New York Üniversitesi araştırmacıları, 1883 yılından beri fizikçileri meşgul eden ters fıskiye probleminin cevabını buldu. Yayınlanan çalışma, ters fıskiyenin normal fıskiye gibi çalıştığını, ancak 50 kat daha yavaş döndüğünü gösterdi.

140 Yıllık Fizik Bilmecesi

Ernst Mach'ın 1883 tarihli mekanik ders kitabında ortaya attığı ve daha sonra Richard Feynman'ın popularize ettiği ters fıskiye problemi, 1940'lardan beri fizikçiler arasında tartışma konusu olmuştu. Feynman, Princeton'da doktora öğrencisiyken bu soruna özel bir deney tasarlayarak cevap aramış, ancak bu tartışma ondan sonra da çeşitli ve çelişkili sonuçlar üreterek çözülmemiş kalmıştı.

Bazı deneyler ters fıskiyenin hiç dönmeyeceğini, bazıları karşı yönde döneceğini, bazıları da geçici veya değişken dönüş göstereceğini ortaya koymuştu. Bu karışıklık, araştırmacıların her defasında farklı şartlarda deney yapmasından kaynaklanıyordu.

Ultra Hassas Deney: Lazer ve Mikropartiküller

NYU uygulamalı matematikçi Leif Ristroph ve ekibi, ultra düşük sürtünmeli rotasyon yatak kullanarak tamamen serbestçe dönen özel bir fıskiye tasarladı. Fıskiyeyi suya daldırıp, dikkatli bir şekilde kontrol edilen akış hızlarında su pompalaması ve çekmesi yaptılar. Renkli boyalar ve lazer ışıklandırması kullanarak su akışını yüksek hızlı video ile kaydettiler ve saatler boyunca deneyler yaparak akış desenlerini hassasiyetle haritaladılar.

Sonuç, ters fıskiyenin normal fıskiye ile benzer mekanizmalarla çalıştığı, fakat 50 kat daha yavaş döndüğü yönündedir. Bu bulgu, araştırmacıların beklenmedik şekilde karşılaştığı bir sonuçtu ve çalışmalar Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde yayımlandı.

Ne anlama geliyor?

Ters fıskiye bilmecesi basit görünen ama fiziksel olarak karmaşık bir sorundur. Normal bir fıskiyede, pompalanan su borudan çıkarak dönen koleleri hareket ettirir. Ters fıskiyede ise bu işlem tersine döner—su içeri çekilir. Sezgisel olarak bu sistemin hiç dönmemesi beklenir, çünkü içeri çeken kuvvet ile çekileni iterken oluşan kuvvetler birbirini dengelemesi gerekir.

Ancak gerçek akışkanlar dinamiğinde su hareketi çok daha karmaşık davranır. Giden veya gelen suyun oluşturduğu duygunsallıklar, hız farkları ve enerji akışları belirli şartlarda rotasyon yaratabilir. İlk deneylerdeki çelişkili sonuçlar, her araştırmacının farklı sürtünme seviyeleri, hızlar ve cihaz geometrileri ile çalışması nedeniyle ortaya çıkmıştı. Bu yeni çalışma, karşılaştırılabilir koşullar altında soruyu netleştirmiştir.

Fiziksel olarak bu tür akışkan dinamiği problemleri, su pompası tasarımından uçak aerodinamiğine kadar birçok mühendislik uygulamasında karşımıza çıkar. Feynman'ın eğlenceli bir bilmecesi gibi görünen bu sorunun çözülmesi, akışkanlar dinamiğinin daha derinden anlaşılmasını ve kontrol edilmesini sağlar.