Bir hidrofoil nasıl çalışır?
Hidrofoil, son birkaç yıldır su sporları dünyasında heyecan yaratıyor. Sadece eğlenceli ve hızlı olmakla kalmıyor, aynı zamanda son derece çevre dostu.
Peki, bir hidrofoil nasıl çalışır?
Çoğu kişi, hidrofoili su altındaki bir uçak olarak tanımlar. Sudaki bir kanat, temelde rüzgârdaki bir yelkenle aynı fiziksel kurallara uyar. Suyun yoğunluğu havadan daha yüksek olduğu için, çok daha küçük profiller bile muazzam kuvvetler oluşturur.
Kaldırma kuvveti ne anlama gelir?
Her kanadın bir ön kenarı (A noktası) ve bir arka kenarı (B noktası) vardır. Kanadın üst yüzeyinde, A noktası ile B noktası arasındaki mesafe, kanadın alt yüzeyindekinden daha uzundur. Üst yüzey boyunca mesafe daha fazla olduğu için, akışkanın kanadın hem üst hem de alt kısımlarında aynı anda arka kenara ulaşabilmesi için, üst yüzey boyunca hareket eden akışkanın, kanadın alt yüzeyi boyunca hareket eden akışkandan daha hızlı hareket etmesi gerekir. 18. yüzyılda Daniel Bernoulli, akışkan hızı arttıkça basıncının azaldığını keşfetti (Bernoulli İlkesi).
Bernoulli İlkesi'ne göre, akışkan hidrofoilin üst yüzeyinde daha hızlı hareket ettiğinden, kanadın üstünde düşük basınç, alt kısmında ise yüksek basınç oluşur ve bu da kaldırma kuvveti ile sonuçlanır. Ne yazık ki bu teori, uçakların neden baş aşağı uçabildiğini veya düz bir kanadın neden kaldırma kuvveti ürettiğini açıklamamaktadır. Kaldırma kuvvetini açıklayanbir başka teori ise, her etkiye eşit ve zıt bir tepki olduğu şeklindeki Newton’un üçüncü yasasına dayanmaktadır. Bu parçacık kinetik teorisi, gelen moleküllerin akışkan tarafından aşağı doğru saptırıldığını ve dolayısıyla kanadın yukarı doğru bir kuvvet hissettiğini belirtir.
Bununla birlikte, bu teori moleküllerin birbirleriyle etkileşimini hesaba katmadığı ve kanadın her iki tarafındaki basınç farklarını açıklayamadığı için gerçeklerle örtüşmemektedir. Üçüncü teori, akışkanın akışını daraltırsanız daha hızlı hareket edeceğini belirten sözde Venturi etkisine dayanmaktadır. Bernoulli prensibine göre, akışkan daha hızlı hareket ederse düşük basınç oluşturur ve üst ile alt arasındaki basınç farkı nedeniyle kaldırma kuvveti üretir.
Bu teori de, uçakların nasıl baş aşağı uçabildiğini veya düz bir kanadın nasıl kaldırma kuvveti üretebildiğini açıklamamaktadır. Bununla birlikte, bilim insanlarının çoğu aşağıdaki açıklama üzerinde hemfikirdir. Kaldırma kuvveti, kanadın akışı aşağıya doğru yönlendirmesi nedeniyle kanadın maruz kaldığı bir tepki kuvvetidir. Hidrofoil gibi herhangi bir nesnenin, akışkanı yolundan iten bir kuvvete (örneğin momentum veya motorlar) sahip olması gerekir. Hidrofoil gibi bir nesne tarafından akışkanın yukarıya doğru itilenden daha fazlası aşağıya doğru itilirse, bu farka kaldırma kuvveti denir.
Özet:
İster hidrofoil ister uçak kanadı olsun, kaldırma kuvveti, kanadın etrafındaki akışta eğrilik yaratmasıyla akışın aşağı doğru yönlendirilmesinden kaynaklanır; bu durum, yüksek ve düşük basınç alanlarının oluşmasına yol açar ve Bernoulli prensibine göre kanadın üst tarafındaki akışkanın ortalama hızının artmasına neden olur. Araştırmalara göre, hidrofoiller, saldırı açısı üç ila dört derece ve kaldırma kuvveti-sürükleme kuvveti oranı yaklaşık 20-25'e 1 olduğunda en verimlidir. Saldırı açısı 15 dereceden yüksekse, kanat tasarımına bağlı olarak akış durması meydana gelebilir. Genel olarak, uçak kanatlarına kıyasla hidrofoiller, suyun daha yüksek yoğunluğu ve viskozitesi nedeniyle daha küçük bir saldırı açısı kullanır.
Peki, bir hidrofoil nasıl çalışır?
Çoğu kişi, hidrofoili su altındaki bir uçak olarak tanımlar. Sudaki bir kanat, temelde rüzgârdaki bir yelkenle aynı fiziksel kurallara uyar. Suyun yoğunluğu havadan daha yüksek olduğu için, çok daha küçük profiller bile muazzam kuvvetler oluşturur.
Kaldırma kuvveti ne anlama gelir?
Her kanadın bir ön kenarı (A noktası) ve bir arka kenarı (B noktası) vardır. Kanadın üst yüzeyinde, A noktası ile B noktası arasındaki mesafe, kanadın alt yüzeyindekinden daha uzundur. Üst yüzey boyunca mesafe daha fazla olduğu için, akışkanın kanadın hem üst hem de alt kısımlarında aynı anda arka kenara ulaşabilmesi için, üst yüzey boyunca hareket eden akışkanın, kanadın alt yüzeyi boyunca hareket eden akışkandan daha hızlı hareket etmesi gerekir. 18. yüzyılda Daniel Bernoulli, akışkan hızı arttıkça basıncının azaldığını keşfetti (Bernoulli İlkesi).
Bernoulli İlkesi'ne göre, akışkan hidrofoilin üst yüzeyinde daha hızlı hareket ettiğinden, kanadın üstünde düşük basınç, alt kısmında ise yüksek basınç oluşur ve bu da kaldırma kuvveti ile sonuçlanır. Ne yazık ki bu teori, uçakların neden baş aşağı uçabildiğini veya düz bir kanadın neden kaldırma kuvveti ürettiğini açıklamamaktadır. Kaldırma kuvvetini açıklayanbir başka teori ise, her etkiye eşit ve zıt bir tepki olduğu şeklindeki Newton’un üçüncü yasasına dayanmaktadır. Bu parçacık kinetik teorisi, gelen moleküllerin akışkan tarafından aşağı doğru saptırıldığını ve dolayısıyla kanadın yukarı doğru bir kuvvet hissettiğini belirtir.
Bununla birlikte, bu teori moleküllerin birbirleriyle etkileşimini hesaba katmadığı ve kanadın her iki tarafındaki basınç farklarını açıklayamadığı için gerçeklerle örtüşmemektedir. Üçüncü teori, akışkanın akışını daraltırsanız daha hızlı hareket edeceğini belirten sözde Venturi etkisine dayanmaktadır. Bernoulli prensibine göre, akışkan daha hızlı hareket ederse düşük basınç oluşturur ve üst ile alt arasındaki basınç farkı nedeniyle kaldırma kuvveti üretir.
Bu teori de, uçakların nasıl baş aşağı uçabildiğini veya düz bir kanadın nasıl kaldırma kuvveti üretebildiğini açıklamamaktadır. Bununla birlikte, bilim insanlarının çoğu aşağıdaki açıklama üzerinde hemfikirdir. Kaldırma kuvveti, kanadın akışı aşağıya doğru yönlendirmesi nedeniyle kanadın maruz kaldığı bir tepki kuvvetidir. Hidrofoil gibi herhangi bir nesnenin, akışkanı yolundan iten bir kuvvete (örneğin momentum veya motorlar) sahip olması gerekir. Hidrofoil gibi bir nesne tarafından akışkanın yukarıya doğru itilenden daha fazlası aşağıya doğru itilirse, bu farka kaldırma kuvveti denir.
Özet:
İster hidrofoil ister uçak kanadı olsun, kaldırma kuvveti, kanadın etrafındaki akışta eğrilik yaratmasıyla akışın aşağı doğru yönlendirilmesinden kaynaklanır; bu durum, yüksek ve düşük basınç alanlarının oluşmasına yol açar ve Bernoulli prensibine göre kanadın üst tarafındaki akışkanın ortalama hızının artmasına neden olur. Araştırmalara göre, hidrofoiller, saldırı açısı üç ila dört derece ve kaldırma kuvveti-sürükleme kuvveti oranı yaklaşık 20-25'e 1 olduğunda en verimlidir. Saldırı açısı 15 dereceden yüksekse, kanat tasarımına bağlı olarak akış durması meydana gelebilir. Genel olarak, uçak kanatlarına kıyasla hidrofoiller, suyun daha yüksek yoğunluğu ve viskozitesi nedeniyle daha küçük bir saldırı açısı kullanır.
