Açık Hava Basıncının Etkilerini Gözlemleyelim

Etkinliğimizde açık hava basıncındaki azalmanın, bardaktaki su ve ağzı kapalı su şişesinin içindeki gaz üzerindeki etkilerini gözlemliyoruz.

Bilmekte fayda var!

Atmosferimizdeki hava (yaklaşık %78 azot, %21 oksijen, %1 diğer gazlardan oluşur), ağırlığından dolayı temas ettiği yüzeylere basınç uygular. Bu basınç, açık hava basıncı olarak isimlendirilir.

0°C sıcaklıkta açık hava basıncının deniz seviyesindeki değeri, 1643 yılında İtalyan bilim insanı Evangelista Torricelli tarafından 760 mmHg olarak ölçüldü. Bu değer 1 atmosfer basınç (atm) şeklinde de ifade edilebilir. SI birim sisteminde kullanılan basınç birimi Pascal (Pa)’dır ve 1 atm basınç 101.325 Pa’a eşittir. Bu, 1 atm basınçta 1 metrekarelik alana 101.325 Newton’luk (N) kuvvet etki ettiği anlamına gelir.

1 m², 10.000 cm²’ye eşit olduğundan 1 atm basınçta 1 cm²’ye etki eden kuvvet 10,1325 N’dur. Bu değeri yaklaşık 10 N olarak kabul edersek, hava insan vücudunda 1 cm^2’lik alana 10 N kuvvet uygular. Normal bir insan vücudunun derisinin toplam yüzey alanı yaklaşık 1,5 m² yani 15.000 cm²’dir. Dolayısıyla insan vücuduna havanın uyguladığı toplam kuvvet 150.000 N’dur. Bu, 15.000 kg’lık yani 15 tonluk bir kütleye etki eden kütleçekim kuvvetine eşdeğerdir. Bu yükün karşısında ezilmeden durabilmemizin nedeni kan basıncıdır.

1 kg’lık kütleye etki eden yerçekimi kuvveti yaklaşık 10 N olduğu için, 10 N’luk kuvveti 1 kg’lık kütle gibi düşünürsek insan vücuduna toplam 15.000 kg’lık (ya da 15 tonluk) bir kuvvet uygulanmış olur.

Peki, açık havanın uyguladığı basınç değeri 760 mmHg değil de çok daha az olsaydı, bu durum çevremizi ve bizi nasıl etkilerdi?

Bu soruya cevap vermemizi sağlayabilecek iki deney var. Gelin, bu etkinlikleri birlikte uygulayalım.

Nelere ihtiyacımız var?

· 1 adet hava boşaltma tulumbası (vakum pompası)

· 1 adet cam fanus

· 1 adet boş plastik su şişesi

· 1 adet çay bardağı

· Su

Cam fanus daire şeklindeki tabla üzerine konulup çalıştırıldığında tulumba, fanusun içindeki havanın boşaltılmasını sağlar. Tulumba, fanusun içindeki havanın çok büyük bir kısmını boşaltabilmesine rağmen fanusta çok az miktarda da olsa hava kalabilir.

Düşük Hava Basıncının Oda Sıcaklığındaki Bir Bardak Suya Etkisi

Ne yapıyoruz?

Bir bardak suyu hava boşaltma tulumba tablası üzerine koyup üzerine fanusu yerleştirdikten sonra tulumbayı çalıştıralım. Cam fanusun içindeki basınç azalmaya başladığında sizce bu değişim suyu nasıl etkiler?

 

 

Videoda suyun oda sıcaklığında kaynadığını görüyoruz. Bu olayı nasıl açıklayabiliriz?

Ne oldu?

Suyun kaynaması için suya etki eden hava basıncının suyun buhar basıncına eşit olması gerekir. Normal oda sıcaklığında suyun buhar basıncı dış basınçtan küçük olduğu için su kaynamaz. Fanustaki havanın tulumba sayesinde boşatılması fanusun içindeki basıncın düşmesi sağlar. Bunun sonucunda suyun üzerindeki hava basıncı azalır. Suyun buhar basıncı değişmediği halde dış basınç azaldığı için bu iki basınç değeri birbirine eşit olduğunda su kaynamaya başlar.

Normal koşullarda su deniz seviyesinde 100  ̊C’de kaynar. Bu deneyimizde ise su 18  ̊C’de kaynadı. Yani basıncı azaltarak suyu oda sıcaklığında kaynatmak mümkün.

Bu durum aynı zamanda deniz seviyelerinden farklı yüksekliklerde suyun farklı sıcaklık değerlerinde kaynamasını da açıklar.

Düşük Hava Basıncının Sıkıştırılarak Hacmi Küçültülmüş Plastik Bir Su Şişesine Etkisi

Ne yapıyoruz?

Boş bir plastik su şişesini ağzı açıkken elimizle sıkıştırıp kapağını kapatalım. Daha sonra fanusun içine koyup tulumba yardımıyla fanustaki havayı boşaltalım.

 

 

Videoda sıkıştırılmış plastik su şişesinin fanusun içindeki hava boşaltıldıkça yani basınç azaltıldıkça şişerek sıkıştırılmadan önceki haline geldiğini görüyoruz. Fanusun içine yeniden hava girdiğinde yani basınç arttığında ise su şişesi sıkıştırıldığı haline döndü. Bu olayı nasıl açıklayabiliriz?

Ne oldu?

Fanustaki hava boşaltılmadan önce su şişesinin içindeki hava ile fanustaki havanın basınçları birbirine eşittir. Fanusun içindeki basınç azaldıkça, su şişesinin içindeki basıncın dış basınca eşit olması için şişenin hacmi artmaya ve basıncı düşmeye başlar. Bunun sonucunda şişenin içindeki ve dışındaki basınç eşit olur.

Sıcaklık ve madde miktarı sabit iken kapalı kaptaki bir gazın basıncı ile hacminin çarpımı sabittir (Boyle-Mariotte Yasası). Bu deneyde su şişesinin sıcaklığı ve içindeki madde miktarı (kapağı kapalı olduğu için) değişmedi. Bu nedenle su şişesinin içindeki havanın basıncı ile hacminin çarpımı sabittir. Fanustaki hava boşaltılıp basınç azaldığında, şişenin içindeki basıncın dışındaki basınca eşit olması için su şişesinin hacmi artmaya dolayısıyla basıncı azalmaya başlar.

Eğer fanusun içindeki hava tamamen boşaltılıp basınç sıfırlansaydı, şişeye ne olurdu? Peki, böyle bir durumun çevremizdeki canlı ve cansız varlıklar üzerinde ne gibi etkileri olurdu?