Deniz seviyesinde bulunan bir kap, içinde 76 cm yüksekliğinde cıva sütunu bulunan bir barometredir. Bu barometre aynı sıcaklıkta bir dağın zirvesine çıkarıldığında cıva sütunu yüksekliği 60 cm'ye düşmektedir.
Bu durumun nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
A) Sıcaklığın artması
B) Yerçekimi ivmesinin azalması
C) Açık hava basıncının azalması
D) Kabın genleşmesi
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soru, atmosfer basıncı ve barometrelerin çalışma prensibiyle ilgili temel bir fizik bilgisini ölçmektedir. Adım adım bu durumu inceleyelim:
- Barometre Ne Ölçer? Bir barometre, bulunduğumuz yerdeki açık hava basıncını ölçen bir araçtır. Cıvalı barometrelerde, dışarıdaki açık hava basıncı, barometre tüpündeki cıva sütununu belirli bir yüksekliğe kadar iter. Bu cıva sütununun yüksekliği, doğrudan açık hava basıncının bir göstergesidir.
- Basınç ve Cıva Sütunu İlişkisi: Cıva sütununun oluşturduğu basınç, $P = \rho g h$ formülü ile ifade edilir. Burada $\rho$ cıvanın yoğunluğu, $g$ yerçekimi ivmesi ve $h$ ise cıva sütununun yüksekliğidir. Dışarıdaki açık hava basıncı, bu cıva sütununun basıncına eşit olduğunda denge sağlanır. Yani, $P_{açık hava} = \rho g h$.
- Deniz Seviyesindeki Durum: Deniz seviyesinde, açık hava basıncı genellikle "1 atmosfer" olarak kabul edilir ve cıvalı barometrede 76 cm yüksekliğinde bir cıva sütunu ile dengelenir. Bu, $P_{açık hava, deniz} = 76 \text{ cm Hg}$ demektir.
- Dağın Zirvesindeki Durum: Soruda belirtildiği gibi, barometre dağın zirvesine çıkarıldığında cıva sütunu yüksekliği 60 cm'ye düşmektedir. Bu, $P_{açık hava, dağ} = 60 \text{ cm Hg}$ olduğu anlamına gelir.
- Yüksekliğin Azalmasının Nedeni: Cıva sütununun yüksekliği (h) azaldığına göre, $P_{açık hava} = \rho g h$ formülüne göre, açık hava basıncının ($P_{açık hava}$) azaldığını söyleyebiliriz. Çünkü soruda sıcaklığın aynı olduğu belirtilmiştir, bu da cıvanın yoğunluğunun ($\rho$) değişmediği anlamına gelir. Yerçekimi ivmesi ($g$) de dağın zirvesinde çok küçük bir miktar azalsa da, bu kadar büyük bir düşüşün ana nedeni değildir.
- Neden Dağın Zirvesinde Açık Hava Basıncı Azalır? Dağların zirveleri, deniz seviyesine göre daha yüksek rakımlarda bulunur. Yükseklik arttıkça, üzerimizdeki hava tabakasının kalınlığı ve dolayısıyla havanın ağırlığı azalır. Daha az hava kütlesi, daha az basınç demektir. Bu nedenle, dağın zirvesinde açık hava basıncı deniz seviyesine göre daha düşüktür.
- Seçeneklerin Değerlendirilmesi:
- A) Sıcaklığın artması: Soru metninde "aynı sıcaklıkta" ifadesi geçtiği için bu seçenek yanlıştır.
- B) Yerçekimi ivmesinin azalması: Yerçekimi ivmesi yükseklikle çok az miktarda azalır. Ancak bu, cıva sütunundaki 16 cm'lik düşüşün ana nedeni değildir ve tek başına bu düşüşü açıklamaz. Eğer basınç sabit kalsaydı, $g$'nin azalması $h$'yi artırırdı.
- C) Açık hava basıncının azalması: Yükseklik arttıkça üzerimizdeki hava miktarı azalır ve dolayısıyla açık hava basıncı düşer. Bu, cıva sütununun yüksekliğinin azalmasının doğrudan ve ana nedenidir.
- D) Kabın genleşmesi: Sıcaklık sabit olduğu için kabın genleşmesi beklenmez. Ayrıca kabın genleşmesi, cıva sütunu yüksekliğindeki bu tür bir değişikliği açıklamaz.
Bu açıklamalar ışığında, cıva sütunu yüksekliğinin dağın zirvesinde azalmasının temel nedeni, açık hava basıncının azalmasıdır.
Cevap C seçeneğidir.
