Nasıl Akıyorlar?

Yaz aylarında güneş ışınlarının etkisiyle dondurma katılığını hızla yitiriyor ve daha çabuk erimeye başlıyor. Çünkü sıcaklık, moleküller arasındaki bağlantıları kopararak, maddenin yapışkanlığını azaltıyor. Bu sadece dondurma için değil, tüm sıvı maddeler için geçerli bir kural… Ancak, sıcaklığın bu etkisine direnen bazı örnekler de söz konusu: Örneğin, yumurtanın beyazı ısıtıldığı zaman daha akışkan hale geleceğine kamaşabiliyor. Bunun nedeni, yumurta akının içerdiği proteinler… Bu proteinler, sıcaklık karşısında birbirlerine daha sıkı kenetleniyorlar.

Sıvıların akma şekli birbirinden farklı.

Bu farklılığa neden olan unsur ise, moleküllerinin özelliği.

Bir maddenin akması için, her şeyden önce kesinlikle sıvı halinde olması ya da sıvıya dönüşmesi gerek… Bir maddenin sıvıya dönüşmesi ise, moleküllerinin deforme olacak du­ruma gelmesine bağlı… Katı mad­delerin akması diye bir şey söz ko­nusu değil; çünkü, onları oluşturan moleküller birbirine sıkıca yapışık… Bu nedenle de biçimleri değişmez bir nitelik kazanmıştır.

Neden bazı maddeler akıyor da diğerleri akmıyor?

Ne var ki, bu durum gerçeği tam anlamıyla yansıtmıyor. Örneğin; reçel damlaya damlaya akarken, krema bir türlü akmıyor… Bu ör­nek de, temel bir fizik sorununu tüm çıplaklığıyla sergiliyor: Neden bazı maddeler akıyor da diğerleri akmıyor?

Aslında krema da akıyor… Çün­kü bir katı madde değil…

Ancak, yapışkanlığı reçele oranla çok da­ha güçtü olduğu için, yani mole­küllerinin arasındaki bağlar daha yoğun olduğu için reçele oranla daha uzun zaman içinde akıyor. Bu noktadan hareket ederek şu fi­zik kuralı genelleştiriliyor:

Bir sıvı ne kadar fazla yapışkan bir özellik taşıyorsa, o kadar yavaş akar…

Volkanlardan yükselen ve gaz ile kül karışımından oluşan “kızgın bulutlar” saatte 400 km’yi bulan bir hızla akabiliyorlar. 10 metre yükseklikten düşen çağlayanlardan suyun alış hızı ise saatte 36 kilometreyi bulabiliyor. Vadilerin derinliklerine doğru ilerleyen buzul kitlelerinin akış hızı ise yılda sadece birkaç santimetre… Bu da buzulların yapışkanlı yüzdelerinin çok ama çok yükse olduğunun bir göstergesi…

Debisi arttıkça bulanmaya baş­lıyor

Musluğu ilk açtığımızda akan su önce duru ve parlak… Ne var ki debisi arttıkça bulanmaya baş­lıyor. Minicik türbülanslar onun akışını altüst etmeye başlıyor. Aslında, bu evrensel bir fizik kuralı… Bir sıvının akma hızı arttıkça, akıntının bulanması bazı düzensizliklerin ortaya çıkması kaçınılmaz…

Bunun temel iki nedeni var:

Birincisi, aktığı yüzeye sürtünmelerin getirdiği düzensizlikler…

İkin­cisi ise, sıvının kendi içinde ortaya çıkan bazı değişikliklerin giderek hız ile birlikte güçlenmesi…

Her iki durumda da akıntının hızı arttıkça sıvının kendisi kaçınılmaz olarak bulanmaya başlıyor.

Aynı fiziki durum, rüzgara karşı giden bir otomobil ya da uçak için de söz konusu…

Daha önce sakin sakin akan hava, aracın ön tarafıy­la karşılaşınca yön değiştiriyor ve kaportaya sürtünüyor. Ardından da aracın arka kısmında türbülans yaratıyor.

Otomobil ya da uçağın arkasın­da ve yanlarında oluşan bu türbü­lansları sınırlamak, bugün otomo­tiv ve havacılık sanayilerinin en önemli sorunlarından biri duru­munda… Çünkü, bu sektörlerde türbülans demek, enerji kaybı ve randımanın düşmesi demek…

En küçük bir türbülans bü­yük felaketlere yol açabiliyor

Türbülansların daha dramatik sonuçlar verdiği durumlar da sözkonusu… Bazen çok şiddetli akıntı­larda en küçük bir türbülans bü­yük felaketlere yol açabiliyor. İyi ve akıllı bir şekilde kontrol altına alınmayan bir akıntı, kanalizasyon borularının patlamasına, gemi per­vanelerinin kırılmasına ve hatta uçakların düşmesine neden olabili­yor. Bugün fizikçiler, bu tehlikeyi yok etmek için, sürtünmeleri en aza indirmeye ve akıntıları mümkün olduğunca en üst düzeyde berraklaştırmaya çalışıyorlar.

Bu konuda bazen hiç beklenme­dik alanlarda başarılar elde edile­biliyor. Örneğin; “sıvı mekaniği”, bugün en fazla cerrahi konusuna yardımcı oluyor. Mikrocerrahi, damarlardaki kan akışını daha iyi bir noktaya getirmek için bugün damarları genişletiyor. Böylece kalbin enerji kaybı en aza indirile­biliyor.

Her akıntı kendi yolunu buluyor

Gazete kağıdının üzerine bir damla su döktüğünüz za­man, su hemen yayılacak ve bir hale meydana getirecek­tir. Aynı su damlası bir bardak yağın içine düştüğünde ise yayılmayıp yağ tabakasının yüzeyinde öylece kala­caktır. Bu akma çeşitliliği herşeyden önce sıvı maddenin döküldüğü yerin niteliğine bağlı… Bazı yüzeyler sıvıyı çekip onunla ıslanırken, bazı yüzeyler ise tam tersine sıvıyı reddediyorlar.

Dökülme biçimleri

Dökülme biçimleri ise, o anda o sıvı maddenin üzerinde etkili olan fiziki güçlere bağlı olarak değişiyor. Örne­ğin, başlangıçtaki itiş ve yerçekimi gücünün ortak etkisi sonucu, şam­panya şişesinin ağzından çıkan köpük bir parabol biçiminde dökülüyor. Bu­na karşılık, bir tastan şarap döktüğü­nüz zaman, şarap, bir doğru çizgi iz­leyerek düşüyor. Çünkü, o anda şarabın üzerinde etkili olan sadece yerçekimi gücü…

Öte yandan, sıvı maddenin doğası da onun izlediği güzergahı biçimlendi­riyor. Örneğin, bir ketçap şişesinin di­bine vurarak içindeki sıvı maddeyi dı­şarıya çıkarmaya çalıştığımızda, sıvı madde fışkırarak dökülüyor. Oysa, aynı işlemi bir yağ şişesine yaptığımız­da, yağın düzgün bir sızıntı biçiminde düştüğünü görüyoruz.

——————————————————————————–

Hazırlayanlar :  merakediyorum grubu üyeleri merakediyorum@googlegroups.com
Kaynak : Focus Mayıs 1997 sayısından alınmıştır.  Resim ve başlıklar yazıya eklenmiştir.

Yazının alındığı FOCUS Mayıs 1997 sayısını PDF (resim) olarak inceleyebilirsiniz.

http://hotfile.com/dl/119432666/6720d8f/Focus_1997_05_DuvarT.rar.html