Basınç gerçekten donma noktasını düşürüyor mu?

Basıncın suyun donma noktasını düşürdüğünü hepimiz biliriz ve ÖSS kitaplarımızda ve testlerimizde bununla ilgili çokça soru bulunur. Basınç altında suyun donma noktasını 1 oC düşürmek için yaklaşık olarak 1cm2 ye 2000 Newton kuvvet uygulamak gerekir. Öyleyse bu etkiyi gözlemlemek o kadar kolay değildir. Yani bir buz kalıbına iple ağrılık asıp ipin oluşturduğu basınç ile buzun erimesini beklemek, hele hele bunu fizik kitaplarında örnek olarak vermek doğru değil. Sağlam bir cam silindir içerisine buz su karışımı koyup içerisine de bir termometre koyduktan sonra üzerine kuvvetli basınç uygularsak termometreden sıcaklığın düştüğünü ancak gözlemleyebiliriz.

Basınç arttığında donma noktasının düşmesi suyun pek çok tuhaf özelliklerinden biridir. Su donduğunda genleştiğinden ve basınç genleşmeyi engellediğinden donma noktası aşağılara çekilmektedir.

Kış sporlarının çoğu karın ve buzun kayganlık özelliğinden faydalanılarak yapılır. Bir buz patencisinin kolayca kaymasını şöyle açıklarız: Pateninin demir kısmı buzun üzerine basınç uygular ve suyun donma noktasını düşürür. Donma noktası düşen buz erir ve bir su katmanı oluşur. Bu sayede patenci kolayca kayar. Bu su daha sonra basınç kalktığından tekrar donar.

Akla yatkın gibi görünen bu açıklama hemen bütün fizik kitaplarında mevcuttur. Bu açıklamanın yanlış olduğunu kendinizde hemen karar verebilirsiniz. Çünkü başta suyun sıcaklığını 1oC düşürmek için 1 cm2 ye iki bin Newton kuvvet uygulamamız gerektiğini söylemiştik. Patencinin oluşturacağı basınç erime noktasını bir derecenin on da biri kadar ancak düşürebilir. Öyleyse hava sıfırın altındayken bile rahatlıkla kayak yapılabildiğine göre bu kayganlığın sebebi başka olmalıdır. Hatta -20 oC de bile kayaklarımız güzelce kayar. Ama bir fil bile bu sıcaklığı düşürecek kadar bir basınç oluşturamaz.

Şimdi açıklamamıza geçebiliriz. Hareketli cisim buz üzerinde kayarken bir sürtünme oluşturur. Bu sürtünmeden dolayı ortaya çıkan ısı buzu eritip ince bir su tabakası oluşturur ve cisim rahat hareket eder. O zaman gözü pek fizikçilerin aklına hemen şu soru gelir: Sıcaklığın çok düşük olduğu (örneğin -60 oC) yerlerde sürtünme bile buzu eritemez, o halde kayakçıların veya patencilerin bu sıcaklıkta kaymalarının güçleşmesi gerekir?  Ne yazık ki doğru, yapılan araştırmalarda -60 oC’deki buz üzerindeki sürtünme, kuru kum üzerindeki sürtünmeye neredeyse eşit çıkmıştır. O zaman ÖSS hazırlık kitaplarında bu konu ile ilgili verilen örnekleri tekrar gözden geçirmek gerekiyor.

Nuri Balta

Popularity: 3% [?]