Bazı olaylar gerçekleştiği anda fark etmeyiz, ancak üzerinden biraz zaman geçip düşündüğümüzde bize tuhaf gelmeye başlar. Örneğin bir kupadan dökülen sıvıyı gözünüzde canlandırın. Çoğu zaman bunu etrafı kirletmeden yapmak neredeyse imkânsızdır. Sıvının bir kısmı, kupanın kavisli kenarına tutunur ve aşağı doğru damlamaya başlar. Bu davranış, Coanda Etkisi olarak bilinen fiziksel bir olguyla açıklanır.
Coanda etkisi, mühendislikte en ilgi çekici prensiplerden biridir ve denizaltı operasyonlarından havacılığa kadar pek çok alanda kullanılır.
Bu etki, 1910 yılında olguyu uçak tasarımında pratik bir şekilde uygulayan Romanyalı mucit Henri Coandă’nın adını taşır. Coandă, bu fenomeni açıkça tanımladığı iki patent başvurusunu yapmış ve bu patentler 1936 yılında onaylanmıştır.
Coanda Etkisi Neden Oluşur?
Bir aerodinamik uzmanı, havanın oluşturduğu kuvvetleri ve bu kuvvetlerin cisimlerin hareketini nasıl etkilediğini inceler. Bu alan, yarış arabaları, uçaklar ve hatta sürat pateni kıyafetleri tasarlanırken büyük önem taşır. Aerodinamikçiler, çalışmalarında Isaac Newton’un 1687 yılında yayımlanan üç ciltlik Hareket Yasaları’na dayanan hesaplamalar yapar.
Aerodinamik uzmanları, iki temel kavramdan yararlanır. Bunlardan biri, sıvıların ve gazların akışıyla ilgili olan Bernoulli denklemidir. Diğeri ise Coanda etkisidir. Bu etki, akışkanların düz bir çizgide ilerlemek yerine kavisli yüzeylere tutunup onların şeklini takip etme eğilimini açıklar.
Bir noktadan çıkan hızlı hava, çevresindeki havayı da peşinden sürükler. Bernoulli ilkesine göre, hava ne kadar hızlı hareket ederse basıncı o kadar düşer. Bu yüzden hızlı hareket eden havanın bulunduğu bölgede basınç azalır, çevresindeki daha yavaş hava ise daha yüksek basınçta kalır. Yüksek basınçlı hava, akışı ortada dengede tutar.
Eğer akışın bir tarafına bir yüzey koyarsak, o yöndeki denge bozulur. Diğer taraftaki hava, akımı yüzeye doğru iter ve hava yüzeye yapışır. Üstelik yüzey eğimli ya da kavisli olsa bile akış, onun şeklini takip etmeye devam eder.
İşte bu davranış, Coandă etkisi olarak bilinir. Yani, bir akışkanın düz ilerlemek yerine kavisli bir yüzeye yapışarak onu takip etme eğilimini açıklar. Bu etki, uçak kanatlarında, egzoz sistemlerinde, hatta sıvı akış kontrolünde kullanılan önemli bir fizik prensibidir.
Kahve Kupamız ve Coanda Etkisi
Kupa ya da bardaktan sıvı dökmenin neden zor olduğuna dönersek, bunun iki temel nedeni vardır. Birincisi, sıvının yüzey gerilimi; ikincisi ise Coandă etkisi nedeniyle sıvı moleküllerinin kabın yüzeyine yapışmasıdır.
Bir kaptan çay ya da su dökerken — özellikle yavaş döküyorsanız — su molekülleri ile kabın yüzeyi arasındaki çekim, su moleküllerinin birbirine olan çekiminden daha güçlüdür. Bu yüzden, yerçekiminin suyu aşağı çekebilmesi için önce bu yapışma kuvvetini yenmesi gerekir. Eğer bu kuvvet yeterince büyük değilse, su kabın yüzeyine tutunur, kenarı izleyerek akar ve bu da dökerken sıvının dışarı taşmasına yol açar.
Ancak asıl sorun yalnızca bundan ibaret değildir. Kupanın içindeki sıvı molekülleri, çevredeki havanın oluşturduğu basınca maruz kalır. Kupa eğilerek döküldüğünde bu dış basınç, sıvıyı kupanın yüzeyine doğru iter. Sıvı molekülleri, yüzeye yapışık halde kalır ve bu etki, kupa ağzının kavisli kısmında da devam eder.
Sıvının kenardan akmadan dökülebilmesi için, yerçekiminin hem sıvının yüzey gerilimini hem de Coandă etkisi nedeniyle oluşan yapışma kuvvetini yenmesi gerekir. Ancak çoğu durumda bu iki kuvvetin birleşimi yerçekiminden daha güçlü olur. Sonuçta sıvı, kupanın kenarına yapışarak aşağı doğru süzülür ve etrafı kirletir.
Sonuç Olarak
Coandă etkisi, hidroelektrik santrallerdeki filtreleme sistemlerinden akış ölçer cihazlarına, iklimlendirme sistemlerinden ölçüm teknolojilerine kadar birçok alanda karşımıza çıkar. Otomotiv ve tıp gibi alanlarda da önemli uygulamalara sahiptir.
Otomotivde, özellikle Formula 1 araçlarında mühendisler bu etkiyi egzoz gazlarını yönlendirmek, aerodinamik dengeyi korumak ve aracı yere daha iyi bastırmak için kullanır. Aynı prensip bazı sıvı dağıtıcı sistemlerde de işe yarar. Tıpta doktorlar, ventilatörlerde hava akışını düzenlemek ve kalpteki mitral yetmezliğini daha iyi anlamak için Coandă etkisinden yararlanır.
Ancak bu etki her durumda görülmez; yalnızca yüzeyin eğriliği çok keskin olmadığında ortaya çıkar. Bu yüzden içeceğini dökerken etrafa sıçratmamak istiyorsan, kupayı biraz daha eğip sıvıyı kararlı ve hızlı bir hareketle dökmen en iyisidir.
Kaynaklar ve ileri okumalar için:
- Coanda Effect: Why Is It So Hard To Pour Liquid From Mugs?. Yayınlanma tarihi: 22 Ocak 2022; Bağlantı: https://www.scienceabc.com
- Seo, Dae-Won & Oh, Jungkeun & Jang, Jinho. (2016). Performance analysis of a horn-type rudder implementing the Coanda effect. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 9. 10.1016/j.ijnaoe.2016.09.003.
- Ginghină C. The Coandă effect in cardiology. J Cardiovasc Med (Hagerstown). 2007 Jun;8(6):411-3. doi: 10.2459/01.JCM.0000269720.25812.55. PMID: 17502756.
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 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 da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
