Pascal nedir?

Pascal nedir?

Pascal, bir yüzeye dik doğrultuda etkiyen kuvvetin bu yüzeyin alanına bölünmesiyle elde edilen basıncı ifade eden SI birimidir. Bir nesnenin üzerine uygulanan kuvvet ne kadar küçük bir alana yayılırsa, aynı kuvvet altında pascal cinsinden basınç o kadar büyük olur.

Pascal yalnızca akışkan basıncını değil, katı malzemeler içindeki mekanik gerilmeyi de ifade etmek için kullanılır. Bu nedenle malzeme dayanımı, elastisite modülü ve akışkanlar mekaniği gibi birbirinden farklı görünen alanlar aynı birim üzerinden ortak bir dile kavuşur.

Pascal küçük bir birim olduğu için günlük mühendislik değerleri çoğu zaman kilopascal (kPa), megapascal (MPa) veya gigapascal (GPa) cinsinden ifade edilir. Örneğin standart atmosfer basıncı yaklaşık 101,325 kPa, çeliğin elastisite modülü ise yaklaşık 200 GPa mertebesindedir.

Pascal neden ortaya çıktı?

1971'den önce basınç için SI içinde özel bir birim adı bulunmuyordu; büyüklük newton bölü metrekare (N/m²) biçiminde, birleşik bir ifadeyle gösteriliyordu. Bununla birlikte pratikte pek çok farklı, tarihsel kökenli birim bir arada kullanılıyordu: atmosfer, bar, milimetre cıva, PSI ve teknik atmosfer gibi.

Bu birimlerin bir kısmı belirli bir ölçüm aletine (cıvalı barometre gibi), bir kısmı ise belirli bir mühendislik geleneğine (kuvvet birimi lbf ve alan birimi inçkareye dayanan PSI gibi) bağlıydı. Aynı fiziksel büyüklüğün bu kadar çok farklı birimle ifade edilmesi, bilimsel ve teknik iletişimde dönüşüm hatası riskini artırıyordu.

SI sisteminin türetilmiş birimlere kısa, tanınabilir özel adlar verme yaklaşımı basınç için de uygulandı ve newton bölü metrekare ifadesine pascal adı verildi. Bu adımla basınç, diğer SI birimleriyle tutarlı, tek bir ortak referansa bağlandı.

Blaise Pascal kimdir?

Blaise Pascal, 19 Haziran 1623'te Clermont-Ferrand'da doğmuş, 19 Ağustos 1662'de Paris'te ölmüş Fransız matematikçi, fizikçi, mucit ve filozoftur. Genç yaşta matematik ve geometri alanında önemli katkılar yapmış, olasılık kuramının temellerinin atılmasına katkıda bulunmuştur.

Pascal'ın fizik alanındaki en kalıcı katkılarından biri akışkanlar statiği üzerine yaptığı çalışmalardır. Basıncın bir akışkan içinde nasıl iletildiğini ve atmosferin ağırlığının nasıl ölçülebileceğini sistematik biçimde incelemiştir.

Pascal'ın basınç ve hidrostatikle ilgili çalışmaları, üç asır sonra SI sisteminde basınç biriminin kendi adıyla anılmasına yol açmıştır. 14. Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı (CGPM) 1971 yılında bu birime resmî olarak pascal adını vermiştir.

Puy-de-Dôme deneyi ve atmosfer basıncı

1647 yılında Blaise Pascal, havanın bir ağırlığa sahip olduğu ve bu ağırlığın barometredeki cıva sütununu dengelediği fikrini test etmek için bir deney önerdi: Torricelli tipi bir cıvalı barometre farklı yüksekliklere taşınırsa, cıva sütununun boyu değişmeliydi.

Bu deney 19 Eylül 1648'de Pascal'ın eniştesi Florin Périer tarafından Fransa'daki Puy-de-Dôme dağında gerçekleştirildi. Périer, dağın eteğinde ölçtüğü cıva sütunu yüksekliğini zirveye çıktığında tekrar ölçtü ve sütunun belirgin biçimde kısaldığını gözlemledi.

Sonuç, atmosfer basıncının sabit olmadığını ve yükseklikle azaldığını açıkça gösterdi. Bu deney, atmosfer basıncının hava sütununun ağırlığından kaynaklandığı görüşünü güçlü biçimde destekleyen erken dönem kanıtlarından biri kabul edilir.

Pascal ilkesi ve hidrolik sistemler

Pascal, kapalı bir kap içindeki durgun bir akışkana uygulanan basıncın, akışkanın her noktasına ve kabın iç yüzeyine eşit şiddette iletildiğini ortaya koydu. Bu ilke günümüzde Pascal ilkesi veya Pascal yasası olarak anılır.

Pascal'ın hidrostatikle ilgili bulguları, 'Traité de l'équilibre des liqueurs' (Sıvıların Dengesi Üzerine İnceleme) adlı eserinde toplanmıştır. Eser 1653 yılı civarında yazılmış, ancak Pascal'ın ölümünden sonra 1663 yılında yayımlanmıştır.

Pascal ilkesi, küçük bir kuvvetle geniş bir alanda büyük bir kuvvet oluşturmayı mümkün kılan hidrolik preslerin, fren sistemlerinin ve pek çok endüstriyel aktüatörün çalışma mantığının temelini oluşturur.

Pascal biriminin SI'ya girişi

14. Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı (CGPM), 1971 yılında newton bölü metrekare (N/m²) biçimindeki SI birimine 'pascal' özel adını vermiştir. Bu karar, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu'nun (BIPM) resmî kayıtlarında yer alır.

Özel ad verilmesi, basıncın matematiksel tanımını değiştirmez; yalnızca N/m² ifadesine kısa, tanınabilir bir isim kazandırır. Bu sayede basınç, diğer türetilmiş SI birimleri (joule, watt, newton gibi) ile aynı adlandırma mantığına kavuşmuştur.

Pascal biriminin kabulünden sonra da bar, atmosfer, PSI ve mmHg gibi SI dışı birimler pek çok sektörde kullanılmaya devam etmiştir; ancak bunların tümü artık ortak ve kesin biçimde tanımlanmış pascal üzerinden birbirine bağlanabilmektedir.

Pascal biriminin sembolü nasıl yazılır?

Pascal biriminin sembolü büyük P harfiyle yazılır: Pa. SI kuralına göre bir kişinin adından türetilen birimlerin sembolü büyük harfle başlar, ancak birimin tam adı yazıldığında küçük harfle başlar: 'beş pascal' ifadesinde birim adı küçük harfle, sembol kullanıldığında ise '5 Pa' biçiminde büyük P ile yazılır.

Sayısal değer ile birim sembolü arasında boşluk bırakılması önerilir: 100 Pa doğru kullanıma örnektir. Sembole çoğul eki getirilmez; yüz pascal için 100 Pa yazılır, 100 Pa'lar biçiminde bir kullanım söz konusu değildir.

Katları oluşturulurken standart SI ön ekleri kullanılır: kilopascal kPa, megapascal MPa, gigapascal GPa biçiminde yazılır. Meteorolojide sık kullanılan hektopascal ise hPa sembolüyle gösterilir ve 1 hPa tam olarak 100 Pa'a eşittir.

Pascal nerelerde kullanılır?

Meteorolojide atmosfer basıncı geleneksel olarak hektopascal (hPa) cinsinden raporlanır; bu değer sayısal olarak eski milibar biriminle aynıdır. Hava durumu haritalarındaki basınç merkezleri ve cephe sistemleri genellikle hPa cinsinden gösterilir.

Mühendislikte pascal ve katları; hidrolik sistem basınçları, boru hattı tasarımı, kompresör ve vakum ekipmanı, malzeme gerilmesi ve elastisite modülü gibi çok çeşitli hesaplarda kullanılır. Malzeme dayanımı genellikle megapascal veya gigapascal mertebesinde ifade edilir.

Tıpta ve biyomedikal mühendislikte kan basıncı geleneksel olarak mmHg ile ifade edilse de solunum gazları basıncı, ventilatör ayarları ve bazı laboratuvar ölçümlerinde kilopascal cinsinden değerler de kullanılır. Endüstriyel proses kontrolünde ise basınç sensörlerinin çoğu doğrudan pascal tabanlı çıkış üretir.

Pascal ve diğer basınç birimleri

1 bar tam olarak 100 000 Pa'a, 1 standart atmosfer tam olarak 101 325 Pa'a eşittir. Bu iki birim de tanım gereği kesin değerlerle pascala bağlanır; ölçüme dayalı yaklaşık değerler değildir.

1 PSI (pound-force per square inch) yaklaşık 6894,757293168 Pa'a, 1 mmHg (milimetre cıva) yaklaşık 133,322387415 Pa'a eşittir. Bu değerler, kuvvet ve uzunluk birimlerinin kendi kesin tanımlarından türetildiği için yüksek hassasiyetle bilinir.

Dönüşüm yapılırken hangi birimin mutlak, hangisinin gösterge basıncını ifade ettiğine dikkat edilmelidir. Örneğin bir manometre üzerindeki '2 bar' okuması çoğu zaman atmosfere göre gösterge basıncını belirtir; pascal cinsinden mutlak basınca çevrilirken atmosfer basıncının ayrıca eklenmesi gerekebilir.

Bütün basınç birimlerinin karşılaştırması ve dönüşüm tablosu için basınç birimleri sayfasını inceleyebilirsiniz.

Pascal neden bir SI türetilmiş birimidir?

SI sistemi yedi temel birim üzerine kuruludur; basınç bunlardan biri değildir. Pascal, kuvvetin birimi olan newton ile alanın birimi olan metrekarenin oranından türetilir ve bu nedenle 'türetilmiş birim' olarak sınıflandırılır.

Türetilmiş birimlerin bir kısmına, kullanım kolaylığı için özel bir ad verilir. Newton, joule, watt ve pascal bu tür birimlerdendir. Özel ad verilmemiş olsaydı basınç her zaman 'newton bölü metrekare' biçiminde, daha uzun bir ifadeyle yazılmak zorunda kalırdı.

Pascalın türetilmiş bir birim olması, tanımının keyfi olduğu anlamına gelmez. Newton ve metrekare SI taban birimleri (kilogram, metre, saniye) üzerinden kesin biçimde tanımlıdır; dolayısıyla pascal da nihayetinde bu taban birimlere dayanır.

Pascal ilkesi ve hidrolik sistemler

Pascal ilkesi, kapalı bir kap içindeki durgun bir akışkana uygulanan basınç değişiminin akışkanın her noktasına ve kabın çeperlerine eşit şiddette iletildiğini belirtir. Bu, akışkanın sıkıştırılamaz kabul edildiği durumlarda geçerlidir.

Bir hidrolik preste küçük kesitli bir pistona uygulanan kuvvet, akışkan aracılığıyla daha geniş kesitli bir pistona iletilir. Basınç her iki pistonda eşit olduğundan, geniş pistondaki kuvvet küçük pistondakinden daha büyük olur; bu oran piston alanlarının oranına eşittir.

Bu ilke yalnızca hidrolik preslerde değil, fren sistemlerinde, hidrolik krikolarda ve pek çok endüstriyel aktüatörde de kullanılır. Kazanç kuvvet yönünde elde edilirken, küçük pistonun kat ettiği mesafe büyük pistona göre daha fazladır; enerji korunumu bu şekilde sağlanır.

Basınç ile mekanik gerilme arasındaki ilişki

Basınç ve mekanik gerilme aynı boyut yapısına ([M L⁻¹ T⁻²]) sahiptir ve her ikisi de pascal cinsinden ifade edilir. Bu benzerlik, her iki büyüklüğün de birim alana düşen kuvveti temsil etmesinden kaynaklanır.

Akışkan basıncı genellikle izotropiktir; yani durgun bir akışkanda aynı noktadaki basınç her yönde aynı büyüklüktedir. Katı bir malzemedeki gerilme ise yön bağımlıdır ve normal bileşenlerin yanı sıra kayma bileşenleri de içerebilir.

Malzeme biliminde elastisite modülü (Young modülü) ve akma dayanımı gibi büyüklükler pascal cinsinden, genellikle megapascal veya gigapascal ölçeğinde ifade edilir. Örneğin yapı çeliğinin elastisite modülü yaklaşık 200 GPa mertebesindedir.

Meteorolojide hektopascal kullanımı

Meteorolojide atmosfer basıncı geleneksel olarak hektopascal (hPa) cinsinden raporlanır. 1 hPa tam olarak 100 Pa'a eşittir ve sayısal olarak eski milibar (mbar) birimiyle birebir aynı değeri verir.

Hektopascalın tercih edilme nedeni, tarihsel milibar geleneğiyle sayısal uyumluluğunu korurken SI sistemine uygun bir birim olmasıdır. Hava durumu haritalarında görülen 1013 hPa gibi değerler, standart atmosfere yakın deniz seviyesi basıncını ifade eder.

Basınç merkezleri, cephe sistemleri ve fırtına şiddeti gibi meteorolojik değerlendirmeler büyük ölçüde hPa cinsinden ifade edilen basınç haritalarına dayanır. Alçak basınç merkezleri genellikle 1000 hPa'nın altında, yüksek basınç merkezleri ise 1020 hPa'nın üzerinde değerler gösterir.