1980’lerde çocuk olma şansını sahip olan şanslı kesimden biriyseniz Barış Manço’yu ve özellikle televizyonlarda yayınlanan 7’den 77’ye adlı programını izlemiş olmalısınız. Kendisi 1987’de ekvatorda yaptığı bir deneyde Güney Yarımküre’de suyun saatin ters yönünde, sadece bir metre sonra Kuzey Yarımküre’de ise saat yönünde dönerek aktığını bizlere göstermişti.
Bu arada tek yanılan elbette Barış Manço değildi. Bölgeyi ziyaret eden turistlere hala üç kova su ile bir gösteri izlettiriliyor. Turistler, su boşaldıkça kuzeydeki kovadaki suyun bir yöne, güneydeki kovadaki suyun diğer yöne döndüğü ve ekvatordaki suyun hiç dönmediği görüyor. Gösteriyi sunan kişi de bunun Coriolis etkisinin bir örneği olduğunu iddia ediyor.
Evet gerçekten de fizik kuralları yaşantımızı yönlendirir. Dünya’nın kendi ekseni etrafındaki dönüşü de sadece gece ve gündüzü oluşturmaz. Bu etki yaşamlarımızı farklı biçimlerde de etkiler. Bu etkilerden birisi atmosferdeki hava hareketleri ve okyanus akıntıları üzerinde olur.
Örneğin, büyük hava sistemleri olan siklonlar, kuzey yarıkürede saat yönünün tersinde, güney yarıküredeyse saat yönünde döner. Bu durumun nedeni de Coriolis kuvveti yardımı ile açıklanır. Peki ama bu etki gerçekten de musluğu açtığımız zamanlarda da hayatımıza karışır mı?
Lavabolarda Oluşan Girdabın Yönü Neden Farklılaşıyor?
Coriolis etkisi ile ilgili açıklamaya geçmeden önce bu sorunun cevabını verelim. Suyun lavabodaki dönme yönünü belirleyen Coriolis etkisi değil, suyun doldurulurken ya da başka etkilerle kazandığı ilk harekettir. Sonucunda dünyanın dönüşünün yarattığı etki, lavabodaki suyun üzerindeki diğer etkilere göre çok daha zayıf kalır.
Dünya’nın her yerinde musluklardan akan su, lavabonun şekline, musluğun açısına, suyun hızına, suyun akıntısına elle yapılan müdahalelerimize vb. fiziksel etmenlere göre belirlenen bir yönde akar. Aslına bakarsanız hem Kuzey Yarımküre’de, hem de Güney Yarımküre’de, iki tarafa doğru oluşan girdapları görebilirsiniz.
Sonuçta ne yazık ki Barış Abimiz de bir el çabukluğu sonucunda kandırılmıştır. Ancak yine de bilgi tamamen hatalı değildir. Diğer tüm dış faktörleri ortadan kaldırılmayı başarırsanız bu etkiyi gözlemlemeniz mümkün olabilirdi. Bu tam kontrollü deneylerle kanıtlanmıştır. Ancak bunun için özel olarak tasarlanmış bir lavabonuz olmalıdır. Ayrıca elbette evinizde tüm dış faktörleri ortadan kaldırmanız mümkün değildir. Bu söylenti hakkındaki açıklamalardan sonra işin bilimsel kısmına göz atalım.
Coriolis Etkisi Nedir?
Dünyanın dönmesi, Coriolis kuvveti olarak bilinen fiziksel bir kuvvet ortaya çıkarır. Coriolis kuvveti gerçekten de, Dünya yüzeyindeki nesnelerin ekvatorun üstünde veya altında olmasına bağlı olarak farklı yönlerde sapmalarına neden olur. Etki kutupların yakınında en güçlü ve ekvatorda en zayıftır. Bu sapma rüzgarlar, okyanuslardaki akıntılar gibi doğal olayları etkiler. Ancak az öncede aktardığımız gibi bir giderden akan suyun davranışı üzerinde çok çok az etkisi vardır.
1830’larda Fransız bilim insanı Gaspard-Gustave de Coriolis, bugün Coriolis kuvveti olarak bilinen bu etkinin arkasındaki ilkeyi keşfetmiştir. Aslında Coriolis da düşüncelerine dönen su dolaplarını inceleyerek ulaşmıştı. Daha sonra meteorologlar bu düşüncelerin, rüzgar ve okyanus akıntılarının hareket tarzı için de geçerli olduğunu anladılar.
Coriolis etkisi en çok aşağıdaki görseldeki gibi diklemesine hareket eden bir nesnenin yolunda belirgindir. Dünya’da, kuzey-güney doğrultusunda veya uzunlamasına bir çizgi boyunca hareket eden bir nesne, Kuzey Yarımküre’de sağa ve Güney Yarımküre’de sola doğru belirgin bir sapmaya uğrayacaktır.
Nesne aslında yolundan sapmaz, ancak koordinat sisteminin hareketi nedeniyle sapıyormuş gibi görünür. Bu etki olmasaydı, rüzgarlar yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına düz eserdi. Rüzgar yönü, aslında, alçak basınç çekimi ile Coriolis sapması arasında bir dengedir.
Foucault Sarkacı Coriolis Etkisi Sayesinde Dünyanın Döndüğünü Kanıtlamıştı
Fransız fizikçi Foucault, Dünya’nın dönmekte olduğunu 1851 yılında ilginç bir şekilde kanıtladı. 67 metre uzunluktaki bir tele bağladığı 25 kilogramlık ağırlıkla yaptığı sarkacı Paris’teki Pantheon’un kubbesine astı. Sarkaç her yöne serbestçe hareket edebiliyordu. Belli bir doğrultuda hareket ettirilen sarkacın salınım doğrultusu sürekli olarak değişiyor, yaklaşık bir gün sonra başlangıç konumuna geliyordu.
Sarkacın bu hareketi yapmasına neden olan Coriolis etkisidir. Aslında üzerinde belirgin bir kuvvet olmadığı için sarkaç salınım yönünü korumaktadır. Dönen onun çevresindeki her şey, yani Dünya’dır. Coriolis etkisinin sıfır olduğu ekvatorda bulunan bir Foucault sarkacı doğrultusunu değiştirmeden salınır. Detaylar için: Foucault Sarkacı Dünyanın Döndüğünü Nasıl Kanıtladı?
Coriolis etkisinin arkasındaki matematik nedir?
Jeofizikçiler, sıvıların davranışını tanımlamak için Navier-Stokes denklemleri olarak bilinen belirli matematiksel denklemleri kullanırlar. Kabaca, Navier-Stokes denklemleri, sıvı hızındaki değişimi sıvıya etki eden kuvvetlerle ilişkilendirir. Ancak fizikçilerin ve matematikçilerin bu denklemleri yazabilmesi, onları çözebileceğimiz anlamına gelmez. Aslında, bu denklemleri çözmeyi başarırsanız 1 milyon ABD Doları kazanabilirsiniz.
Navier-Stokes denklemlerinin bilinen tam bir çözümü olmasa da meteorologlar ve oşinograflar yararlı kısmi çözümler elde edebilirler. Bu kısmi çözümleri elde etmenin bir yolu, Navier-Stokes denklemlerindeki çeşitli terimleri karşılaştırmaktır. Bu karşılaşmalardan sonra bazı birimsiz sayılar elde edilir. Coriolis etkisi, adını meteorolog Carl-Gustav Rossby’den alan Rossby sayısı ile ilişkilidir.
Rossby sayısı, sistemin ne kadar büyük olduğunu ve ne kadar hızlı hareket ettiğini hesaba katarak sıvının dinamiklerini Dünya’nın dönüş hızıyla karşılaştırır. Küçük bir Rossby sayısı, Coriolis kuvvetinin sistem üzerinde güçlü bir etkiye sahip olduğunu gösterirken, büyük bir Rossby sayısı, Coriolis kuvvetinin ihmal edilebilir bir etkiye sahip olduğunu gösterir.
Örneğin, ortalama bir kasırga için Rossby sayısı 1’dir. Bu sıvının dinamiğinin ve Dünya’nın dönüş hızının benzer öneme sahip olduğunu gösterir. Kasırga gibi büyük ölçekli olaylar için geçerli olan matematik, banyo lavabonuzdaki su için de geçerlidir. Ancak bu sefer Rossby sayısı 1’den 10.000 kattan daha fazladır. Bu gözlem, bir banyo lavabosundaki su tahliyesinde Coriolis kuvvetinin ihmal edilebilir olduğunu gösterir.
Kaynaklar ve İleri okumalar için:
- Does the direction water rotates down the drain depend on which hemisphere you’re in? Debunking the Coriolis effect in your sink. Yayınlanma tarihi: 10 Temmuz 2023; Bağlantı: https://theconversation.com
- The Paradox of the Coriolis Effect. Hurricane Alley and Radio Thunder; yayınlanma tarihi: 28 Ekim 2019; Bağlantı: https://www.sciencefocus.com/
- Can somebody finally settle this question. Does water flowing down a drainspin in different directions depending on which hemisphere you’re in? And ifso, why? Yayınlanma tarihi: 28 Ocak 2001; Bağlantı: https://www.scientificamerican.com
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
