Bernoulli Prensibi Nedir?

Uçakların havada kalmasını sağlayan en temel prensiptir. Bu başlığı pek çoğumuz fizik derslerinden hatırlarız. Lise yıllarında görülen bu prensip adını adını Hollanda-İsviçre kökenli matematikçi Daniel Bernoulli’den almıştır. Daniel Bernoulli kendi adını verdiği prensibini 1738 senesinde “Hydrodynamica” adlı eserinde yayınlamıştır. Peki nedir bu Bernoulli Prensibi?

Bernoulli prensibine göre, sürtünmesiz bir akış boyunca, akışkanların hızı artarsa aynı anda basınç düşecektir. Daniel Bernoulli deneylerini sıvılar üzerinde yapmıştır ve yine kendi adını verdiği denklemi de sadece sıkıştırılamaz akışkanlar için geçerlidir. Bernoulli deneyinde bir borudan akan akışkanın, borunun farklı boyutlu kesitlerinde farklı hızlarda akacağını öne sürmüş ve ispatlamıştır. Akışkanlarda süreklilik ilkesine göre bir boruda akan akışkanın hızı, borunun kesitinin daraldığı yerde daha fazla olmaktadır. Akışkan hızının daha fazla olduğu yerde ise basınç nispeten az olmaktadır.

Gelin bunu bir deneyle daha basit şekilde anlatalım. Elinize bir kağıt alın ve uçlarından iki elinizle tutarak kağıdın üst yüzeyine doğru üfleyin. Üflediğinizde kağıdın üzerinde bir hava akışı olduğunu göreceksiniz. İşte Daniel Bernoulli tam da bu noktada der ki, bu hava akışı arttığında yüzeye etki eden basınç azalacaktır. Kağıdın alt yüzeyinde basınç değişmeyecektir ve yukarı doğru bir kaldırma kuvveti sağlayacaktır. Çok hızlı üflersiniz kağıdın tamamı yere paralel bir şekilde yatay biçimde duracağını görebilirsiniz.

Buradan hareketle, havacılık camiasının zamanındaki öncü mucitleri bu yasayı temel alarak uçak kanatlarında bu etkiyi yaratacak bir tasarımda bulunmuşlardır. Uçakların uçabilmesi için kanatın alt yüzeyindeki basınç, üst yüzeyindeki basınçtan daha fazla olmalıdır. Kanadın üstündeki hava, kanadın altından daha hızlı hareket ederse uçak havalanır mantığıyla kanatlarının altını düz, üst ön kısmı kalın, üst arka kısmı nispeten ince olacak şekilde kambur görünümü andıran bir şekilde tasarlamışlardır. Günümüz modern uçaklarında da hala aynı kanat tasarımı kullanılmaya devam etmektedir. Bu sayede kanadın üst yüzeyindeki hava alt yüzeyine nispeten daha hızı hareket edecektir. Peki, nasıl olur da hava kanadın üzerinde daha hızlı hareket edebilir?

Bunu da coanda etkisiyle açıklamak mümkündür. Nedir bu coanda etkisi? Dünyanın jet gücü ile çalışan ilk uçağı olan Coanda 1910’un mucidi Henri Coandă tarafından öne sürülmüştür. Coanda etkisi, hızlı bir hava akımının doğru bir yol izlemesi yerine, yakınındaki bir yüzeye yapışarak ve o yüzeyin eğimlerini izleyerek ilerlemesi demektir. Sürahiden akan bir suyu düşünün, dümdüz bardağa akmak yerine içindeki su tüm bir sürahi yüzeyinin eğimlerini izleyerek bardağa dökülmektedir. Ya da musluktan akan bir suya kaşığın tersini tutarsanız, akışkan su kaşığın sırtına yapışıp yönünü değiştirerek akmaya devam edecektir. Tüm bunlar, havacılıkta da aynı şekilde işlemektedir. Coanda etkisinin uçak kanatlarındaki uygulamasına göre; uçak kanatlarının üst yüzey tasarımı, alt tasarımına kıyasla daha kavislidir. Bu yüzden hava coanda etkisi ile kanada yapışık hareket ederek kanat üzerinden geçer. Üst yüzeyin alt yüzeyden daha kavisli olması; havanın, kanadın üst yüzeyden geçerken daha fazla yol kat etmesine neden olur ve üstteki hava akımı daha hızlı olur. Bu da devamında demin de bahsedilen Bernoulli prensibine göre hızın artması basıncı azaltacak, nihayetinde kanadın alt tarafındaki basınç, üstündeki basınçtan fazla olacaktır ve kaldırma kuvveti oluşacaktır.