = 3 =» 1 = 2 = Kenar uzunlukları şekildeki gibi olan 600 N ağırlığındaki dikdörtgenler prizması şeklindeki cismin yere uyguladığı basıncın; a- A yüzeyi üzerinde dururken, b- B yüzeyi üzerinde dururken, c- C yüzeyi üzerinde dururken kaç Pa olacağını bulun. a- b- c- C = 600 N c = 3 cm S A = a. c =. 3 = 12 cm 2 = m 2 B S B = b. c = 2. 3 = 6 cm 2 = m 2 A b = 2 cm S C = a. b =. 2 = 8 cm 2 = m 2 a = cm S 12 A - A S 6 B - B S 8 C - C 8.10» P A = = Pa» P B = = Pa» P C = Pa 10