New York Üniversitesi araştırmacıları, içine su çeken fıskiyelerin dönüş yönü ve nedenini yedi farklı düzenekle inceleyerek hareketin merkezdeki akıştan kaynaklandığını kanıtladı.
Fizik dünyasında yaklaşık seksen yıldır süregelen "ters fıskiye" bilmecesi, New York Üniversitesi ve Colorado School of Mines araştırmacılarının yürüttüğü deneysel çalışmayla çözüme kavuştu. Dışarıya su püskürten sıradan S biçimli bahçe fıskiyelerinin aksine, suya batırılarak içine doğru sıvı çeken düzeneklerin dönüş mekanizması bilim insanları arasında uzun süredir tartışma konusuydu. Sonuçları PNAS dergisinde yayımlanan yeni araştırma, ters çalışan fıskiyenin normal fıskiyenin zıt yönünde döndüğünü ve bu hareketin kaynağının sanıldığı gibi uçlardaki basınç farkı değil, merkezde birleşen su akışı olduğunu kanıtladı.
Bu problem ilk olarak 1940'lı yıllarda Princeton Üniversitesi'nde lisansüstü öğrencisi olan Richard Feynman tarafından laboratuvar ortamında test edilmişti. Feynman, camdan ürettiği bir fıskiye düzeneğiyle ters yönde su çekmeyi denemiş, ancak sistem belirgin bir dönüş sergilemeden artan basınç nedeniyle parçalanmıştı. Feynman'ın yarım kalan denemesinin ardından geçen on yıllar boyunca farklı laboratuvarlarda yapılan çalışmalar; fıskiyenin bir yöne dönmesi, zıt yönde hareket etmesi, yalnızca titremesi veya tamamen hareketsiz kalması gibi birbiriyle çelişen sonuçlar üretti.
New York Üniversitesi'nden Leif Ristroph liderliğindeki ekip, geçmişte öne sürülen iki ana kuramı test etmek üzere yedi farklı deney düzeneği geliştirdi. Avusturyalı fizikçi Ernst Mach'a dayanan yaklaşım, kolların içindeki suyun açısal momentumunun sistemi döndürdüğünü savunurken, Feynman ile ilişkilendirilen model asıl etkinin dış uçlardaki emme kuvvetinden kaynaklandığını öne sürüyordu. Araştırmacılar, kolların spiral biçimde büküldüğü veya uçların ters yöne kıvrıldığı sıra dışı fıskiye modelleriyle yaptıkları deneylerde, her iki kuramın öngörülerinin de gerçekleşmediğini gözlemledi.
Yedi farklı düzenek üzerinde yapılan hassas ölçümler, dönme hareketinin fıskiyenin merkezindeki bağlantı noktasından kaynaklandığını ortaya koydu. Fıskiye kollarından içeri çekilen su merkezde karşılaştığında yön değiştirerek dönmeye başlıyor ve bu sırada ortaya çıkan açısal momentum aktarımına fıskiyenin katı gövdesi karşı kuvvet uyguluyor. New York Üniversitesi'nden Jesse Smith ile Colorado School of Mines araştırmacısı Brennan Sprinkle'ın da katkı sunduğu çalışma, normal fıskiye ile ters fıskiyenin aynı fizik yasalarına tabi olduğunu ancak kuvvetin etkili olduğu merkezin içten dışa yer değiştirdiğini gösteriyor.
Araştırma ekibi, elde edilen fiziksel modeli bilgisayar simülasyonlarına aktararak farklı akış koşullarında temel akışkanlar mekaniği denklemleri üzerinden test etmeyi hedefliyor. Kavisli kanallardan geçen sıvıların oluşturduğu dönme dinamiklerinin aydınlatılması, ilerleyen dönemde su ve rüzgâr türbinlerinin mühendislik tasarımlarında akış verimliliğini artırmak amacıyla kullanılacak.
Neden önemli?Seksen yılı aşkın süredir tartışılan bir akışkanlar mekaniği bilmecesini çözen bulgular, gelecekte su ve rüzgâr türbinlerinin tasarımında verimlilik artışına katkı sağlayabilir.
Şu ana kadar bildiklerimiz
- Leif Ristroph liderliğindeki araştırma ekibi, S biçimli klasik fıskiyelerin dışına çıkarak yedi farklı sıra dışı tasarım üzerinde ölçümler yaptı.
- Sonuçları PNAS dergisinde yayımlanan çalışma, dönme hareketinin sanıldığı gibi uçlardaki basınçtan değil, sistemin merkezindeki su akışı ve momentum aktarımından doğduğunu gösterdi.
- Richard Feynman'ın 1940'larda Princeton Üniversitesi'nde başlattığı ve cam düzeneğin kırılmasıyla yarım kalan deneyin ardından öne sürülen modeller geçersiz kaldı.
Cevabı beklenen sorular
- Geliştirilen akışkanlar mekaniği modelinin bilgisayar simülasyonlarıyla farklı akış koşullarında yapılan testleri hangi sonuçları verecek?
- Merkezdeki akış dinamiklerinden elde edilen yeni bulgular hidroelektrik ve rüzgâr türbini tasarımlarına nasıl uyarlanacak?
