How Submarines Sink and Float

Zahra, San Francisco Körfezi'nde devasa bir konteyner gemisinin süzülüşünü izledi. Bu devin su üzerinde kalmasını sağlayan şey, kaldırma kuvveti fenomenidir. Ama nasıl? Bu kadar ağır bir şeyin su üzerinde yüzmesi imkansız gibi görünüyor. Hatta bazı konteyner gemileri, Empire State Binası'nın yüksekliğinden daha uzundur! Gerçek: Bir konteyner gemisinin kaldırma kuvveti, gövdesinin şekline ve yer değiştirdiği suyun hacmine bağlıdır. Bu prensip, Empire State Binası'ndan daha uzun gemilerin, yüz binlerce ton ağırlığında olmalarına rağmen yüzmesini sağlar!

Noe Vadisi'ndeki evinde, Zahra oyuncak denizaltısıyla banyo yaparken denizaltı dibe battı. Devasa gemilerin yüzdüğünü ama küçük oyuncağının yüzmediğini merak etti. Kanepede kitap okuyan babasına şaşkınlıkla, "Baba, büyük gemiler neden yüzerken benim denizaltım batıyor?" diye sordu. "Bu harika bir soru, Zahra!" diye yanıtladı babası. "Her şey kaldırma kuvveti denen bir şeye bağlı. Bunu araştırmamız gerekecek." Gerçek: Eğlenceli Bilgi: Işığın Güneş'ten Dünya'ya ulaşması sekiz dakika yirmi saniye sürer. Belki de banyo suyunun soğuması sonsuza dek sürüyormuş gibi gelmesinin nedeni budur!

Zahra'nın babası bir not defteri çıkardı ve "Arşimet'in uzun zaman önce neyi bulduğunu inceleyelim," dedi. Kitabı Arşimet hakkındaki bir sayfaya açtı ve "Arşimet, kaldırma kuvveti prensibini keşfettiğinde meşhur bir şekilde 'Eureka!' diye bağırdı. Bu, gemiler gibi yüzen nesneleri anlama şeklimizi sonsuza dek değiştirdi." "Arşimet bir Yunan matematikçi, fizikçi, mühendis, mucit ve astronomdu," diye açıkladı Zahra'nın babası. "İki bin yıldan daha uzun bir süre önce yaşadı. Onun prensibi, nesnelerin nasıl yüzdüğünü veya battığını açıklar." Gerçek: Antik Yunan'da formüle edilen Arşimet prensibi, günümüzde hala deniz mimarisinin temelini oluşturmaktadır.

Zahra'nın babası açıklamaya başladı: "Bir terazinin üzerinde duran bir denizaltı hayal et, ama su altında. Şimdi de aynı hacimde suyu hayal et, o da terazinin üzerinde ama su altında değil. O su hacminin ağırlığı, denizaltıyı yukarı iten kaldırma kuvvetidir!" Defterindeki bir diyagramı ona gösterdi. "Anahtar nokta yer değiştirme," dedi. "Bir cisim, kaldırma kuvveti -yer değiştirdiği suyun ağırlığı- kendi ağırlığından fazlaysa yüzer. Ve bu da, genel yoğunluğunun sudan az olduğu anlamına gelir!" Zahra anlamaya başlamıştı. Gerçek: Yoğunluk, birim hacim başına düşen kütledir. Bir cisim sudan daha az yoğunsa yüzer; aksi takdirde batar. Gemiler, kütlelerine göre hacimlerini en üst düzeye çıkaracak şekilde tasarlanır.

Babası Zahra'ya bir denizaltının kaldırma kuvvetini nasıl değiştirebileceğini gösterdi. "Denizaltıların balast tankları vardır," diye açıkladı. "Bunları havayla doldurarak, denizaltı daha az su yer değiştirir, bu da onu daha hafif yapar ve yükselmesini sağlar. Bunları suyla doldurarak ise daha çok yer değiştirir ve denizaltının batmasına neden olur." Balast tankları su ve havayla dolan bir denizaltının diyagramını çizdi. "Kaldırma kuvvetini temsil eden okların nasıl değiştiğini görüyor musun?" diye sordu. Gerçek: Denizaltılar, balast tanklarındaki su ve hava miktarını ayarlayarak, yani toplam yoğunluklarını değiştirerek derinliklerini kontrol ederler.

Bunu göstermek için Zahra'nın babası onu Everett Ortaokulu'na götürdü ve orada fen bilgisi öğretmeni Bay Harris onlara bir denizaltı modeli gösterdi. Balast tanklarına hava pompaladı ve model bir tankın yüzeyine çıktı. Sonra su almasına izin verdi ve denizaltı battı. Bay Harris, "Denizaltılar okyanus derinliklerini bu şekilde keşfeder," diye açıkladı. "Dalış ve yüzeye çıkmak için yoğunluklarını değiştirirler!" Gerçek: Balast tankları, on yedinci yüzyılda Cornelius Drebbel tarafından ilk gerçek denizaltının icadı için gerekliydi, ancak onun tasarımı modern denizaltılardan oldukça farklıydı.

Zahra gerçek bir denizaltı, okyanusun en derin kısmı olan Mariana Çukuru'nu keşfeden bir derin deniz araştırma gemisi hayal etti. Denizaltının karanlık sularda sessizce ilerlediğini, ışıklarının tuhaf ve harika yaratıkları aydınlattığını gördü. "Düşündü, "Yüzdürme kuvveti ve yoğunluğu anlamadan bu muhteşem yerleri keşfedemezdik!"" Gerçek: Mariana Çukuru o kadar derindir ki, Everest Dağı içine batırılsa bile zirvesinin üzerinde hala bir milden fazla su kalırdı.

Eve döndüğünde Zahra, kaldırma kuvvetinin başka örneklerini gözlemledi. Bir sıcak hava balonunun gökyüzüne yükseldiğini, bir teknenin koyda yüzdüğünü ve hatta kendisinin yüzme havuzunda yüzdüğünü gördü. Sıcak hava balonunun süzülüşünü izlerken annesine, "Kaldırma kuvveti her yerde!" diye haykırdı. Gerçek: Sıcak hava balonları yüzer çünkü ısıtılmış hava, soğuk havadan daha az yoğundur. Bu yoğunluk farkı, balonu kaldıran bir kaldırma kuvveti oluşturur.

Kırklı yaşlarında, gözlüklü, düzenli kısa sakallı, şakaklarında hafif kırlaşmış kısa koyu saçlı, rahat bir kazak, günlük pantolon ve makosen ayakkabılar giyen, sakin, düşünceli ve arkadaş canlısı babası, ona bir buzdağı resmi gösterdi. "Buzdağı gibi devasa bir şey bile yüzer çünkü buz sudan daha az yoğundur," diye açıkladı. "Ama bir buzdağının sadece yaklaşık yüzde onu yüzeyin üzerinde görünür." Zahra şaşırdı. "Yani buzdağının çoğu su altında mı gizli?" Gerçek: Buzdağları yüzer çünkü buz, hidrojen bağından kaynaklanan benzersiz bir özellik olan sıvı sudan daha az yoğundur. Bu, deniz yaşamının donma koşullarında bile gelişmesine olanak tanır.

Zahra gülümsedi, artık oyuncak denizaltısının neden battığını, devasa gemilerin ise yüzdüğünü anlıyordu. Yüzdürme prensiplerini anlayarak, inanılmaz makineler tasarlayabilir, okyanusun derinliklerini keşfedebilir ve hatta buzdağlarının neden yüzdüğünü bile anlayabiliriz. "Fark etti ki," "Bilim, en küçük oyuncaktan en büyük gemiye kadar etrafımızdaki dünyayı anlamamıza yardımcı oluyor!"" Gerçek: Yüzdürmeyi anlamak, gemileri, denizaltıları, sıcak hava balonlarını tasarlamamızı ve hatta buzdağlarının davranışlarını tahmin etmemizi sağlayarak dünyamızı daha güvenli ve verimli bir şekilde gezmemize ve keşfetmemize yardımcı olur.