TÜBİTAK BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ (FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI LİSE 3 (Çalıştay 2013) FİZİK PROJE RAPORU GRUP KUMBASAR PROJE ADI KUMLARIN AKIŞKANLAŞTIRILMASI İLE GÜVENLİK GEREKTİREN ALANLARDA İNOVATİF BİR SİSTEM TASARIMI PROJE EKİBİ Necati BALIKCI Ayla Algan İNCE PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Salih ATEŞ Doç. Dr. Vildan BİLGİN ÇANAKKALE 02 ŞUBAT 10 ŞUBAT 2013 1
İÇİNDEKİLER SAYFA PROJENİN AMACI.. 3 1. GİRİŞ 3 2. MATERYAL VE YÖNTEM.. 4 2.1. Kullanılan Materyaller.. 4 2.2. Kum havuzunun Hazırlanışı 5 3. YÖNTEM LER..... 6 3.1.Araştırma.. 6 A)Türkiye de suç istatistikleri 6 B)Kumun yapısı 7 C)Kompresörün çalışma prensibi.. 7 D)Gaz ve Katı basıncı. 8 3.2.Deneyler. 9 3.3.Deney Sonuçları.. 12 4. PROJE SONUÇU. 13 5. TARTIŞMA VE ÖNERİLER.. 14 6. TEŞEKKÜR... 14 7. KAYNAKLAR.. 15 GRUP ÜYELERİNİN ÖZGEÇMİŞLERİ 2
PROJENĐN AMACI Geçmiş yıllarda Dünya üzerinde meydana gelen sınır çatışmalarında, çatışmaların olduğu bölgelere dökülen mayınların birçok masum insanın hayatını kaybetmesine sebep olması üzerine Dünya kamuoyunda özellikle bazı sivil toplum kuruluşları tarafından mayın kullanımına karşı bir mücadele başlatılmıştır. Günümüzde güvenlik ile ilgili tedbirlerin alınması ve güvenli bölgelerin oluşturulması gerekli yerlerde örneğin askeri ve sınır bölgelerinde, banka ve kuyumcuların yoğun bulunduğu yerlerde muhtemel tehdit durumlarında kum gibi ince taneli katılar yardımı ile yapay bataklık oluşturulması. 1. GĐRĐŞ Günlük yaşantımızda, artan terör olaylarında sınır ve askeri bölgelerimizin güvenliğinin arttırılması amaçlı neler yapılabilir. Mısır Piramitlerinde mezar yağmacılarına karşı oluşturulan kum tuzaklarına benzer bir uygulama ile bu bölgelerimizi koruma altına alabiliriz. Böylece can ve maddi kayıplar yaşanmadan güvenlik tamponu oluşturabiliriz.. Günümüzde artan hırsızlık olaylarında kaçan suçlular anında, kendilerine zarar vermeden yakalanabiliyor mu? Ayrıca bu olaylarda daha ekonomik yollarla suçlular yakalanabilir mi? Sınır bölgelerimizde mayınların yol açtığı can kayıpları yaşanmadan nasıl güvenli hale getirebiliriz? Karşılaşma ihtimali yüksek olan; güvenliğimizi maddi, manevi tehdit eden eylemlerde suçluyu kolay yoldan yakalayabilmek için daha başka neler yapılabilir? Güvenliğimizi tehdit eden bu durumlardan yola çıkarak, günlük hayatta temin edilmesi kolay olan kum gibi ince taneli katılar yardımı ile yapay bataklık oluşturup, olay yerinde kişilere zarar vermeden yakalanmalarını sağlayabiliriz. 2. MATERYAL VE YÖNTEM 2.1. Kullanılan Materyaller Proje sürecinde kullanılan materyal aşağıda verilmiştir. 8 Bar basınçlı hava kompresörü Basınca dayanıklı 3 metrelik hortum 5 Litre kuru kum 20 Litrelik şeffaf saklama kabı Silikon Hassas terazi Lehim tabancası Kroşe ve vida Ağırlık takımı 3
Resim 1) Kum Resim 2) Kompresör Hortumu Resim 3) Silikon tabancası Resim 4) Şeffaf kap Resim 5) Kompresör Resim 6) Lehim tabancası 4
2.2. Kum havuzunun Hazırlanışı Kum havuzunu sembolize eden 20 litrelik şeffaf kabın sağ alt köşesinden silikon tabancasını kullanarak hortumun geçeceği kadar 0,5 cm çaplı bir delik açıldı. Resim 7) Hortumun hazırlanması Resim 8) Hortumun hazırlanması Bu delikten geçirilen hortum, kap tabanına kroşe yardımı ile çapı küçülen dairesel bir şekilde yerleştirildi. Hazırladığımız bu düzenek aşağıda gösterilmiştir. Resim 9) Hortumun hazırlanması Resim 10) Hortumun hazırlanması 5
2-Projemizin Yöntemleri: A)Araştırma Yukarıda 2005 2006 yılları arasında Türkiye de işlenen suçlar ve yüzde artışları verilmiştir.[ 1 ] 13 17 18 19 numaralı maddelerde görüldüğü üzere ülkemizde bankalardan ve işyerlerinden yapılan hırsızlık ve gasp olayları oldukça fazladır. Bu fazlalık oranı çalınan para veya maddi değeri olan eşyalarla karşılaştırıldığında çok yüksek bir sayı ortaya çıkmaktadır. Kaybedilen para küçük çaplı işletmeleri batırmaya; büyük çaplı işletmeleri zarara uğratmaya yeterlidir. Bu yüzden böyle yerlerin önlemlerini alması gerekmektedir.[ 1 ] B)KUMUN YAPISI Kum ince bölünmüş kayaç ve mineral parçacıklardan oluşmuş doğal bir taneli malzemeye denir. Kum; silisli kütlelerin, kayaların, doğal etkenlerle parçalanarak ufalanmasından ya da kayaların parçalanmasıyla oluşan, genellikle kuvars esaslı granüler malzemedir. Çapı 0.06 2 mm arasındadır. Daha küçük parçacığı olan, mil ise, 0,0625 mm ile 0.004 mm arasındadır. Kum kile göre büyük ebattadır, bu yüzden kile göre daha çok yüzey işgal eder. Kum toprak yapısında çatı vazifesi görür. Hava ve suyun dolaşımını kolaylaştırır 6
Kumun özkütlesi aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.[ 4 ] KUMUN CĐNSĐ Islak Kum Kuru Kum Gevşek Kum ÖZKÜTLE (g/cm 3 ) 1,922 1,602 1,442 Tablo 1) Kumun özkütlesi C)KOMPRESÖRÜN ÇALIŞMA PRENSİBİ Kompresör, gazın hacminin indirgenmesi (sıkıştırılması) yolu ile gazın basıncını arttıran mekanik bir alettir. Gazlar sıkıştırılabilir maddelerdir. Sıvılar göreceli olarak sıkıştırılabilir değildirler ve böylece pompanın ana işlevinin sıvıların aktarımı olduğu anlaşılabilir. Gazın sıkıştırılması esnasında, doğal olarak sıcaklığı da artar ve bu basınç artışı gazın başka bir yere aktarılmasını mümkün kılar. Gaz alıp gaz basarlar. Pompalar ise sıvı alıp sıvı basarlar. Aralarındaki fark bu şekilde ifade edilir. Tek kademede sıkıştırma yapabildikleri gibi kapasitelerine bağlı olarak kademe sayıları artabilir. Yine tek başlarına kullanılabildikleri gibi türbinlerle beraber de (turbo grubu) olarak kullanabilirler.[ 5 ] [ 6 ] Resim 11) Kompresör dış yapısı Resim 12) Kompresör içyapısı D)GAZ VE KATI BASINCI Gazların sıkıştırılabilirlik özelliklerinden pek çok alanda yararlanılır. Örneğin, bir kapta sıkıştırılan gaz, bir delikten püskürtülürken gazla birlikte sıvı da püskürtülebilir. Bundan yararlanarak böcek ilâcı püskürtme, oto boyama, kireçle boyama makineleri yapılmıştır. Ayrıca, otomobil ve kamyonların fren sistemlerinde, hidrolik kaldırma sistemlerinde basınçlı gazlardan yararlanılır. [ 2 ] 7
KATILARIN BASINÇI Katıların Basıncı Nelere Bağlıdır? 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. [ 2 ] [ 3 ] 8
3.2 DENEYLER 1) Kullandığımız model Kum havuzunun özellikleri Boyu 35 cm Eni 20 cm Yükseklik 15 cm Şekil 1) kum havuzu Model havuzumuzun içine 3 cm yüksekliğinde kum dolduruldu. Model havuzdaki kumun hacmi V = a.b.c = 35 x 20 x 3 = 2100 cm 3 Model havuzdaki kumun özkütlesi d = 1,602 gr/cm 3 2) Deney 1 Kalın taneli kum kullanılıp 5 Bar basınçlı hava verildiğinde hiçbir cisimde batma gözlenmemiştir. Resim 13) Kum havuzuna ters koyduğumuz şişe 9
3)Deney 2 Kum elenip ince taneciklerle aynı deney tekrarlandığında 2 Bar basınçtan sonraki basınç değerlerinde sistem çalışmıştır. 4)Deney 3 Resim 14) Havuz içinde cismin tamamen batması devrilmesi Deneyler farklı basınç altında boyutları 4,5 cm, 2 cm, 1,5 cm olan cisim kullanıldığında elde edilen basıncın batma miktarına bağlı grafiği aşağıdaki gibidir. Deney, kesit alanı 3 cm 2 yüzeyi olan cisim üzerinde denenmiştir. BATMA MİKTARI (CM) 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 BASINÇ- BATMA MİKTARI BASINÇ- BATMA MİKTARI 0 1 2 3 4 5 BASINÇ (Bar) Grafik 1)Basıncına bağlı olarak cisimlerin kuma batma miktarı grafiği 10
Resim 15) Havuz içinde pilin devrilmesi 5)Deney 4 500 ml su şişesi içine kütlenin artması için kum doldurup deney tekrarlandığında, cismin dengesi bozulup daha uzun sürede devrildiği gözlenmiştir. (2 saniye) Basınç 5 bar olarak alınmıştır. Resim 16) Havuz içinde şişenin devrilmesi 11
6)Deney 5 500 ml su şişesi ortadan ikiye kesilip hacim küçültülmüştür. Bu şişeye farklı kütlelerde kum doldurulup aynı kesit üzerindeki devrilme ve batma miktarları arasındaki ilişki ölçülmüştür. Buna göre şu değerler bulunmuştur. Cisim Adı Ağırlık Boy Batma Miktarı Basınç Saniye Su şişesi 70 gram 13 cm 2 cm 5 atm 8 sn Su şişesi 140 13 cm 4 cm 5 atm 12 sn Su şişesi 210 13 cm 6 cm 5 atm 15 sn Su şişesi 280 13 cm Devrildi-Battı 5atm 19 sn Su şişesi 560 13 cm Devrildi-Battı 5 atm 20 sn Tablo 2) Kuma gönderilen basınçlı havanın cisimleri batırma ilişkisi ZAMAN (S) 25,00 KÜTLE-ZAMAN 20,00 15,00 10,00 KÜTLE-ZAMAN 5,00 0,00 70 140 210 280 560 KÜTLE (Gram) Grafik 2)Kütleye bağlı olarak cisimlerin kuma batma zamanını grafiği 12
BATMA MİKTARI cm ) 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 KÜTLE-BATMA MİKTARI KÜTLE-BATMA MİKTARI 70 140 210 280 560 KÜTLE (Gram) 3.3)Deney sonuçları Grafik 3)Kütleye bağlı olarak cisimlerin kuma batma miktarı grafiği Yapılan deneyler sonucunda uzunluğu az ve ağır cisimlerin yüksek basınç altında daha çabuk battığı gözlendi Etkileşim alanının artması durumunda batış süresinin arttığı görüldü Kütlenin artması durumunda batış süresinin arttığı gözlendi Cisimleri ortalama insan boyuna (160 cm) ve ortalama kütlesine ( 70 kg ) çıkarıldığında havuzdaki kum, hava basınç miktarının arttırılması durumunda devrilip batabileceği elde edilen grafik değerlerinden çıkarılabilir. 4)PROJE SONUCU Kumun hava basıncı ile akışkanlaştırılarak, sınır ve askeri bölgelerimizin güvenliğini arttırma hipotezimiz, model kum havuzunda yapmış olduğumuz deneylerle doğrulanmıştır. Elde ettiğimiz verileri insan boyutlarına taşıdığımızda günlük yaşamda uygulanabilirliği mümkündür. Güvenliğini sağlayacağımız bölgelerin çıkış ve giriş noktalarına belli derinlikte kum havuzları yapılır. Bu havuzların altından kumun akışkanlaşmasını sağlayacak, kompresörün gönderdiği, basınçlı havanın geçebilmesi için gerekli borular döşenir. Havuzun içi kum ile doldurulur ve üzeri kamufle edilir. Bir olay olduğunda sistem çalıştırılır.. Bu sistem ile insan sağlığına zarar vermeden, silahlı çatışmalar meydana gelmeden olaylar yatıştırılabilir. Oluşturduğumuz sistemin devreye girmesini şu şekillerde sağlayabiliriz: İçerdeki görevliler tarafından sistem devreye sokulabilir. Gece olan olaylarda sistem, ısıya veya ağırlığa duyarlı sensörler yardımı ile devreye geçebilir. Elektrik kesintilerinde kompresörün çalışması için devreye jeneratör bağlı tutulabilir. Sisteminin güvenli ve her durumda çalışabilmesi için alarm sistemine bağlı bir bilgisayar yazılımı kullanılabilir. 13
5)TARTIŞMA VE ÖNERĐLER Sınır bölgelerimizde mayınların yol açtığı can kayıpları yaşanmadan güvenli hale getirebiliriz. Mayınlardan temizlenmiş topraklarımızı tarımcılıkta kullanarak ekonomimize kazandırabiliriz. Karşılaşma ihtimali yüksek olan; güvenliğimizi maddi, manevi tehdit eden eylemlerde suçluyu kolay yoldan yakalayabiliriz. Bu olaylarda daha ekonomik yollarla suçlular yakalanabilir. Güvenliğimizi tehdit eden karakol baskınları, banka soygunları ve hapishaneden kaçış gibi eylemlerde suçluyu kolay yoldan yakalayabilmek için tasarladığımız kum kapanının maliyetinin diğer güvenlik sistemlerine göre ucuz olması avantajdır. Ayrıca suçluları bu yöntemle yakalamak, onların yaralanmadan durdurulmasını sağlar. Kaçakçılığın ve terör olaylarının fazla olduğu sınır bölgelerimize Çin Seddine benzer biçimde kum kapanları yapılabilir. Böylece insan sağlığına zarar verilmeden yakalanan kişiler gerekli güvenlik birimlerine gönderilir. Birinci sistemin kapanması ile ikinci bir sistem devreye girer ve su sistemini açar, kumu sürekli sulayarak suçlunun kaçmasını engeller. İnsan ısısıyla çalışan bir düzenekte olabilir, ağırlıkla çalışan veya sesle çalışan bir düzenekle kum tuzağı faaliyete geçebilir. Yağmur yağdığında kumların ıslanma olasılığına karşı kum havuzlarının üst kısımları kapatılabilir. 6)TEŞEKKÜR May Çalıştayları koordinatörü Prof. Dr. Mehmet Ay a, proje kapsamında engin bilgileriyle bize yardımcı olan danışmanlarımız Prof. Dr. Salih ATEŞ, Doç. Dr. Vildan BĐLGĐN e, bize her türlü konuda yardım eden, birbirimizle kaynaşmamızı sağlayan sosyal etkinlik danışmanımız Uğur DEĞĐRMENCĐOĞLU na, teknisyenlerimiz Sezen APAYDIN a, Hamza SUCU ya, tüm çalıştay ekibine, konuk katılımcılara ve katkılarından dolayı TÜBĐTAK a teşekkür ederiz. 14
7)KAYNAKLAR [1] Emniyet genel müdürlüğü [2] Lise 11 Fizik Ders kitabı (Milli Eğitim Yayınları-Komisyon) [3] Fen Okulu net [4] wiki.answers.com/q/what_is_the_density_of_sand [5] www.ustudy.in/node/5106 [6] en.wikipedia.org/wiki/air_compressor GRUP ÜYELERĐNĐN ÖZGEÇMĐŞLERĐ Necati BALIKCI (Bafra Fen Lisesi SAMSUN) 1963 yılında Samsun un Bafra ilçesinde doğdu. İlkokul, ortaokul ve liseyi Bafra da tamamladı. Üniversiteyi Samsun 19 Mayıs Üniversitesi Eğitim Fakültesi Fizik Öğretmenliği bölümünde okudu ve 1984 yılında mezun oldu. 2008 yılında Milli Eğitim Bakanlığı, Türk Fizik Vakfı ve Unesco Türkiye Milli Komisyonu nun ortaklaşa düzenlediği Türkiye nin en başarılı Fizik Öğretmeni ödülünü aldı. Ayla ALGAN ĐNCE (Özel Emine Örnek Anadolu Lisesi BURSA) 1979 yılında da Bulgaristan da doğdu. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fizik bölümünde okudu. 2002 2004 yılları arasında tesisiz yüksek lisans eğitimini tamamladı. Şu anda Bursa Özel Emine Anadolu Lisesinde çalışmaktadır. 15