Uçaktasınız ve ani bir sarsıntı hissediyorsunuz.
Pencerenizin dışında bir şey oluyor gibi görünmüyor
fakat uçağınız türbülanslı havadan geçerken
sizi ve diğer yolcuları sarsmaya devam ediyor.
Bunu duymak sizi pek rahatlatmayabilir
ancak bu olgu fiziğin başlıca gizemlerinden birisidir.
Türbülans konusunda yüzyıldan fazla çalıştıktan sonra
son zamanlarda türbülansın nasıl oluştuğu
ve etrafımızdaki dünyaya etkileri konusunda birkaç cevap bulduk.
Türbülans hareketli akışkanları olan
hemen hemen tüm sistemlerde sık rastlanan bir şeydir.
Buna solunum sisteminizdeki hava akımı da dâhildir.
Kan, atar damarlarınızdan geçerken de olur.
Bardağınızdaki kahveyi karıştırırken de.
Bulutlar, kıyıya vuran dalgalar
ve güneşimizdeki plazmalar türbülanslar tarafından yönetilir.
Bu olgunun nasıl meydana geldiğini anlamak
hayatımızın birçok yönünü etkileyecektir.
Bildiklerimiz şunlar:
Sıvıların ve gazların iki genel hareket tipleri vardır:
sabit ve akıcı olan düzgün akım
ve organize edilmemiş dönüşlerden oluşan karışık akım.
Bir tütsü hayal edin.
Tabandaki durgun dumanın düzgün akışı sabit ve tahmin edilmesi kolaydır.
Ancak üste yaklaştıkça
duman hızlanır, dengesizleşir
ve hareket şekli kaotik bir şeye dönüşür.
Bu, hareket hâlindeki türbülanstır
ve türbülanslı akışların ortak özellikleri vardır.
Öncelikle, türbülans hep kaotiktir.
Rastgele olmasından farklı bir şey.
Aksine bu, türbülansın bozulmalara karşı çok hassas olduğu anlamına gelir.
Bir şekilde biraz dürtmek ya da
başka bir şey sonunda tamamen farklı sonuçlara dönüşecektir.
Bu, bir sistemin şu anki durumu hakkında birçok bilgi olsa bile
ne olacağını tahmin etmeyi neredeyse imkânsız kılıyor.
Türbülansın bir diğer önemli özelliği,
bu akışların gösterdiği farklı ölçeklerdeki harekettir.
Türbülanslı akışlar, farklı ebat ve şekillerde dönmeler gibi,
girdaplar adı verilen, farklı boyutlarda birçok vortekse sahiptir.
Bu farklı büyüklükteki tüm girdaplar birbirleriyle etkileşime girerek,
tüm hareketler ısıya dönüşene kadar küçülerek
“enerji kademesi” olarak adlandırılan bir süreçte
birbirleriyle etkileşime giriyor.
Bu şekilde türbülansı fark ederiz
ama türbülans neden meydana gelir?
Akan her sıvı veya gazda iki karşıt güç vardır:
atalet ve viskozite.
Atalet, akışkanların hareket etmeye devam etme eğilimidir,
bu da kararsızlığa neden olur.
Viskozite, bunun yerine akış laminerini yaparak
bozulmaya karşı çalışır.
Bal gibi yoğun sıvılarda viskozite
hemen hemen daima kazanır.
Su veya hava gibi daha az viskoz maddeler,
türbülansa dönüşen dengesizlikler yaratan ataletlere daha yatkındır.
Bir akışın atalet ile viskozite arasındaki oran olan
Reynolds sayısı olarak adlandırılan bir şeyle
nerede olduğunu ölçeriz.
Reynolds sayısı ne kadar yüksekse
türbülansın oluşması o kadar olasıdır.
Örneğin bir bardağa dökülen balın
Reynolds sayısı 1 civarındadır.
Su ile kurulan aynı sistem, 10.000'e yakın bir Reynolds sayısına sahiptir.
Reynolds sayısı basit senaryoları anlamak için kullanışlıdır
ancak birçok durumda etkisizdir.
Örneğin, atmosferin hareketi, yer çekimi ve dünyanın dönüşünü
içeren faktörlerden önemli ölçüde etkilenir.
Veya binalar ve arabalar gibi nispeten basit şeyleri ele alalım.
Bunları birçok deney ve deneysel kanıt sayesinde modelleyebiliriz.
Ancak fizikçiler, gezegenlerin veya elektromanyetik alanların yörüngesini
modellemenin yanı sıra, fiziksel yasalar ve denklemlerle tahmin edebilmek istiyor.
Çoğu bilim insanı, bunu yapmanın istatistiklere
ve artırılmış bilgi işlem gücüne dayanacağına inanıyor.
Türbülanslı akışların son derece yüksek hızlı bilgisayar simülasyonları,
farklı durumlar arasındaki tahminleri organize eden ve birleştiren bir teoriye
yol açabilecek kalıpları belirlememize yardımcı olabilir.
Diğer bilim insanları olgunun öyle karmaşık olduğunu düşünüyorlar ki
böylesine tam teşekküllü bir teori asla mümkün olmayacak.
Umarım, bir atılım gerçekleştiririz
çünkü gerçek bir türbülans anlayışı büyük olumlu etkilere neden olabilir.
Bu, daha verimli rüzgâr santralleri;
yıkıcı hava olaylarına daha iyi hazırlık yapabilme
ve hatta kasırgaları manipüle etme gücü bile olabilir.
Ve elbette, milyonlarca hava yolu yolcusu için daha sakin yolculuklar.