Bernoulli İlkesi

Durgun durumdaki gaz veya sıvı akışkanların oluşturduğu basınca statik basınç denilmektedir. Statik basıncın dışında, akışkanların uyguladıkları farklı basınçlar mevcuttur. Bunlardan birisi de hareket halindeki akışkanların oluşturduğu dinamik basınçtır. Günlük hayatta sıklıkla karşılaşabileceğimiz, bir hortumdan akan suyu sıkıştırdığımız zaman oluşan basınç dinamik basınca örnek verilebilir.

Akışkan Basıncı

Durgun bir akışkanda herhangi bir noktadaki basınç, o noktanın derinliğine ve akışkanın yoğunluğuna bağlıdır. Hareket halindeki akışkanda ise dinamik etkiler devreye girer ve basınç dağılımı sabit kalmaz. Akışkanların yaptığı farklı akış hareketleri vardır;

• Laminer Akış: Akışkan parçacıkları düzgün katmanlar hâlinde hareket eder. Örneğin, yanmakta olan bir mumun üzerinden yükselen dumanın ilk etapta düzenli bir yol izlemesi bu akışa örnektir.
• Türbülanslı Akış: Hızın ve yönün ani değişimleriyle akış karmaşık hâle gelir ve girdaplar (vorteksler) oluşur. Mum alevinin dumanı, yükseldikçe türbülanslı rejime geçebilir.

Bernoulli İlkesi ile Akışkan Basıncının Açıklanması

Akışkanların (sıvı ya da gaz) hareketi söz konusu olduğunda, akışkan parçacıklarının hızındaki değişimler basınç dağılımını önemli ölçüde etkiler. Bu durum, Bernoulli İlkesi ile açıklanır. Temel olarak, akış hızı arttığında basınç düşer; akış hızı azaldığında ise basınç yükselir. Bu prensip, İsviçreli matematikçi ve fizikçi Daniel Bernoulli tarafından 18. yüzyılda geliştirilmiştir.

• Akışkanların molekülleri birbirine göre sürekli pozisyon değiştirerek dışarıdan gelen etkilere karşı katılar kadar direnç göstermezler.
• Akışkanlar basıncın büyük olduğu yerden küçük olduğu yere doğru akar.
• Kesit alanı sabit bir boruda akışkan sabit süratle hareket eder ancak kesit alanı değiştiğinde akışkanın hızı da değişir. Kesit alanı daraldıkça akışkanın hızı artarken genişledikçe hızı azalır. Bu durumun sebebi kesit alanı değişse dahi birim alandan geçen akışkan hacmi değişmez bu yüzden hız değişir.

• Görselde görülen boruda kesitler arasındaki ilişki $A_1>A_2>A_3$ şeklindedir
• Sıvıların sürati $V_3>V_2>V_1$ şeklinde olur.
• Basınçlar ise $P_1>P_2>P_3$ şeklinde olur.
• Borunun farklı kesitlerinde yer alan açık uçlu borulardaki su seviyesi akışkanın basıncıyla doğru orantılı olacağından yükseklikler arasındaki ilişki $h_1>h_2>h_3$ şeklinde olur.

Günlük Hayatta Akışkan Basıncının Gözlemlenmesi

çak kanatlarının özel yapılarından dolayı üst yüzeyde hava hızlı, alt yüzeyde yavaş akar bunun sonucunda alttaki basınç üstteki basınçtan büyük olacaktır ve bu basınç farkından dolayı havalanmak için gerekli kuvvet oluşur uçak yukarı doğru itilir(dinamik kaldırma kuvveti). Evlerin kuvvetli fırtınada uçan çatıları da hızlı hava akımıyla üst yüzeyde alçak ve alt yüzeyde yüksek basınç oluşumundan kaynaklanmaktadır.

Yukardaki şekilde görüldüğü gibi kanadın üstündeki basınç havanın süratinin fazla olmasından dolayı daha düşüktür ve bunun sayesinde uçaklar uçabilmektedir.