9. SINIF YAZILIYA HAZIRLIK SORULARI - FİZ.9.3.7
Öğrenme Çıktısı: FİZ.9.3.7. Akışkanın geçtiği borunun kesit alanı ile akışkanın sürati ve boru çeperlerine yaptığı basınç arasındaki ilişkiye yönelik tümevarımsal akıl yürütebilme
Yandaki şekilde birbirinin devamı olan bir su borusunun farklı kısımlarındaki kesitleri alınmıştır. Su borusunun farklı kısımlarının çapları R2 > R1 > R3'tür. Boruların içinden akan suyun akış hızı V1, V2 ve V3, ve borunun açık ucundaki sıvı yükseklikleri h1, h2 ve h3'tür.
Buna göre,
a) Borulardan akan suyun akış hızını karşılaştırınız.
b) Borunun açık kısmındaki su yükseklikleri arasındaki ilişki nasıldır?
a) Borularda akan sıvının akış hızı, borunun kesit alanı ile ters orantılıdır. R2 > R1 > R3 olduğundan kesit alanı en küçük olan boruda hız en büyük olur. Bu nedenle V3 > V1 > V2 şeklinde sıralanır.
b) Bernoulli ilkesine göre akışkanın hızı arttıkça borunun çeperlerine yaptığı basınç azalır. Hız sıralaması V3 > V1 > V2 olduğu için basınç sıralaması tersinedir. Açık uçtaki su yüksekliği basınçla doğru orantılı olduğundan h2 > h1 > h3 olur.
Şekilde birbirinin devamı olan bir su borusunun farklı kısımlarındaki kesitleri alınmıştır. Boruların üstüne monte edilmiş basınç ölçerlerdeki basınç değerleri sırasıyla 1,5 Atm, 1 Atm ve 0,5 Atm'dir.
Buna göre, borularda akan suyun akış hızını (V1, V2, V3) sıralayınız.
Bernoulli ilkesine göre akışkanın hızı ile borunun çeperlerinde oluşturacağı basınç birbiriyle ters orantılıdır. Basınç değerleri P1 (1,5 Atm) > P2 (1 Atm) > P3 (0,5 Atm) olduğuna göre hız sıralaması bunun tam tersi olur.
Sonuç: V3 > V2 > V1 olur.
Yandaki şekilde yer altında bulunan su borusu farklı günlerde K ve L noktalarından delinmiştir. Boruların delindiği noktalardan fışkıran su yükseklikleri hK ve hL'dir. Suyun borulardaki hızı farklı günlerde değişmeden sabit kaldığına göre (sürtünmeler önemsizdir):
a) Borunun K ve L kısımlarından akan suyun akış hızını (VK ve VL) gerekçesiyle karşılaştırınız.
b) K ve L noktalarından fışkıran suyun yüksekliğini (hK ve hL) gerekçesiyle karşılaştırınız.
a) Borudan akan suyun akış hızı kesit alanıyla ters orantılıdır. Şekilde K noktasındaki boru kesiti L noktasındakinden daha geniştir (AK > AL). Bu nedenle VL > VK olur.
b) Bernoulli ilkesine göre akışkanın hızı arttıkça borunun çeperlerinde oluşturduğu basınç azalır. VL > VK olduğu için L noktasındaki basınç daha küçüktür. Açık uçtaki su yüksekliği basınçla doğru orantılı olduğundan hK > hL olur.
Yarış arabasının arkasına takılan kanadın alt tarafı bombeli, üst tarafı düzdür. Araba hareket hâlindeyken kanadın alt ve üst yüzeyinden geçen havanın hızı farklılaşır.
a) Bernoulli ilkesine göre, kanadın alt ve üst yüzeyindeki basınçlar arasında nasıl bir ilişki vardır? (Hangisi daha büyük, hangisi daha küçüktür?) Gerekçesiyle açıklayınız.
b) Bu basınç farkının büyüklüğü, aracın yere tutunmasını nasıl etkiler? Kısaca yorumlayınız.
a) Alt yüzey bombeli olduğu için hava burada daha uzun yol alır ve hızı daha fazla olur. Üst yüzey düz olduğu için hava hızı daha azdır. Bernoulli ilkesine göre: Hız fazla ise basınç düşük, hız az ise basınç yüksektir. Bu nedenle kanadın alt yüzeyinde basınç düşük, üst yüzeyinde basınç yüksektir. Yani: Püst > Palt.
b) Yüksek basınçlı üst yüzey ile düşük basınçlı alt yüzey arasındaki bu fark, kanata yukarıdan aşağıya doğru bir net kuvvet uygular. Bu kuvvet aracı yere doğru bastırır. Böylece lastiklerin yola sürtünmesi artar, araç virajlarda savrulmaz ve yüksek hızda daha dengeli olur.
Bir odanın tavanına asılı duran iki özdeş hafif top, yan yana ve birbirine birkaç santimetre uzaklıkta bulunmaktadır. Topların arasından, üstten aşağıya doğru bir saç kurutma makinesi ile kuvvetli bir hava akımı üfleniyor.
a) Bernoulli ilkesine göre, topların arasında hava akımı varken topların hareketini (birbirine yaklaşır mı, uzaklaşır mı, yoksa sabit mi kalır?) gerekçesiyle açıklayınız.
b) Saç kurutma makinesi kapatıldığında topların ilk durumuna göre nasıl bir değişim olacağını yorumlayınız.
a) Topların arasında hava akımı hızlıdır. Topların dış taraflarında ise hava durgun veya çok yavaş hareket eder. Bernoulli ilkesine göre: Hızın fazla olduğu yerde basınç düşük, hızın az olduğu yerde basınç yüksektir. Bu nedenle topların arasındaki basınç düşer, dış taraflardaki basınç ise yüksek kalır. Yüksek basınç, topları düşük basınç bölgesine doğru iter. Sonuç olarak toplar birbirine yaklaşır.
b) Saç kurutma makinesi kapatıldığında hava akımı durur. Topların arasındaki ve dışındaki basınçlar eşitlenir. İtme etkisi ortadan kalkar. Eğer toplar birbirine değmemişse, ilk durumlarına (birbirine eşit uzaklık) geri döner veya oldukları yerde kalırlar.