Hava sıcaklığının yükseldiği yaz aylarında, çimlerin üzerine serilen “apt” spreyler (silly sprinklers), suyun havada ilginç eğriler oluşturarak dönmesini sağlayan eğlenceli araçlardır. Bu oyun gibi görünen sulama sistemlerinin altında ise karmaşık ve büyüleyici bir akış dinamiği fiziği gizlidir.
New York Üniversitesi’nden (NYU) bilim insanları, bu farklı spreylerle yürüttükleri deneylerle sıvılar arasındaki uzun süredir tartışılan kritik bir probleme son noktayı koydu. Bu araştırma, Ulusal Bilimler Akademisi Yayınlarında yer alan yeni çalışmayla kamuoyuyla paylaşıldı ve suyun açısı üzerindeki hareketini neyin belirlediğini daha net ortaya çıkardı.
Hazır bir sebeple, ters çalışan spreyler (reverse sprinkler), ünlü fizikçi Richard Feynman ile özdeşleşmiştir. Ancak bu problem aslında çok daha köklü bir geçmişe sahiptir. Ernst Mach’in 1883 tarihli “Mekanik Bilimi” adlı eserindeki zihin deneyi, başlangıçta büyük ilgi görmemektedir. Bu tartışma ancak Princeton Üniversitesi'nden fizikçiler tarafından yirmi yılın sonunda yeniden canlandırılmış ve Feynman bu tartışmalara gönüyle dahil olmuş, kendi hipotezlerini test etmek için hatta bir döngü hızlandırıcısı (cyclotron) laboratuvarında deneyler gerçekleştirmiştir.
Feynman, ilk bakışta ters çalışan bir spreyin normal bir sistemin tam tersi gibi çalışması gerektiğini sezmişti. Fakat doğa daha karmaşık bir cevap sunmuştu. Feynman bile bu konuda oldukça düşündüğünü kabul etmiş ve “Cevap ilk bakışta açık,” demiştir. Ancak kimisinin rotasyonun tek yönde olacağını düşünmesi, diğerinin ise tam tersi fikrinde ısrar etmesi sorunun temelini oluşturuyordu.
Mach’in öngörüsüne göre, ters spreyde bir rota oluşmamalıdır; çünkü nozülden suya çekilen tepki kuvveti cihazı saat yönünün tersine döndürürken, düğmenin içindeki su akışı onu saat yönünde iter ve bu iki karşı kuvvet birbirini mükemmel şekilde yok eder. Feynman'ın deneyleri de bu kararlılık döngüsünü desteklemiş; basınca ilk uygulamada hafif bir titreme görülmesine rağmen, sistem hızla eski yerine dönmekte ve hareketsiz kalmaktaydı.
Bu başlangıç fikrine karşı çıkan bazı bilim insanları ise düşük sürtünme oranının yeterince yüksek akış hızıyla birleşmesi durumunda, nozül içinde oluşacak girdapların (vortex) ters yöne dönmesine neden olabileceğini öne sürüyordu. Feynman'dan bu yana yapılan yüzlerce deney; bazılarında sürekli ters dönüş, bazılarında ise geçici veya tamamen düzensiz rotasyonun gözlemlendiği karmaşık sonuçlar vermiştir.
Yeni çalışmada New York Üniversitesi uygulamalı matematik uzmanı Leif Ristroph ve ekibi özel olarak tasarlanmış ultra düşük sürtünmeli dönme yatakları olan spreyleri test etmiştir. Bu cihazları su dolu bir ortama daldırarak, akış hızını dikkatlice kontrol ettikleri sistemlerden suya besleyebilir veya suyu çekebiliyorlardı. Suyun içine renkli boyalar ve mikro parçacıklar eklenerek lazerle aydınlatılması sayesinde yüksek hızlı videoda iç akış desenleri titizlikle analiz edildi.
Deneyler sonucunda, ters spreyin normal bir spreyden yaklaşık 50 kat daha yavaş döndüğü ancak operasyonel mekanizmasının şaşırtıcı biçimde benzer olduğu tespit edilmiş ve bu davranış Ristroph tarafından “içten dışa roket” metaforuyla açıklanmıştır. Normal spreyler adeta dönen roketler gibi dışarı doğru su fışkırtırken, ters çalışan modellerde iç nozullar kabın içinde birleştiği bölgede birbirine çarpan akımlara neden oluyor; bu çarpışmalar da ters hareketi yaratan kuvvetleri oluşturuyor.
Yeni keşfedilen bu akış desenleri grubu matematiksel olarak geliştirdikleri Momentum Akış Teorisi ile mükemmel şekilde eşleşmiş ve çalışmanın bilim dünyasındaki farklı teorilere karşı sağlam bir kanıt sunmuş; ileri düzey uygulamalara kapı açmıştır.
Topluluk yargısını şekillendirmek için fikrini tek bir sinyalle belirt.
Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu sen yap!
E-posta adresiniz yayımlanmayacaktır. Gerekli alanlar (*) ile işaretlenmiştir.
