İlginç Bir Akışkanlar Fenomeni: Coanda Etkisi

Bazı olaylar gerçekleşirken çok dikkatimizi çekmez ama aradan zaman geçip üzerinde düşünmeye başladığınız vakit size garip gelmeye başlar. Örneğin bir kupadan dökülen bir sıvıyı gözünüzde canlandırın. Çoğu zaman etrafı kirletmeden bunu başarmak kolay değildir. Bir parça sıvı kavisli kupa kenarına yapışır ve aşağı doğru damlar. Bu fenomen Coanda Etkisi ile ilişkili olarak açıklanmaktadır.

Coanda Etkisi hava, su gibi akışkanlarda gözlenen bir olaydır. Bu etki akış kontrolü ( Sıvı akışı, hava akışı vb gibi) amaçlı kullanılabildiği için mühendisler ve bilim insanları tarafından yaklaşık bir yüzyıldır bilinmekte ve kullanılmaktadır. Bu etki ilk olarak Romanyalı bir mühendis ve matematikçi olan Henri Coanda tarafından tespit edilmiştir. Bu nedenle de onun soyadını taşımaktadır.

Coanda etkisi, hızla ilerleyen akışkanın (hava akımı) doğru bir yol izlemek yerine, yakınındaki bir katının yüzeyine yapışarak, o yüzeyin eğrilerini izleyerek ilerlemesi olayıdır. Bu etkinin en yaygın uygulaması havacılıktadır

Henri Coanda 1910’da kendi tasarladığı bir uçak prototipi testi esnasında uçağın alev almasıyla birlikte konuyla ilgili araştırmalarına başlamıştı. Çalışmaları sonucunda da yangının uçağının egzozundan çıkan sıcak gazlar nedeniyle olduğunu anlamıştı. Basit kelimeler ile ifade etmek gerekirse Coanda Etkisi, bir akışkanın ( hava veya herhangi bir sıvı) düz ve eğimli yüzeyler boyunca yapışma ve akma eğilimidir.

Coanda Etkisi Neden Oluşur?

Bu olayı daha iyi anlamak için basit bir deney düşünelim. Bunun için bir pinpon topuna ve saç kurutucu ya da elektrik süpürgesi gibi bir hava kaynağına ihtiyacınız olacak. Cihazınızı çalıştırın ve topu ortasına koyun. Topun havada yüzdüğünü göreceksiniz. Bu deney ile gördüğümüz şey Bernoulli ilkesi ile ilişkilidir. Bernoulli prensibi, belirli koşullar altında akış hızını basınçla ilişkilendiren matematiksel bir hesaplamadır.

Bir pinpon topunun, kendisine doğru üflenen bir hava akımı
içinde,sürekli olarak tutulabilmesi aynı prensibin bir uygulamasıdır.

Hava topa ulaştığı zaman, onu yukarı iter ve aşağıya doğru olan yerçekimi kuvvetini dengeler. Top hava akışının önünde durduğundan, hava akışının yönünü değiştirir. Ancak eylemsizlik bize havanın düz yoldan gitmesi gerektiğini söyler. Hava düz biçimde yoluna devam ederken topun yanındaki hava parçacıklarının yanından geçer.

Bu esnada akışkanların sürtünmesinden dolayı durgun havayı da beraberinde sürükler. Bu da düşük basınçlı bir alan yaratır. Hava akımını çevreleyen hareketsiz havanın ise daha fazla basıncı vardır ve topu, akımın içinde durması için iter. Eğer top hava akışının bir tarafına doğru hareket ederse karşı taraftaki etki artar ve top tekrardan ortaya doğru çekilir.

Kahve Kupamız ve Coanda Etkisi

Bir kahve kupasından bir sıvıyı damlatmadan dökmek iki nedenden dolayı zordur. Birincisi, sıvının yüzey gerilimi ile ilgilidir. İkincisi, sıvı moleküllerin Coanda etkisinin bir sonucu olarak kupa yüzeyine yapışmasıdır.

Coanda etkisini gözlemleyebileceğiniz ilginç başka bir fenomen. Kaynak: https://www.researchgate.net/

Kupa içindeki sıvı molekülleri, çevreleyen havadan gelen ortam basıncına maruz kalır. Dökme durumunda ise, ortam basıncı sıvıyı bardağın yüzeyine yapışmaya zorlar. Yerçekiminin hem sıvının yüzey gerilimini hem de Coando etkisini aşması gerekir. Ancak birleşik kuvvetler yer çekiminin üstesinden gelemeyecek kadar büyüktür. Bu nedenle sıvı, kupa yüzeyinden aşağı akar.

Coanda Etkisinin bir kanadın kavisli yüzeyinden geçen hava akışı nedeniyle uçakların havalanma biçimi ile ilgisi olduğu düşünülse de bu konu net değildir. Bernoulli prensibi, kanadın yakınındaki sıvının hızını bildiğinizde kanat üzerindeki basıncı anlamanıza yardımcı olmak için kullanılabilir. Ama tek başına, uçağın havalanma sebebini açıklamaz. 

Akışkanlar dinamiği fiziğin en zor alanlarından birisidir ve bir uçağın havalanması için bilinmesi gereken daha pek çok etken vardır. Bunu sadece Coando etkisi ile anlatmaya çalışmak mümkün değildir. Kahve doldurma kısmına gelince, içeceğinizin dökülmesini önlemek için, kupayı yatay düzleme daha büyük bir açıyla tutarak hızlı bir şekilde bardağı doldurmanız önerilir



Kaynaklar ve ileri okumalar için:


Dip Not:

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 da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bu Yazılarımıza da Bakmanızı Öneririz