Hayali Kuvvetler: Roberto Carlos Bize Fizik Öğret! (feat. Magnus & Coriolis)

Topun havada yön değiştirmesine falso diyoruz. Falso, dilimize İtalyancadan girmiş bir kelime ve anlamı 'hata, yanlış' demek. Ki bu mantıklı: Falsolu bir vuruşu inceleyecek olursanız, hatalı bir şekilde topun bir tarafa gideceğini düşünüyorsunuz; ama diğer tarafa gidiyor.

Bu vuruş, eğer ayağın dış kısmıyla yapılacak olursa trivela olarak biliniyor.

Peki, ne oluyor da top hareket halindeyken yön değiştiriyor, asıl sorumuz bu? Bunun için, Magnus Etkisi olarak bilinen çok ilginç bir fiziksel etkiyi anlamamız gerekiyor. Dönen bir topun, yüzeyinde çok ince bir hava tabakasını da beraberinde döndürmesi nedeniyle ortaya çıkar. Top döndükçe, etrafındaki havayı da döndürüyor. Sağ taraftaki zıt yönlü hava, o kısımda topun etrafından akmaya çalışan hava akımlarının yavaşlamasına ve dolayısıyla basıncının artmasına neden oluyor. Sol taraftaki hava akımlarının daha da hızlanmasına, dolayısıyla basıncının düşmesine neden oluyor. Bu basınç farkı, sağdan sola doğru bir kuvvet oluşturmaya başlıyor ve topu sola doğru itiyor. İşte topun sola doğru falso almasına neden olan şey bu basınç farkıyla izah edebiliyoruz ve buna, bu etkiyi ilk kez keşfeden Alman fizikçi Heinrich Gustav Magnus şerefine, 'Magnus Etkisi' diyoruz.

Topa temas ettiği milisaniyeler içinde topa hem istediği yönde bir hız veriyor, hem de topun kendi etrafında dönmeye başlayacağı şekilde bir dönme momenti sağlıyor.

Kütle dediğimiz şey, zaten her türlü hız değişimine karşı koyan bir nitelikte. Ne diyor Newton'ın 1. yasası: 'Herhangi bir net kuvvetin etkisi altında olmayan cisimler, duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa sabit hızla hareketlerine devam etmeye meyillidirler.' İşte maddenin bu niteliğine 'atalet' diyoruz. (Örnek: Bir arabada giderken frene bastığımızda araba duruyor; ama biz öne doğru, aynı hızla gitmeye devam ediyoruz. Bu nedenle emniyet kemeri çok önemlidir.)

Ne diyor Newton'ın 1. yasası: 'Herhangi bir net kuvvetin etkisi altında olmayan cisimler, duruyorsa durmaya, hareket ediyorsa sabit hızla hareketlerine devam etmeye meyillidirler.'

Newton'un üçüncü yasasına göre, her etki kuvvetine karşı eşit ve zıt yönlü bir tepki kuvveti olması gerektiği için, bu disk üzerinde aşağı yönlü bir kuvvet oluşuyor. (Rüzgar tüneli simülasyonunda saat yönünde dönen diskin altında kalan hava onunla kıvrılarak yukarı doğru yön değiştiriyor; bunun karşılığı disk üzerinde aşağı yönlü bir tepki kuvveti oluşturmasıdır.)

Sağ taraftaki zıt yönlü hava, o kısımda topun etrafından akmaya çalışan hava akımlarının yavaşlamasına ve dolayısıyla basıncının artmasına; sol taraftaki hava akımlarının daha da hızlanmasına ve dolayısıyla basıncının düşmesine neden oluyor. Bu basınç farkı, sağdan sola doğru bir kuvvet oluşturmaya başlıyor ve topu sola doğru itiyor.

Topun önündeki hava zaten bu olaydan pek etkilenmiyor, arkasında da bolca türbülans oluşuyor.

Dünya'nın atmosferi birkaç bin kilometre kalınlığında ve bunun çok büyük bir kısmı Dünya ile az çok aynı hızda, hep birlikte dönüyor. O nedenle helikopterler havada asılı kaldıklarında, altlarında Dünya'nın akıp gittiğini görmüyorlar. Çünkü asılı kaldıkları atmosfer de Dünya'yla birlikte dönüyor.

Eğer bu rüzgar tüneli simülasyonu inceleyecek olursanız, saat yönünde dönen bu diskin altında kalan hava, onunla birlikte kıvrılarak yukarı doğru yön değiştiriyor. Üst taraftaki hava biraz yavaşlıyor ama pek bir yön değiştirmediğini görüyoruz. Bu, havanın üzerinde net olarak yukarı doğru bir dönme kuvveti olduğunu gösteriyor ve Newton'un üçüncü yasası açısından disk üzerinde aşağı yönlü bir kuvvet oluştuğunu açıklıyor.

Dönen bir yüzeyde yaşayanların deneyimlediği bu hayali kuvvete 'Coriolis Kuvveti' diyoruz. Hayali kuvvet diyorum, çünkü dediğim gibi top aslında dümdüz gitti, hiçbir yere dönmedi. Ama dönmedolaptakiler, sanki top havada yön değiştirdiğini gördüler; orada bir kuvvet olmalıymış gibi algıladılar. Dünya da devasa bir dönmedolabın üzeri gibi davrandığı için, çizgisel hız farkı Coriolis Etkisi'nin ana nedeni. Kuzey yarımkürede Coriolis Etkisi nedeniyle hava molekülleri merkeze doğru çekilirken hafifçe sağa kayarak hareket etmek zorunda kalıyorlar; bu, kuzey yarımküredeki bütün kasırgaların saat yönünün tersine dönecek biçimde oluşmasına neden oluyor. Güney yarımküredeyse tam tersi yönde oluyor.

Hayali kuvvet diyorum, çünkü dediğim gibi top aslında dümdüz gitti, hiçbir yere dönmedi. Ama dönmedolaptakiler, sanki top üzerinde bir kuvvet varmış gibi zannettiler. Bir kuvvetin 'hayali' olarak sınıflandırılması, onun işlevsiz olduğu anlamına gelmiyor; tam tersine, o dönen düzlemdeki gözlemcilerin deneyimlerini tarif edebilmeleri için enfes bir araç sağlıyor.

Tıpkı Coriolis kuvveti gibi, hayali bir kuvvet olan merkezkaç kuvveti sayesinde, dönen bir diskte astronotlar kendilerini dışarı doğru itiliyor hissedecekler ve yerçekimi sandıkları bir kuvvet deneyimleyecekler.

Eğer çok uzun yıllar uzayda zaman geçireceksek, uzay gemilerimizde yapay kütleçekimi yaratmamız gerekiyor ki Dünya'da aşina olduğumuz şekilde yaşayabilelim. Bunu yapmanın en kolay yolu, uzay gemimizin içerisine dönen bir disk, yani kocaman bir sentrifüj cihazı eklemek; astronotlar merkezkaç etkisi sayesinde dışarı doğru itiliyor hissedecek ve yerçekimi benzeri bir kuvvet deneyimleyecekler.

Dünya, ekvatorda saatte 1670 kilometre hızla doğuya doğru dönüyor. Bu dönme kuvveti, ekvatordan kutuplara gittikçe azalıyor; örneğin Ankara hizasında Dünya saatte sadece 1280 kilometre hızla dönüyor. Bu çizgisel hız farkı, aynı zamanda Dünya üzerinde deneyimlenen Coriolis Etkisi'nin ana nedeni.

Mesela kuzey yarımkürede bir kasırga oluştuğunda, kasırgayı oluşturan gaz molekülleri 'kasırganın gözü' dediğimiz o merkezdeki düşük basınçlı alana doğru çekiliyorlar. Aslında Dünya dönmese, hepsi o merkeze doğru çökerdi ve dönen bir girdap elde etmezdik. Ama Dünya döndüğü için, kuzey yarımkürede Coriolis Etkisi nedeniyle o moleküllerin hepsi direkt olarak merkeze değil de, hafifçe sağa kayarak hareket etmek zorunda kalıyorlar; işte bu, kuzey yarımküredeki bütün kasırgaların saat yönünün tersine doğru dönecek biçimde oluşmasına neden oluyor.

Şut imkansız değildi; topa verilen spin ve Magnus Etkisi sayesinde açıklanabilir ve gerçek bir fiziksel olgudur.

Coriolis etkisi çok zayıftır ve küçük kaplarda kabın şekli, boru yönelimi, titreşimler gibi faktörler Coriolis'i rahatlıkla ezer; dolayısıyla klozet sifonları yarımküreye göre akış yönü belirlemez.

Bu gösteriler genellikle el numarasıdır; kontrollü deneylerde küçük kaplarda Coriolis etkisinin gözlemlenemeyecek kadar küçük olduğu gösterilmiştir.

Hayali kuvvetler, dönen referans çerçevesindeki gözlemcilerin deneyimlerini doğru ve pratik biçimde modellemek için kullanılan gerçek fiziksel sonuçlara sahip matematiksel araçlardır; etkisiz değildirler.

Coriolis, sadece dönen (non-inertial) referans çerçevelerinde ortaya çıkan bir 'fiktif' kuvvettir; inertial (durağan) çerçeveden bakıldığında cisimler gerçek yörüngelerinde hareket ederler.

Newton bu hareketi gözlemlemiş ama yeterince detaylı açıklamamıştır; etki Heinrich Gustav Magnus'un adıyla anılır çünkü Magnus bu hareketi daha kapsamlı şekilde çalışmıştır.

Topun dönme hızını kazanması ve Magnus etkisinin belirgin olması birkaç an (saniye) alır; başlangıçta top vuruş yönünde hareket eder, sonra spin etkisi devreye girer.

Hayır; gözümüzün önünde gerçekleştiğine göre fiziksel olarak mümkün; arkasındaki sebep topa verilen spin ve Magnus Etkisi ile açıklanır.

Topun dönüşü etrafındaki hava akımını farklılaştırır, bu da iki yan arasında basınç farkı oluşturup ortaya yanal bir kuvvet (Magnus Etkisi) çıkararak topu saptırır.

Falso, spin sonucu oluşan yön değişikliğini ifade eder; trivela ise ayağın dışıyla yapılan ve topa lateral spin kazandıran özel bir vuruş türüdür.

Dönen cismin yüzeyi havayı sürükleyip akım hızını iki tarafta farklılaştırır; hızlı akım tarafında basınç düşer, yavaş akım tarafında basınç artar ve basınç farkı cisme yanal kuvvet uygular.

Çünkü topun dönme hızını kazanması ve spin etkisinin hakim olması zaman alır; kütlenin ataleti başlangıçta topu vuruş yönünde tutar.

Hayır; beyzbol, masa tenisi, voleybol, tenis gibi birçok sporda ve dönen cisimlerin aerodinamiğinde görülür.

Coriolis, dönen bir referans çerçevesinde gözlemcinin algıladığı 'hayali' bir kuvvettir; dönme nedeniyle hareket eden cisimlerin yolları gözlemciye sapıyormuş gibi görünür.

Dünya'nın dönüşü nedeniyle hava kütleleri merkezdeki alçak basınca doğru çekilirken yarımküreye bağlı olarak sağa veya sola sapar; bu kuzey yarımkürede saat yönünün tersine, güneyde saat yönünde dönen sistemler oluşturur.

Hayır; Coriolis kuvveti o kadar küçük kaplarda etkisizdir ve kabın şekli, titreşimler veya tesisat gibi faktörler sonucu belirler; ekvator videolarındaki gösteriler genellikle yanıltmacadır.

Dönen diskte yapay yerçekimi oluşturulduğunda Coriolis etkisi yükseldikçe atılan nesnelerin rotası sapar ve insanlar baş dönmesi ile mide bulantısı gibi semptomlar yaşayabilir; bu yüzden büyük çaplı diskler tercih edilir.

Videonun ana örneği; 1997 Fransız Turnuvası'nda Fransa'ya attığı meşhur falso şut söz konusu.

Magnus Etkisi'ni keşfeden bilim insanı olarak anıldı.

Coriolis benzeri hareketleri tarihsel olarak tarif eden kişiler arasında anıldı; ayrıca Newton yasalarına atıf yapıldı.

Trivela üstatları arasında eskilerden örnek olarak bahsedildi.

Trivela/falsolu vuruş örnekleri arasında yakın zamandan bahsedilen isim.

Trivela/falsolu vuruş örnekleri arasında anıldı.

Trivela/falsolu vuruş örnekleri arasında anıldı.

Trivela/falsolu vuruş örnekleri arasında anıldı.

7'den 77'ye programında Kenya'da ekvator deneyi yaparken anıldı.

Barış Manço'nun ekvator deneyindeki iddiayı daha kontrollü şekilde test edenlerden biri olarak anıldı.

Barış Manço'nun ekvator deneyiyle ilgili kontrollü çalışmalarda adı geçen kişi.