Hepimiz gün boyunca farkında bile olmadan sayısız fiziksel olaya tanıklık ederiz. Bunlardan biri de, eğer kahvaltıda mısır gevreği yemeyi seviyorsan, sütün üzerinde yalnızca birkaç tane gevrek kaldığında gerçekleşir.
Bir dahaki sefere kendine ya da çocuklara bir kase hazırladığında küçük bir deney yapabilirsin. Birkaç tane gevrek halkasını sırayla sütün içine bırak ve zamanla birbirlerine ya da kasenin kenarına doğru yaklaştıklarını izle.
Bu olaya Cheerios etkisi denir. Bu etki, sadece kahvaltılık gevreklerle sınırlı değildir; aynı topaklanma davranışı sabah tıraş olduktan sonra lavaboda biriken kıllarda ya da bir bardağa soda döktüğünde yüzeyde toplanan kabarcıklarda da görülür.
Bu terim ilk kez 1970’lerde Cleveland State Üniversitesi’nden fizikçi Jearl Walker tarafından kullanılmış ve o zamandan beri akışkanlar mekaniğinin temel konularından biri haline gelmiştir.
Cheerios Etkisi Neden Olur?
Bu etkinin nedeni yüzey gerilimidir. Suyun derinlerinde, su molekülleri her yönden diğer moleküllerle çevrilidir. Bu nedenle, moleküller arasındaki çekim kuvvetleri birbirini dengeler ve net bir gerilim oluşmaz. Yani yukarı doğru çeken kuvvet, aşağı doğru çeken kuvvetle dengelenir.
Ancak suyun yüzeyindeki moleküllerin üst tarafında komşu moleküller yoktur; yalnızca yanlarında ve altlarında vardır. Bu durum, yüzeydeki moleküllerin birbirine daha güçlü bağlanmasına neden olur. Böylece suyun yüzeyinde, tıpkı esnek bir lastik zar gibi davranan yapışkan bir tabaka oluşur. Göletlerin üzerinde yürüyen su örümcekleri, tam da bu görünmez zar sayesinde suya batmadan yürür.
Basilisk kertenkelesi, ayaklarıyla suyun yüzeyine hem yukarı hem de geriye doğru kuvvet uygulayarak adeta mucizevi bir şekilde suyun üzerinde koşar. Bu hareket, tamamen suyun yüzey gerilimi sayesinde gerçekleşir.
Cheerios halkaları sütten daha hafif oldukları için sütün üstünde kalmaya çalışır. Süt, her bir halkanın kenarına doğru çekilir ve bu da yüzeyde küçük bir eğim oluşturur. Böylece her halkanın çevresinde çok hafif bir çukur ya da dalgalanma meydana gelir.
Yakındaki diğer halkalar da bu küçük eğimi takip ederek o yöne doğru hareket eder. Sonunda gevrekler birbirine yaklaşır ve sanki görünmez bir kuvvet onları birleştiriyormuş gibi yan yana gelir.
Cheerios Etkisi İle İlgili Yapılan Bir Çalışma
Geçtiğimiz yıllarda Brown Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, bu tür kümelenmelerde rol oynayan kuvvetleri ölçmenin yeni bir yöntemini geliştirdi. Araştırmacılar, milimetre ve santimetre ölçeğindeki nesnelerde bu kuvvetleri ilk kez deneysel olarak ölçmeyi başardı.
Elde ettikleri sonuçlar sadece gevrek kaselerindeki gözlemlerle sınırlı değil. Bu bulgular, mikromakinelerin kendi kendine birleşmesini anlamak ya da su içinde ve çevresinde çalışabilecek mikro robotlar tasarlamak için önemli ipuçları sunuyor.
Cheerios’ların ve benzer boyut ile ağırlıktaki nesnelerin birbirini ne kadar güçlü çektiğini test etmek için araştırmacılar özel bir düzenek tasarladı. Deneyde, Cheerios büyüklüğünde iki plastik disk kullanıldı. Disklerden biri küçük bir mıknatıs içeriyordu ve ikisi birlikte su dolu küçük bir kapta yüzüyordu. Kabın etrafındaki elektrik bobinleri manyetik alanlar oluşturarak mıknatıslı diski diğerinden uzaklaştırabiliyordu.
Diskler birbirinden ayrılmaya başladığı anda manyetik alanın şiddetini ölçen araştırmacılar, bu sayede aralarındaki çekim kuvvetinin miktarını belirlemeyi başardı.
Deneyler, geleneksel matematiksel modellerin bu tür etkileşimleri tam olarak açıklamadığını ortaya koydu. Modeller, iki disk birbirine çok yaklaştığında çekim kuvvetini olduğundan daha zayıf tahmin ediyordu.
Araştırmacılar disklerin birbirine yaklaştıkça hafifçe birbirlerine doğru eğilmeye başladığını fark ettiler. Bu eğilme, disklerin sıvı yüzeyine daha fazla bastırmasına yol açıyordu. Sıvı da bu basınca karşılık olarak daha güçlü bir şekilde yukarı doğru itme uyguluyordu. Bu ek itme kuvveti, diskler arasında ölçülen çekim kuvvetinin biraz daha artmasına neden oldu.
Bu gözlem, Cheerios etkisini daha iyi anlamamızı sağladı. Küçük bir kahvaltı gözlemi, doğadaki büyük fizik yasalarının ne kadar yakından hayatımıza dokunduğunu gösteriyor.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Researchers directly measure ‘Cheerios effect’ forces for the first time. Yayınlanma tarihi: 19 Kasım 2019. Yayınlandığı yer: Phys.org Bağlantı: Researchers directly measure ‘Cheerios effect’ forces for the first time/
- Vella, Dominic & Mahadevan, Lakshminarayanan. (2005). The “Cheerios effect”. American Journal of Physics. 73. 817-825. 10.1119/1.1898523.
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
