Fizikçiler, su püskürtmek yerine içine doğru su çeken bir fıskiyenin neden ve hangi yönde döndüğüne ilişkin yaklaşık bir asırdır tartışılan probleme yeni bir açıklama getirdi. Sonuçlar, Nobel ödüllü fizikçi Richard Feynman ile ilişkilendirilen yaygın teorinin doğru olmadığını gösteriyor.
Sıradan S biçimli bir bahçe fıskiyesi, uçlarından dışarı su püskürtürken belirli bir yönde dönüyor. Ancak aynı sistem suyun içine batırılıp tersine çalıştırıldığında, yani uçlarından su çekmeye başladığında ne olacağı uzun süredir fizikçilerin ilgisini çekiyor.
Yeni deneyler, ters çalışan fıskiyenin normal fıskiyenin aksi yönünde döndüğünü ve bu hareketin temel nedeninin sanıldığı gibi uçlardaki basınç farkı değil, sistemin merkezinde oluşan su akışı olduğunu ortaya koydu.
Feynman Soruyu 1940’larda Denemişti
Richard Feynman, problemi 1940’larda Princeton Üniversitesi’nde lisansüstü öğrencisiyken ele aldı.
Feynman’ın daha sonra anlattığına göre laboratuvarda camdan yapılmış bir fıskiye kurarak sisteme ters yönde su çektirmeye çalıştı. Düzenek kısa süreli hareket etti ancak belirgin bir dönüş göstermedi. Basıncı artırmaya devam ettiğinde ise cam sistem parçalandı.
Bu deney kesin bir sonuç vermedi ve ilerleyen yıllarda yapılan farklı çalışmalar da birbirinden çelişkili sonuçlar ortaya koydu. Bazı deneylerde sistem bir yönde dönerken bazılarında ters yönde hareket etti, titreşti ya da hiç dönmedi.
Fizikçiler Bilerek “Saçma” Fıskiyeler Tasarladı
New York Üniversitesi’nden uygulamalı matematikçi ve deneysel fizikçi Leif Ristroph liderliğindeki ekip, 2024 yılında ters fıskiyenin normal fıskiyenin aksi yönde döndüğünü göstermişti.
Ancak bunun neden gerçekleştiğine ilişkin farklı teoriler bulunuyordu.
Bunlardan biri Avusturyalı fizikçi Ernst Mach’a dayanıyordu ve fıskiyenin içindeki suyun açısal momentumunun sistemi ters yönde döndürmesi gerektiğini öne sürüyordu.
Feynman ile ilişkilendirilen diğer açıklama ise asıl etkinin fıskiyenin dış uçlarındaki basınç ve emme kuvvetlerinden kaynaklandığını savunuyordu.
Araştırmacılar iki fikri birbirinden ayırabilmek için alışılmış S biçiminin dışına çıkan yedi farklı deney düzeneği hazırladı. Bazılarının kolları spiral biçimde birkaç kez dönerken bazılarında uç kısımlar ters yöne kıvrıldı.
Ekip bu sıra dışı tasarımları “saçma fıskiyeler” olarak tanımladı.
Sonuçlar İki Eski Açıklamayla da Uyuşmadı
Eğer Mach’ın açıklaması doğru olsaydı, spiral biçimli kolların içindeki suyun çok daha fazla açısal momentum taşıması nedeniyle sistemin dönüşünün belirgin şekilde değişmesi gerekiyordu.
Ancak böyle olmadı.
Feynman’ın açıklaması doğru olsaydı da fıskiyenin uç kısmındaki kıvrım ters çevrildiğinde dönüş yönünün değişmesi bekleniyordu. Deneylerde bu sonuç da görülmedi.
Leif Ristroph, sonuçların ardından Feynman ve onu takip eden açıklamaların bu konuda hatalı olduğunu kabul etmek zorunda kaldıklarını belirtti.
Asıl Etki Fıskiyenin Merkezinde Ortaya Çıkıyor
Yedi farklı tasarım üzerinde yapılan ölçümler, hareketin temel kaynağının fıskiyenin merkezindeki bağlantı noktası olduğunu gösterdi.
Su, kollardan merkeze doğru ilerlediğinde burada karşılaşarak yön değiştiriyor ve dönmeye başlıyor. Bu akış sırasında oluşan açısal momentum aktarımına fıskiyenin katı gövdesi karşı kuvvet uyguluyor ve sistemin dönmesine neden oluyor.
Araştırmacılara göre ters fıskiye, fiziksel açıdan normal bir fıskiyenin içten dışa çevrilmiş hâli gibi düşünülebilir. İki sistemde de benzer fizik kuralları işliyor ancak kuvvetin etkili olduğu bölge farklılaşıyor.
Sonuçları PNAS dergisinde yayımlanan çalışmada New York Üniversitesi’nden Jesse Smith ile Colorado School of Mines araştırmacısı Brennan Sprinkle da yer aldı.
“Saçma” Bir Fizik Sorunu Enerji Teknolojilerine Katkı Sağlayabilir
Araştırmacılar şimdi elde ettikleri modeli bilgisayar simülasyonlarıyla farklı akış koşullarında test etmeyi planlıyor.
Amaç, gözlemlenen hareketi temel akışkanlar mekaniği denklemleri üzerinden daha kapsamlı biçimde açıklayabilmek.
İlk bakışta yalnızca merak uyandıran bir fizik problemi gibi görünen ters fıskiye sorununun pratik uygulamaları da olabilir.
Kavisli kanallardan geçen sıvıların nasıl dönme kuvveti ürettiğinin daha iyi anlaşılması, gelecekte su ve rüzgâr akımlarından enerji elde eden türbinlerin ve benzeri sistemlerin tasarımına katkı sağlayabilir.
İlginizi Çekebilir: Samanyolu’nun Kalbinde Olağanüstü Bir Yıldız Keşfedildi
Araştırmaya dair düşüncelerinizi yorumlarda veya Kayıp Rıhtım Forum’da paylaşabilir, bilim dünyasından yeni haberler için bizleri Google News ve WhatsApp üzerinden takip edebilirsiniz.
Kaynak: Live Science
Forum üzerinden yorum yapıp sohbete katılmak için tıkla!