Bernoulli Prensibi Nasıl Çalışır?

1787’de Francesco Bernardi tarafından icat edilen bernoulli ilkesi, başlangıçta kanat hareketinin bir uçak üzerindeki etkilerini test etmenin bir yolu olarak düşünülmüştü. İlke oldukça basittir; ilke temel olarak hava akışının düz bir çizgide hareket ettiğini belirtir. Bu hat bir engele çarptığında hava akımı yön değiştirir ve engel kaynağına doğru yeniden yönlendirilir. Hava akışının bu sapması ve yeniden yönlendirilmesi, hava akışının basınç kazanmasına veya kaybetmesine neden olur, bu da kanadın kaldırma ve performansını kontrol etmek için önemlidir. Uçak kanatları, tasarlanırken, altı düz, üstü hafif yuvarlak tasarlanır ki, hava moleküllerinin akış yolu uzasın. Akış yolu uzayınca, daha hızlı geçecek olan moleküllerin, üstten kanada yapacakları basınç azalacak. Kanat altında ise hava molekülleri düz yolda daha yavaş ilerleyecekler ve kanada daha güçlü bir basınç uygulayarak, kanadı yukarı kaldıracaklar. Bernoulli sıvıların ve gazların akış davranışlarını bernoulli denklemi ile ifade etmiştir. Yerçekimi basınç ve akış hızı, bernoulli denklemi içinde yer alır.

Bernoulli İlkesi

Bernoulli’nin teorisini gösteren bir resim görüyorsunuz. En sağdaki hava, üstteki küçük tüpteki yüksek basınç nedeniyle daha düşüktür. Bununla birlikte, soldaki hava daha yüksektir çünkü küçük havalandırma deliğinin tepesinden daha kısa bir mesafe vardır. Esasen bernoulli ilkesi, akışın hızı azaldıkça basıncın arttığını belirtir. Bu, yön değiştirebilen bir kuvvet yaratmak için kullanılabilir bu durumda akış, kinetik enerjisini kaybetmeden yön değiştirebilir.

Muhtemelen hava direncinin hızın karesiyle orantılı olduğunu zaten biliyorsunuzdur. Bu nedenle, ne kadar hızlı giderseniz, o kadar az direnç yaşarsınız. Ancak borunuz dar ise karşılaşacağınız hava direnci daha büyük bir boruya göre çok daha fazla olacaktır. Ses hızından daha yavaş giderseniz, esasen bir mermi ile aynı hacimde havada seyahat edeceksiniz. Bu, ses hızından daha hızlı hareket etmenize rağmen borudan geçerken kinetik enerjinizin bir kısmını kaybedeceğiniz anlamına gelir.

Yukarıdaki formülde, P basınç, V akışkan hızı, Ro akışkanın yoğunluğu, g yerçekimi sabiti, Z akışkanın yüksekliğini verir. Buna göre, birinci denklemde, akışkanın hızı, yoğunluğu basıncı ve yüksekliği bilinirse, ikinci denklemde bir bilinmeyen, kolayca bulunabilir. Bu bilinmeyen, akışkanın ikinci noktada yapılan ölçümlerde, hızı, basıncı veya yüksekliği olabilir. Zaten yoğunluk ve yerçekimi her noktada aynı alınır. 

Bunun arkasındaki fizik oldukça basittir ve bernoulli yasası gerçek hayatta pek kullanışlı olmasa da, bunu bilmek mühendislerin daha iyi makineler tasarlamasına yardımcı olabilir. Bernoulli denklemi, enerji sistemleri tasarlayan mühendislerin işine çok yarar. Örneğin, uçan bir araba yapacak olsaydınız, aracın daha fazla miktarda havada daha yüksek bir hızda uçacağını hesaba katmanız gerekirdi. Dar bir borunuz olsaydı, hava türbülanslı olmaz ve daha serbest bir şekilde akarak kaldırma kuvvetinizi artırırdı. Bir bernoulli denklemi  kullansaydınız, bunun ne kadar bir etkisi olacağını anlardınız.

Yine de, bernoulli yasası sadece bir otomobil tamircisinin işlerin nasıl yürüdüğünün fiziğini anlaması için lazım olan bir yasa değildir. Spor arabalar dünyasında, bir sürücünün lastiklerinin bir yarış pistinin duvarlarına uygulamak zorunda olduğu kuvvetleri hesaplamaya yardımcı olmak için bernoulli yasası kullanılır. Doğru uygulandığında, bu yasa size bir arabanın yarışı tamamlamak için ne kadar yakıta ihtiyacı olduğu konusunda çok daha iyi bir fikir verebilir. Rüzgarın arabanızın genel hızı üzerindeki etkisini bilmek de bernoulli yasasının bir sonucudur.