Bilim İnsanları, Su Damlacıklarının Tabiatında ‘Beklenmedik Biçimde Basit’ Bir Formül Keşfetti

PETER DOCKRILL

Bilim insanları, görünüşe göre fizikteki en bilinmez sınırlardan birini yöneten ve beklenmedik biçimde basit olan bir formül keşfetmişler. Bir su damlacığının, patlamadan önce ne kadar büyük bir elektrik alanına dayanabileceğini belirlemişler.

Fizikçiler, bu sonsuz küçüklükteki olgu üzerinde onlarca yıldır çalışma yürütüyormuş ancak, genel fikri hayal etmek her ne kadar kolay olsa da, bu gibi elektrikli patlamaların temelini oluşturan matematiksel ilişkileri anlamak hiç kolay değilmiş.

Artık bu olgunun anlaşılmasıyla birlikte bilim insanları, bu tek formülün; uzaydaki itiş gücünden kütle spektometresine, yüksek çözünürlüklü yazdırmadan hava arıtmaya, moleküler analize ve daha fazlasına kadar her şeyde yeni gelişmelere yol açabileceğini söylüyorlar.

Giderek güçlenen bir elektrik alanı sebebiyle, tepe noktasında patlayan bir su damlası. (MIT)

MIT’de makine mühendisliği ve fizik alanında yüksek lisans yapan Justin Beroz, şöyle açıklıyor: “Bizim elde ettiğimiz bu sonuçtan önce; mühendisler ve bilim insanlarının, elektriklenmiş bir damlanın istikrarını belirlemek için sayısal olarak yoğun canlandırmalar yürütmesi gerekiyordu”

“Bizim denklemimizle birlikte insanlar, basit bir kağıt ve kalem hesabıyla bu davranışı hemen tahmin edebilir.”

Bahsi geçen durum, fizikçi olmayan insanların hakkında uzun süre kafa patlattığı bir şey değil ancak; Beroz ile takımının yeni makalelerinde nitelendirdikleri bu olgu, gerçek dünyada sürekli meydana gelen bir şey; hatta insanlar bunu çoğunlukla görmüyor olsa bile.

Bu olay, gökyüzünden düşen yağmur damlalarının, fırtına bulutlarının oluşturduğu elektrik alanlarınca etkilendikleri zaman; veya elektrik hatları gibi diğer kaynakların oluşturduğu elektrik alanlarına maruz kaldıkları zaman meydana geliyor.

Bu durum gerçekleştiği zaman; su moleküllerini sınırlı ve küresel biçimde bir arada tutan yüzey gerilimi, yükün yüzeyde birikmesiyle elektrik alanın dışarı doğru çekim oluşturmasıyla birlikte, H2O üzerindeki hakimiyetini yitirebiliyor.

Mikroakışkan araştırmacıları, son zamanlarda damlacıkları elektrik alanlarıyla hareket ettirmek amacıyla bu gibi davranışları sonuna kadar kullanmışlardı; fakat bilim insanları, bu istikrar sınırını hesaplamanın kolay yöntemini hâlâ bulamamıştı. Bu kuramsal eşik, su damlacıklarının bu gibi elektriksel baskılara tepki olarak ya bütün halde kaldığı, ya da patladığı bir sınır.

Değişen elektrik alan kuvvetlerine karşılık farklı su damlacığı şekilleri. (MIT)

“Eğer elektrik alanı yeterince kuvvetli olursa, bir noktada damlacık; elektriksel kuvveti dengeleyecek bir şekil bulamıyor ve o noktada, istikrarsız hale gelip patlıyor” diyor Beroz.

Artık, bunu nihayet çözdük gibi görünüyor.

Yapılan deneylerde Beroz ve takımı, elektriklenmiş metal bir tabakaya dağıtılmış su damlacıklarının davranışını gözlemlemişler ve bu sonuçları, yüksek hızlı bir kamera ile kayda almışlar.

Elektrik alanın, damlacığı patlamaya zorlamadan hemen önceki ana odaklanan (ve damlacığın o andaki kritik istikrarlı şeklini gözlemleyen) araştırmacılar; bu istikrar sınırının, (ister sabit, ister kayan) bir yüzey üzerinde duran veya havada serbest biçimde süzülen damlacıkların patlama eşiğini açıklayan bir kuvvet kanununca belirlendiğini keşfetmişler.

Araştırmacılara göre, buldukları bu kuvvet kanunu formülü; ağırlıklı olarak damlacığın hacminin ve çapının etrafında dönüyor; oysa daha önceki kuramsal yaklaşımlarda, bu istikrar sınırını hesaplamak için damlacığın yüksekliğine (ve çapına) bakılmış.

“Son 100 yıldır, yüksekliği tercih etmişler” diyor Beroz.

“Fakat bir damlacık şeklini kaybettiği zaman, damlacığın yüksekliği değişiyor ve bu yüzden bu sorun; yükseklik bakımından, matematiksel olarak karmaşık hale geliyor. Diğer taraftan, bir damlacığın hacmi; elektrik alanda şeklini nasıl kaybederse kaybetsin, sabit halde kalıyor.”

Yeni eşitlik ile beraber takım, gerekli dört veya beş parametreyi bildiğiniz sürece (damlacığın yüzey gerilimi, elektrik alanın kuvveti, havanın elektriksel geçirgenliği, hacim ve çap); beşince parametreyi her zaman hesaplayabileceğinizi ve bu yüzden, istikrar sınırını çözebileceğinizi söylüyor.

Bu, uzun zamandır beklenen bir başarıymış. Üstelik, bilimin bazı alanlarındaki kuramsal bilgilerimizin de yeniden gözden geçirilmesini sağlayıp; elektro lif çekimi, elektrostatik süzme ve demülsifikasyon gibi endüstriyel işlemlerde muhtemel gelişmelere yol açabilirmiş.

“Kuramsal bir bakış açısından bakıldığında; sorunun matematiksel karmaşıklığı da göz önüne alınınca bu, beklenmedik biçimde basit bir sonuç” diyor Beroz.

Bulgular, Physcial Review Letters bülteninde sunuldu.

 

 

 

 

ScienceAlert

Bunları da okumak isteyebilirsiniz...

1 Yorum

  1. antigravity74100 dedi ki:

    Su damlacıklarının hakkında benim de bir teorim var. Suda mevcut bulunan hidrojenin diyamanyetik özelliğinin, manyetik alanla etkileşimi sonucunda anlatılan sonuca neden olduğuna inanmaktayım. Bu gerçeği gelecekte insanoğluna kanıtlamaya çalışacağım. Eğer teorim gerçek çıkarsa, gelecekte akıl almaz teknolojik gelişmeler yaşanabilir.

Bir cevap yazın

Abonelikle İlgili Konular İçin abone@doganburda.com

Eksik Sayılar İçin okurhizmetleri@doganburda.com

Müşteri Hizmetleri (212) 478 0 300

Danışma Hattı (212) 410 32 00

 

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir