Yelken Fiziği

Yelkenlerin çalışma prensibinin 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.

Uçak Nasıl Uçar?

Aşağıda bir uçak kanadının yandan görünüşü gösterilmiştir. 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.

ucak kanadı profili

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.

bernoulli kaşık deneyi

Yelkenin rüzgâr altı tarafındaki yol rüzgâr üstü 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.

yelken kuvveti

Bir yelkenin tepeden görünüşü

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.

toplam yelken kuvveti