Şaşırtan Balonlar

Balon zarı, içindeki havaya bir basınç uygular. Bu basınç balonun zar kalınlığı azaldıkça düşer. Küresel balonun içindeki gaz basıncıysa balonun hacmiyle ters orantılıdır. Balon şiştikçe içteki gaz basıncı düşer. Şişmiş bir balonun içindeki hava basıncı, hem balonun dışındaki hava tarafından uygulanan basıncı hem de balon zarının uyguladığı basıncı dengeler.

Şaşırtan Balonlar

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde balon zarının balonun içindeki havaya uyguladığı basıncın nasıl değiştiğini gözlemleyeceğiz.

Nelere ihtiyacımız var?

  • Demir testere
  • Silikon tabancası ve silikon
  • 2 adet balon
  • Süpürgeli faraşın sopası
  • 2 adet bulaşık deterjanı kabı
  • Makas

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon2.jpg

Ne yapıyoruz?

Süpürge sopasını testere yardımıyla keserek 10 cm’lik bir boru elde edelim. Bulaşık deterjanı kaplarını da sadece kırmızı kapakların takılabileceği baş kısımları kalacak şekilde keselim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon3.jpg

 

Borunun her iki tarafına bulaşık deterjanı kaplarının baş kısımlarını geçirelim ve hava kaçırmamaları için silikonla sabitleyelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon4.jpg

 

Kırmızı kapakların ağzına balonları geçirelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon5.jpg

 

Balonları biri küçük, biri büyük olacak şekilde şişirelim ve hava kaçırmamaları için kapakları kilitleyelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon6.jpg

 

Şişirdiğimiz balonların ucundaki kapakları borulu düzeneğe takalım. Kırmızı kapaklardaki kilidi açmadan önce tahminde bulunalım: Büyük balon mu küçük balonu şişirecek yoksa tersi mi olacak? Kapaklardaki kilidi aynı anda açıp sonucu gözlemleyelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon7.jpg

 

Ne oldu?

Deney sonunda hava geçişinin daha az şişmiş balondan daha çok şişmiş balona doğru olduğunu gözlemledik. Balonların arasındaki vanalar açıldıktan sonra, basıncı yüksek olan yerden düşük olan yere doğru hava akışı olmalıdır. Bu hava akışı basınçlar eşitlenene kadar devam eder. Deneyde vanaları açtıktan sonra küçük balonun daha da küçüldüğünü, büyük balonun daha da büyüdüğünü gözlemledik. Dolayısıyla başlangıçta küçük balonun içindeki havanın basıncı, büyük balonun içindeki hava basıncından daha büyüktü. Balonun içindeki hava hem dış hava basıncını hem de balon zarı tarafından uygulanan basıncı dengeler. Dış hava basıncı her iki balon için de aynı olduğuna göre, yaptığımız gözlem az şişmiş balon zarı tarafından uygulanan basıncın çok şişmiş balon zarı tarafından uygulanan basınçtan fazla olduğunu gösterir. Yani balon şişerken balon zarı inceldikçe zarın içerideki havaya uyguladığı basınç azalır.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon8.jpg

 

Peki, aynı deneyi üç balon ile tekrarlarsak sonuç değişir mi?

Nelere ihtiyacımız var?

  • Demir testere
  • 3 adet balon
  • Silikon tabancası ve silikon
  • Süpürgeli faraşın sopası
  • Teflon bant
  • 3 adet bulaşık deterjanı kabı
  • Makas
  • PVC T boru

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon9.jpg

 

Ne yapıyoruz?

Süpürge sopasını testere yardımıyla keserek 10’ar cm’lik üç boru elde edelim. Bulaşık deterjanı kaplarını ise sadece kırmızı kapakların takılabileceği baş kısımları kalacak şekilde keselim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon10.jpg

 

Boruların bir ucunu teflon bant ile saralım. Borular, T boruya sıkıya sıkıya girene dek sarma işlemine devam edelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon11.jpg

 

Boruların teflon bantlı kısımlarını T boruya geçirelim ve silikonla sabitleyelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon12.jpg

 

Kırmızı kapakların ucuna balonları geçirelim. Boruların uçlarına da bulaşık deterjanı kaplarının baş kısımlarını geçirelim ve silikonla sabitleyelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon13.jpg

 

Balonlardan birini büyük, diğer ikisini küçük olacak şekilde şişirelim ve kapakları kilitleyelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon14_0.jpg

 

Şişirdiğimiz balonların ucundaki kırmızı kapakları borulu düzeneğe takalım. Kapaklardaki kilidi açmadan önce tahminde bulunalım: Büyük balon mu küçük balonları şişirecek yoksa tersi mi olacak? Kapaklardaki kilidi aynı anda açıp sonucu gözlemleyelim.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/balon16.jpg

 

Peki balonlardan ikisi büyük, biri küçük olacak şekilde şişirilirse sonuç değişir mi?

Balonlardan herhangi ikisini büyük, üçüncü balonu küçük olacak şekilde şişirelim. Kırmızı kapakları boruların baş kısmına taktıktan sonra kapakların kilidini açarak neler olduğunu gözlemleyelim.

 

Ne oldu?

Üç balonlu sistemde de bir önceki deneyle aynı sonuçları gözlemledik. Balonlar arasındaki hava geçişi benzer biçimde az şişmiş (içindeki gaz basıncı büyük) balondan/balonlardan daha çok şişmiş (içindeki gaz basıncı düşük) balona doğru gerçekleşti. Bu şaşırtıcı deneyin sonuçları ile günlük hayatta da sık sık karşılaşırız. Örneğin bir balonu ilk defa şişirirken zorlanmamız bu yüzdendir. Verilebilecek diğer bir örnek de vücudumuzdaki damarlarla ilgilidir. Kalbimizden çıkan, oksijenli kanı tüm vücuda taşıyan ana atar damar olan aort sürekli basınca maruz kalır. Laplace yasasına göre aort çapı belirli oranlardan fazla büyüdüğünde tıpkı küçük balonun büyük balonu şişirmesi gibi damar içi yırtılma, damarın bu genişleyen kısmında meydana gelir.

Prematüre bebeklerin nefes almasındaki zorluk ya da yeni doğan bir bebeğin ilk nefesini almasındaki zorlukların nedenleri de benzer biçimde açıklanabilir. Bebeğin alveollerini küçük balonlara benzetebiliriz.

Kaynaklar:

  • Featonby, D., “Balloons hold the key to inflation”, Physics Education, Cilt 44, Sayı 4, s. 344, 2009.
  • Jeskova, Z. ve ark., “Balloons Revisited”, Physics Education, Cilt 47, Sayı 4, s. 392-398, 2012.
  • O’brien, T., Brain-Powered Science: Teaching and Learning with Discrepant Events, Arlington, VA: National Science Teachers Association Press, 2010.
  • http://turkerbulut.com/KolonveRektum.html

Daha Fazlasını Görmek İçin Tıklayınız