Musluktan Akan Suyun Sesi, Su Isındıkça Neden Değişir?

Musluğun sıcak tarafını açıp, suyun ısınması için beklerken, musluktan akmakta olan soğuk suyun borulardan geçerken bir ses çıkardığını duymuş olabilirsiniz. Eğer dikkat edecek olursanız, akmakta olan suyun sesinin de suyun ısınmasıyla beraber değiştiğini fark edebilirsiniz. Bu sesi dinlemek konusunda yeterince uzmanlaşacak olursanız, artık kış günlerinde su ısındı mı ısınmadı mı diye elinizi suyun altına sokmanıza bile gerek kalmaz; sadece sesin değişmesini bekleyerek neredeyse hatasız bir şekilde suyun ısındığını bilebilirsiniz!

Ancak etrafımızda görmeye (veya duymaya) alışık olduğumuz bu konuların fiziksel nedenlerini açıklamak her zaman basit olmayabilir. Bu yazımızdan da göreceğiniz üzere, bu ilginç olayın sebebi sandığınızdan daha karmaşık ve ilgi çekici olabilir. Öncelikle, basit bir fizik terimini öğrenerek başlayalım.

Isınan Suyun Sesi Neden Değişir?

Akmazlık (Viskozite)

Akmazlık, en basit karşılığı ile bir sıvının akmaya karşı gösterdiği dirençtir. Bunu gündelik hayattan örneklendirecek olursak (aşağıdaki fotoğrafta gördüğünüz gibi), balın akmazlığının sudan daha fazla olduğunu söyleyebiliriz. Peki çıkan sesteki değişimin bununla nasıl bir alakası var?

Suyun sıcaklığı değiştikçe akmazlığı da değişir. Bunu, su üzerinde gündelik olarak görmemiz pek mümkün değildir; fakat başka bir örneğini görüyoruz: sıvı yağlar. Tavaya döktüğünüz sıvı yağ, akmaya karşı oldukça dirençlidir. Tavada gezdirmek istersiniz, ama o direnir. Eğer yağ ısınmaya başlarsa, çok daha kolay aktığını fark edersiniz. Bu sebeple yağın önce ısınmasını bekleyip sonra tavada gezdirerek işimizi kolaylaştırabiliriz.

Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi

Stokes Yasası

Stokes yasası, basitçe şu formülle temsil edilir:

$F_d=6\pi \eta R\nu$

Stokes yasası, $R$ yarıçaplı küçük bir küreye, $\eta$ dinamik akmazlığına sahip bir sıvı içerisinde uygulanan sürtünme kuvvetini verir. Burada $\nu$, nesneye göre sıvının akış hızıdır.

Sıvıların akmaları sırasında bu iç sürtünmeden kaynaklı bir ses ortaya çıkar. Tıpkı üflemeli çalgılarda olduğu gibi bir boru bu sesin aktarımını ve duyulmasını kolaylaştırır. Bu sebeple musluktan akarken suyun sesini duyarız. Stokes Yasası’ndaki $\mu$,dinamik akmazlıktır. Sıcaklığa bağlı olarak değişeceği için, uygulanan sürtünme kuvveti ve bu sebeple de akan suyun çıkardığı ses değişir.

Stokes'un Ses İncelmesi Yasası

Stokes yasasını geliştirerek, sıvının akmazlığına bağlı olarak sesteki incelmeyi de hesaplayabiliriz. Sıcaklığın değişimi ile akmazlık da değiştiğinden, ses de bir incelmeye uğrayacaktır. Bu olay, aşağıda verilen $\alpha$ oranıyla, alınan yol boyunca düzlem dalganın genliğindeki üssel azalmayı verir:

$\alpha =\frac{2\eta {\omega }^2}{3\rho V^3}$

Burada $\eta$ sıvının dinamik akmazlığı, $\omega$ sesin frekansı, $\rho$ sıvının yoğunluğu, $V$ ise ortamdaki ses hızıdır.