Konu anlatımı
Bir otomobilin fren pedalına bastığında dört tekerlekteki frenler aynı anda çalışır; bir oto tamircisi küçük bir kolu pompalayarak koca bir arabayı kaldırır. Bu alt başlıkta bu düzeneklerin dayandığı Pascal ilkesini nitel olarak göreceksin.
İlke
Kapalı bir kaptaki durgun bir sıvıya bir noktadan uygulanan basınç, sıvının her noktasına ve kabın bütün çeperlerine aynen, yani azalmadan iletilir. Buna Pascal ilkesi denir. Sıvılar neredeyse sıkıştırılamadığı için uygulanan basınç sıvının bir yerinde birikip kaybolmaz, bütün sıvıya yayılır. Delikli bir kabın içindeki suya pistonla bastırılınca suyun bütün deliklerden fışkırması bu ilkeyi gösterir.
Hidrolik düzenekler
Hidrolik düzeneklerde dar ve geniş iki piston, sıvıyla dolu kapalı bir sistemle birbirine bağlanır. Dar pistona küçük bir kuvvet uygulanınca oluşan basınç geniş pistona aynen iletilir; geniş pistonun yüzeyi büyük olduğu için orada çok daha büyük bir kuvvet oluşur. Buna karşılık geniş piston, dar pistonun aldığı yoldan çok daha kısa bir yol alır; kuvvet büyür ama enerji kendiliğinden artmaz. Hidrolik fren, hidrolik kriko, araç kaldırma lifti, berber ve dişçi koltukları ile iş makinelerinin kepçeleri bu ilkeyle çalışır.
Programdaki sınır
TYT'de Pascal ilkesi yalnızca kavram olarak işlenir; piston kuvvetlerini ve alanlarını ilişkilendiren bir matematiksel model verilmez ve hesap yapılmaz. Sorular, basıncın her yere aynen iletildiğini, geniş pistonda büyük kuvvet elde edildiğini ve ilkenin hangi araçlarda kullanıldığını bilmeye yöneliktir.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Bir otomobilde fren pedalına basılınca dört tekerlekteki frenlerin aynı anda çalışmasını Pascal ilkesiyle açıklayınız.
Çözüm. Fren pedalı, fren sisteminin kapalı yağ devresinde küçük bir pistonu iter ve yağa basınç uygular. Pascal ilkesine göre bu basınç yağın her noktasına aynen iletilir ve dört tekerleğin fren pistonlarına ulaşır. Tekerleklerdeki pistonların yüzeyi büyük olduğu için ayağın uyguladığı küçük kuvvet, balataları bastıran büyük kuvvetlere dönüşür ve frenler birlikte çalışır.
Örnek 2. Bir hidrolik krikoda dar pistona uygulanan küçük kuvvetle ağır bir otomobil kaldırılabiliyor. Geniş piston, dar piston kadar yol alır mı? Neden?
Çözüm. Dar pistona uygulanan basınç geniş pistona aynen iletilir ve geniş pistonun büyük yüzeyinde büyük bir kuvvet oluşur. Ancak sıvının hacmi değişmediği için dar pistonun ittiği sıvı geniş pistonun altında geniş bir alana yayılır ve geniş piston çok daha az yükselir. Küçük kuvvetle büyük kuvvet elde edilir, ama bunun karşılığında dar piston çok daha uzun bir yol almalıdır. Bu yüzden kriko kolu defalarca pompalanır.
Sık yapılan hatalar
- Pascal ilkesinin enerjiyi artırdığını sanmak; kuvvet büyür ama geniş pistonun aldığı yol kısalır.
- Basıncın yalnızca pistonun karşısındaki noktaya iletildiğini düşünmek; basınç her yere aynen iletilir.
- Pascal ilkesini açık kaplara ve gazlara da aynı biçimde uygulamak; ilke kapalı kaptaki durgun sıvılar için verilir.
- Kapalı kaptaki sıvıya uygulanan basınç her noktaya aynen iletilir.
- Geniş pistonda büyük kuvvet oluşur, ama piston az yol alır.
- Hidrolik fren, kriko, lift ve iş makineleri Pascal ilkesiyle çalışır.