Basınç

Fizikte basınç, bir yüzeye dik yönde etki eden birim alan başına kuvvet büyüklüğüdür. Günlük hayatta; taşıma çantalarının tasarımından iş makinelerinin tekerlek yapısına kadar pek çok alanda basınç kavramı önemli rol oynar. Basınç genellikle P ile gösterilir.

Basınç değeri, cismin ağırlığı (veya dik kuvveti) sabit kalsa bile temas yüzeyinin büyüklüğüne göre değişir. Temas yüzeyi arttıkça, aynı büyüklükteki kuvvetin daha geniş bir alana yayılması sebebiyle basınç azalır; temas yüzeyi azaldıkça da basınç artar.

Basıncın Matematiksel İfadesi

P={F_{dik}\over S}

P= Basınç
$F_{dik}$ = Yüzeye etkiyen dik kuvvet (N)
S=Kuvvetin etki ettiği yüzey alanı (m²)

Ağırlık ise cismin kütlesiyle yer çekimi ivmesinin çarpımına eşittir: $G = m \cdot g$

Dolayısıyla, bir cismin ağırlığından kaynaklanan basınç şu formülle de ifade edilebilir:

P = \frac{m \cdot g}{A}

Günlük Hayatta Basınç Örnekleri

Sırt Çantaları: Geniş ve dolgulu omuz askılarına sahip çantalar, ağırlığı omuzlara daha geniş bir alanda dağıtır. Böylece, aynı yükü taşısalar bile ince ipli (dar askılı) çantalara göre daha az basınç uygular, konfor artar.
Araç Tekerlekleri: Özellikle toprak, çamur veya kaygan zeminlerde paletli veya geniş lastikli araçlar tercih edilir. Geniş yüzey alanı sayesinde basınç azalır ve aracın zemine batması önlenir. Ağır yük taşıyan kamyon ve tırlarda, lastik sayısı veya lastik genişliği de basıncı düşürmek için artırılır.
Kesici Aletler: Bıçakların keskin ağızları çok küçük bir temas yüzeyine sahiptir. Bu küçük yüzey alanı, uygulanan kuvvetin basıncını yükseltir ve kesici özelliği artırır.

Basıncın Günlük Hayattaki Önemi

Araç Lastikleri: Lastiklerin doğru basınçta şişirilmesi, aracın yol tutuşu ve güvenliği için kritiktir. Doğru basınç, lastiğin yola eşit şekilde temas etmesini sağlar.
Tıbbi Uygulamalar: Kan basıncı ölçümleri, damarlarımızdaki kanın duvarlara uyguladığı basıncı gösterir. Bu değerler, sağlık durumumuz hakkında önemli bilgiler verir.
Binaların Temelleri: Yüksek binaların temelleri geniş yüzey alanına sahip olacak şekilde tasarlanır. Bu sayede yapının ağırlığı zemine daha geniş bir alana yayılır ve zemine uygulanan basınç azaltılır.

Yukarıdaki görselde, kütleleri ve dolayısıyla ağırlıkları eşit olan üç farklı cisim (X, Y, Z) bulunmaktadır. Bu cisimler yüzeye farklı alanlarla temas etmektedir:

X Cismi: Yüzeye temas eden alan büyüklüğü = $2S$
Y Cismi: Yüzeye temas eden alan büyüklüğü = $S$
Z Cismi: Yüzeye temas eden alan büyüklüğü = $3S$

Ağırlıkları eşit olduğu için, her cismin ağırlığını $G$ olarak ifade edelim. Basınç, birim yüzeye etki eden kuvvet (ağırlık) şeklinde tanımlanır; $P = \frac{F}{A}$

Burada,

$F = G$ (cisimlerin ağırlığı),
$A$ ise cismin yüzeye temas ettiği alan.

Her cisim için basınç değerleri şu şekilde hesaplanır:

X Cismi Basıncı
- $P_X = \frac{G}{2S}$
Y Cismi Basıncı
- $P_Y = \frac{G}{S}$
Z Cismi Basıncı
- $P_Z = \frac{G}{3S}$

X, Y, Z cisimlerinin basınçlarını kıyaslarsak aşağıdaki sonuçları elde ederiz.

En Büyük Basınç: Temas alanı en küçük olan Y cismindedir (basınç = $\tfrac{G}{S}$ ).
Orta Düzey Basınç: X cisminde (basınç = $\tfrac{G}{2S}$ ).
En Küçük Basınç: Z cisminde (basınç = $\tfrac{G}{3S}$ ).

Üst Üste Konulan Cisimlerin Basınçları

Katılar kendilerine uygulanan kuvveti aynı doğrultu ve yönde hiçbir değişime uğramadan temas ettikleri yüzeye iletirler. Bu sayede, bir katının üzerine cisim konulduğunda oluşan basınç ise $P={G_1+G_2\over S}$ şeklinde hesaplanır.

Şekil I için basınçlar $P_K={G_K\over S}$ $P_L={G_L\over 2S}$ şeklinde hesaplanır.
Şekil II için basınç $P={G_K+G_L\over S}$ şeklinde hesaplanır.

Basınç ile Kuvvet Arasındaki İlişki

Yukarıda da görüldüğü üzere katının uyguladığı net kuvvet artarsa (katının üzerine cisim koymak veya bastırmak vb.) basınç artar, azalırsa (katıyı yukarı doğru çekmek vb.) basınç azalır. Kısacası, basınç ile uygulanan kuvvet arasında doğru orantı bulunmaktadır.