Yelkenli Teknelerin Çalışma Prensibi
Yelkenli teknelerin çalışma prensibi yelkenlerin tekneye itici güç üretmesi iki farklı prensiple açıklanabilir. Birinci prensip yelkenin rüzgarı yakalaması ve yelkene çarpan hava tanelerindeki kinetik enerjinin yelken aracılığıyla tekneye aktarılmasıdır. Bu basit sistem iki bin yıl öncesine, üçgen yelkenin icadına kadar yelkenli teknelerin tek itici gücü olmuştur. Bu nedenle yelkenliler sadece pupa, geniş apaz gibi yelkenlerin rüzgarı toplayarak güç kazandığı seyirlerde gidebilmişlerdir. Yelkenciler, daha dar açılarla seyredebilmek için değişik yelken ve gövde tipleri denemişler, bu nedenle onlarca yelkene sahip kalyonlar yapmışlardır. En sonunda günümüzde kullanılan yelken tipleri ve omurga sistemleri keşfedilmiştir.
Modern bir yelkenli gerçek rüzgara 45 derece açıyla gidebilmektedir. Bu durum, yelkenler gövde ve yolcuların kuvvet bileşimiyle oluşur. Öncelikle yelken üzerindeki etkiyi inceleyelim.
Yelkenli teknelerin çalışma prensibi anlaşılabilmesi için öncelikle akışkanlar dinamiği hakkında biraz bilgi sahibi olmamız gerekiyor.
Akışkanlar Mekaniği Prensibi
18. yüzyılda İsviçreli bir bilim adamı olan Daniel Bernoulli akışkanların hızı ile hava basıncı arasında bir ilişkinin olduğunu kanıtladı. Biz olayı şöyle özetleyebiliriz; bir akışkanın akma hızı ne kadar fazlaysa, üzerinde aktığı yüzeye o kadar az basınç uygular, dolayısıyla basıncı düşer. Bu olayın tam tersinde ise, akışkanın akma hızı ne kadar az ise üzerinde aktığı yüzeye o kadar fazla basınç uygular, yani basıncı artar. Uçakların uçma prensiplerinden biri budur.
Diğeri ise Newton’un etki tepki prensibidir. Bizim yelkenlerimizde bu iki prensip sayesinde çalışırlar. Biz öncelikle Bernoulli’nin prensibini anlamaya çalışalım.
Bernouilli Prensibi
Daniel Bernoulli 18. yy da İsviçre’de yaşamış ünlü bir matematikçidir. Akışkanların dinamiği alanındaki ilk çalışmaları başlatmıştır.
Bernoulli prensibine göre, yelkenin yapısından dolayı dış tarafı iç tarafından daha uzun olur. Bu da üzerinden geçen havanın basıncının aynı zamanda daha çok mesafe katetmesine, dolayısıyla hızlanıp, alçak basınç alanı oluşturmasına sebep olur. Oluşan alçak basınç alanı yelkeni kendine doğru çeker. Uçaklar ve modern yelkenler bu şekilde ilerlerler.
Yelkenin ürettiği gücün tümü ilerlemeye aktarılamaz. Bu gücün bir kısmı teknenin yatmasına neden olur. Buna “bayma (yatırma) kuvveti” denir. Yatırma kuvveti teknenin ağırlık merkezi ile kuvvet merkezini birbirinden uzaklaştıracak ve tekne yatmaya başlayacaktır. Salma ağırlığı, tekne üzerindeki ekibin doğru yerleştirilmesi gibi etkenlerle bu kuvvet dengelenecek ve tekne ileri doğru hareket edecektir.
Uçak Nasıl Uçar?
Hava molekülleri kanada geldiği zaman ikiye ayrılır. Üst taraftaki yol kanadın alt tarafındaki yoldan daha uzundur. Üst taraftaki hava akımı hızlanır, alt taraftaki hava daha yavaş akar. Akışkanlar ilkesine göre; bir akışkanın akma hızı ne kadar hızlıysa üzerinden aktığı yüzeye o kadar az basınç uygular. Bundan dolayı kanadın altında ve üstündeki hava akımlarının hız farkından dolayı basınç farkı oluşur. Yani üst tarafta yolu uzun ve hızlanarak akan bir hava ve sonucunda meydana gelen bir alçak basınç ve beraberinde emiş kuvveti, alt tarafta ise daha kısa bir yol, daha yavaş akan bir hava akımı ve sonucunda yüksek basınç. Bütün bu olayların sonucunda ise meydana gelen basınç farkından dolayı yukarıya doğru bir kaldırma kuvveti oluşur.
Bernoulli kaşık deneyi
Aynı olayı evimizde bir kaşığı musluğun altına şekildeki gibi tutarak deneyebiliriz. Kaşığın önündeki yol kısa arkasındaki yol uzundur. Bundan dolayı akışkan olan su kaşığı şekildeki gibi arkaya itecektir.
Yelkenin rüzgâraltı tarafındaki yol rüzgârüstü tarafındaki yoldan daha uzundur (aynı bir uçak kanadı gibi). Rüzgaraltındaki hava hızlanır, rüzgarüstünden akan hava görece olarak daha yavaş akar. İki yüzey arasındaki hız farkından dolayı basınç farkı oluşacaktır. Bu basınç farkından dolayı yelkenin rüzgâr altı tarafına doğru bir kuvvet oluşacaktır. Yelkenli tekneleri büyülü kılan fizik olayı budur. Bir yelkenli tekne ile rüzgâr nerden eserse essin istediğimiz yere belki direk olmayabilir ama daha sonrada göreceğimiz gibi bir takım manevralarla çok rahatlıkla gidebiliriz.
Yelkenli bir teknenin yelkenlerine etkiyen kuvvet birden fazladır… Bunlar; ilerletici kuvvet, bayıltıcı kuvvet (yatırıcı kuvvet; teknelerin yatmasına neden olan kuvvet) ve bunların bileşkesi olan toplam yelken kuvvetidir.
Yelkenin Çalışma Mantığı
Bir teknenin rüzgara karşı ilerlemesine olanak veren flok ve ana yelkenin icadı, yelkencilikte bir devrimdir. Her ne kadar hala rüzgara karşı yelken seyri mümkün olmasa da bu tür yelkenler, yüksek performanslı yatların rüzgarla çok dar bir açı yapacak şekilde yelken seyri yapmasına olanak vererek, rüzgara karşı önemli mesafeler kat etmelerine imkan tanır. iter.
Bir yelkenin gücünü rüzgardan nasıl aldığını ve tekneyi nasıl ileri götürdüğünü kavramak için ilk olarak yelkenin şekline ve havanın etrafından nasıl aktığına bakmamız gerekir. Çoğu flok ve ana yelken; bir uçak kanadının aerodinamik şekline benzer biçimde biçilir ve dikilir. Üstelik bir yelkende büyük oranda bir kanat ile aynı prensibe göre çalışır. Aralarındaki temel fark, bir uçak kanadı yatay olarak monte edilmiş ve etrafından akan havadan yukarı yönlü bir kaldırma kuvveti kazanmış olmasına karşın, bir yelkenin düşey olarak monte edilmesi ve hava akışından ileri doğru birikti elde etmesidir.
Yelkenlerin derinliği olmasaydı, yani düz olsalar ve hava akışını düzgün biçimde ikiye ayırsalardı, ileri yönlü itkiye sahip olmazlardı. Çünkü hava, yelkenin her iki tarafından da eşit biçimde akardı. Ancak yelkenler aerodinamik bir şekle sahip olduğundan, eğrinin dış tarafını dolaşan hava,eğrinin içini dolaşan havaya oranla daha hızlı hareket eder. Eğrinin dış tarafındaki bu daha hızlı dolaşan hava akımı,eğriyi kendine doğru bir emme eğilimi güden bir girdap oluşturur.
Bir uçak kanadı söz konusu olduğunda,bu emilim kanadı ve ona bağlı olan uçağı yukarı doğru çeker. Bir yatta ise yelkeni ve ona bağlı olan tekneyi ileri olarak iter. Bu mantık da yelkenli teknelerin çalışma prensibi.
YELKENLİ TEKNELERİN ÇALIŞMA PRENSİBİ
RÜZGARIN YELKEN ÜZERİNDEKİ ETKİSİ
Yelkenli teknelerin çalışma prensibi için bir diğer etki, yelkenler üçgen görünümünde olmakla beraber aynı zamanda bir derinliğe sahiptir. Dolayısıyla yelkenlere giren hava moleküllerinin, derinliğe bağlı olarak yelkenin iki tarafında kat ettiği mesafe farklı olacaktır. Yelkenin ön yüzeyi ve arka yüzeyi arasındaki mesafe farkı hava moleküllerinin farklı hızla akmasına neden olur ve yelkenin iki yüzeyi arasında basınç farkı oluşturur. Ön yüzeyinde oluşan yüksek basınç, arka yüzeyde oluşan alçak basınca doğru yelkeni iterek yelkenleri şişirir. Bu itme – emme kuvveti yelkenli tekne üzerinde bir etki yaratır.
SALMA ETKİSİ
Yelkenin hava ile etkileşimden (itme-emme kuvveti) meydana gelen kuvvetlerin bileşkesi tekneyi ileri götüren kuvveti oluşturur. Toplam yelken kuvvetinin bileşenleri;
- ilerletici kuvvet
- bayılma kuvveti olarak ayrıştırılabilir.
Teknenin bayılma kuvveti (tekneyi yana yatıran kuvvet) salmanın etkisiyle, ağırlığı ve yüzey alanı sayesinde, sıfırlanır ve ilerletici kuvvetin etkisiyle tekne ileri doğru hareket eder.
