Kare Yelkenden Kanat Yelkene: Yelkenli Teknelerin Fiziği – 1

Çağlar boyunca

Gezegenimizin yüzeyinin büyük bir bölümü suyla kaplıdır ve bu suyun üzerinde rüzgarlar eser. İlk çağlardan beri insanoğlu rüzgar gücünü kullanarak insanları ve eşyaları su üzerinde karada olduğundan çok daha az bir efor harcayarak taşımayı öğrenmiştir. Ve yüzyıllar boyunca birbirlerinden okyanuslarla ayrılmış uzak kara parçalarının önce keşfedilmesini, daha sonra da birbirine bağlanmasını sağlayan araçlar yalnızca yelkenli gemiler olmuştur. Günümüzde okyanus aşırı yolculukların en yaygın biçimi suyu çok aşağılarda bırakarak uçmaktır. Rüzgarın şiddeti ve yönü hala geçiş zamanını eski çağlarda olduğu gibi etkilemekteyse de bu artık çok önemsizdir. Biri çok eski, biri de çağdaş olan bu iki taşıma türü -yani eski çağın yelkenli gemileri ve günümüzün modern uçakları-arasında görünüş, yapı malzemesi, çalışma yükseklik ve hızları arasındaki farklar göz önüne alındığında bunların ortak bir fizik ve teknoloji kullanıyor olamayacakları fikri anlayışla karşılanabilir. Oysa, göreceğimiz gibi, aslında bu ikisinin arasında çok yakın bilimsel bir bağ vardır.

Günümüzden dört bin yıl önce Mısır’da, Nil Nehri’nde kullanılan bir yelkenli gemi ile başlayalım. Nil, güneyden kuzeye akar ama rüzgar genelde kuzeyden güneye eser. Akıntıya karşı güneye gitmek için yelken Şekil 1’deki gibi basılır ama akıntıyla birlikte kuzeye gitmek için indirilirdi.

O zaman bile akıntıya daha iyi tutunmak ve geminin su üzerindeki bölümüne çarpan rüzgarın ters yöndeki etkisini yenmek amacıyla suya enlemesine-uzunlamasına değil- salmalar indirilirdi. Bu da gösteriyor ki etkileşen katı, sıvı ve gazlardan oluşan bu ilginç sistemde katı cismin hızı ve yönü su üstü ve su altı kuvvetlerinin dengesi tarafından belirlenir.

Bu kuvvetler su altı çekmesini (direncini) de kapsar ki bu istenmeyen kuvvetin bileşenleri yüzey sürtünmesi, biçim çekmesi (form direnci) ve dalga oluşturma çekmesidir. Her ne kadar bunlardan ilk ikisi tekne hızının karesi ile orantılı olarak büyürlerse de, düzgün ve aerodinamik ya da hidrodinamik bir gövde yapılarak kontrol altında tutulabilirler. Asıl zorluk üçüncüdedir. Su dalgaları dağılma özelliğine sahip olup, dalgaboylarının karekökü ile orantılı hızlarla ilerlerler. Bu da dalga oluşturma çekmesinin bir noktadan sonra çok hızlı artmasına ve deplasmanlı bir tekne gövdesinin maksimum hızının, kendisi kadar bir dalganın hızı ile sınırlanmasına neden olur.

İlk kez İngiliz mühendis William Froude tarafından keşfedilen bu ilginç olgu, Şekil 2’de gösterilmiştir.

Böylece, aralarında iki tane Queen Mary ve United States de bulunan transatlantiklerin saatte 40 milin üzerinde hız yapmak için neden o kadar uzun yapılmaları gerektiği anlaşılmış olur.

Aynı nedenle on metre boyunda klasik bir yelkenli tekne rüzgar saatte yirmi mil hızla estiğinde bile ancak saatte yedi mil hıza ulaşabilir. Bu bariyer ancak ‘GÖVDEYİ sudan çıkararak aşılabilir’ ki bunu yapmanın yolları da suyun altında eğimli bir yüzeye ya da bir su altı kanadına çarpan suyun dinamik kuvvetini kullanarak Arşimet ilkesini ihlal etmek ya da iki veya daha fazla sayıda gövdenin üzerine bir üstyapı inşa etmektir.Bu ikinci durumda denge, yüzen hacimlerin birbirinden ayrılmasından gelir ve tekneler hız bariyerinin aşılabilmesi için çok ince yapılabilir.

Şekil 3’dekine benzer gemilerini hepimizin tanıdığı Vikingler bu istenmeyen su altı kuvvetlerini en aza indirebilmek için gemilerin düzgün, ince ve uzun olması gerektiğini anlamışlardır.

Ama nedense ben onların yelkenden çok kürekle yol aldıklarını düşünüyorum. Rüzgarın önünde sürüklenen bir yaprak gibi değil de, hedefi seçme olanağının olduğu ‘yelken teknesi’ denebilecek teknelerle uzun seyirler yapanlar önce Çinliler, arkasından da Araplar olmuştur.

Böyle bir tekne, rüzgar doğrudan B noktasından A noktasına doğru esiyor olsa bile A’dan B’ye gidebilir. Günümüzde, Şekil 4’de gördüğümüz bambu yelkenli junklar ve dohalar Çin denizinde ve Arap körfezinde hala kullanılıyor ama bu teknelerin nasıl olup da rüzgar üstüne seyir yapabildiğini anlamak için önce yelkenlerin nasıl çalıştığını anlamamız gerekir.

Değişik türlerde dirençleri yenmek için gereken enerji, havanın su üzerindeki göreli hareketinden kaynaklanır. Ama bu enerjiyi kullanarak kendi seçtiğimiz bir işi yapmak istiyorsak, deyim yerindeyse, bir ayağımızın suyun içinde olması gerekir. Ne demek istediğimi anlamak için bir balon üzerine monte edilmiş bir rüzgar jeneratörünü gözünüzün önüne getirin. Balon ancak bir yere bağlıysa jeneratör enerji üretebilir. Eğer balonun ipini keserseniz tüm yapı birlikte rüzgarın önünde sürüklenecek, jeneratör artık göreli (zahiri) bir rüzgar hissetmeyecek ve kanatların dönmesi duracaktır.

Murat ALEV
Liman Kaptanı / Eğitmen

derinmavi_egitim@yahoo.com
www.derinmavi.com.tr

 

Yazı Dizisinin Diğer BölümleriKare Yelkenden Kanat Yelkene: Yelkenli Teknelerin Fiziği – 2 >>

İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR...

Ege’de gönüllü cankurtaran birliği

Türkiye’den Yunanistan’a geçmek için her gün onlarca bot Ege Denizi’ne açılırken, göç sırasında kazalara müdahale …