Bernoulli Kanunu, İsviçreli bilim adamı Daniel Bernoulli tarafından 1738 yılında açıklanmıştır.
Bernoulli, akışkanların hız ve basıncı arasındaki ilişkiyi tanımlamıştır. Kanun özetle: “Sürekli olarak akışkan bir sistemin içindeki toplam enerji akışkan yolu üzerinde sabittir” der. Bu şu anlama gelmektedir; “akışkan sisteminde hız artarsa basınç düşer, hızla basınç arasında ters bir orantı vardır ve bu sayede toplam enerji sabit olur”.
Bu teorem sayesinde yelkenliler rüzgara doğru ilerleyebilir, uçaklar uçabilir, yarış arabalarının arka kısmında bulunan küçük kanatlar sayesinde yol tutuşları arttırılabilir.
Şimdi biraz daha detaylı anlamaya çalışalım hız ile basınç arasındaki orantı nasıl bir etki oluşturuyor. Aşağıdaki animasyonda havanın yelken veya kanat üzerine geldiğindeki etkisini görebilirsiniz. Dikey siyah noktalar gelen havanın hizasını gösteriyor. Hava yelken üzerine geldiğinde yelkenin üst yakası alt yakaya göre daha uzun olduğundan, alt yaka ve üst yaka arasında bir hız farkı oluşur. Bu hız farkı da Bernoulli Kuralındaki basınç farkı oluşmasına neden olur. Yelkenin alt bölgesinde oluşan yüksek basınç, üst noktasında oluşan alçak basınca doğru bir emme veya kaldırma kuvveti yaratır. Bu şekilde yelkenlerde ileri doğru (vektörsel de olsa) ve uçak kanatlarında yukarıya doğru bir kaldırma kuvveti oluşur.
Şimdi kaldırma kuvvetini biraz daha detaylandırmaya ve hangi parametrelerin etkili olduğunu anlamaya çalışalım. Formül olarak yazarsak kaldırma veya emme kuvveti L şu şekilde ifade edilir.
d: havanın yoğunluğu,
v: havanın hızı,
s: yelkenin veya kanatın yüzey alanı
CL: kaldırma veya emme sabiti
Yelken yaparken havanın yoğunluğunu değiştiremeyiz, bu bizim elimizde olmayan bir durumdur. Havanın hızı konusunda da çok fazla etkimiz olmaz, yapabileceğimiz tek şey yelkenlinin doğru yelken ayarlarına sahip olmasıyla oluşan zahiri rüzgarı maksimumda tutabilmektir. Yelkenin genişliğini ise belli durumlarda değiştirebiliriz, yelken büyükse küçültebiliriz buna camadan vurmak denir (Bakınız “Ana yelkene camadan vurmak” adlı yazıya)
Yukarıda saydığım hava yoğunluğu, havanın hızı ve yelkenin genişliği gibi faktörler sıkça değişebilecek faktörler değildir ve bazıları bizim kontrolümüzde bile değildir. Peki kaldırma etkisini nasıl iyileştirebiliriz?
Kaldırma etkisini en kolay etkileme şekli CL sabitini değiştirmektir. CL sabiti rüzgarla yelken arasındaki açıyla birebir orantılıdır, yani atak açısı ile birebir orantılıdır. (Atak açısı hakkında bilgi almak için “Yelken trimi ve atak açısı kavramı” adlı yazıyı okuyabilirsiniz)
-
Hızın Karesi (): Rüzgar hızı iki katına çıktığında, yelken üzerindeki kuvvet dört katına çıkar. Bu, fırtınalı havalarda camadan vurmanın neden hayati olduğunu açıklar.
-
Hava Yoğunluğu (): Deniz seviyesindeki nemli ve soğuk hava, sıcak havaya göre daha yoğundur. Bu yüzden aynı hızdaki rüzgar, kışın yelkene daha fazla “yük” bindirir.
-
Atak Açısı ve “Stall” (Sürat Kesme): Atak açısını () artırmak kuvveti artırır. Ancak açı çok fazla artarsa, yelkenin üst yakasındaki hava akışı kopar (türbülans oluşur) ve “stall” meydana gelir; emme kuvveti aniden düşer.
Aşağıdaki şekilde atak açısının değişmesi yelkenin emme kuvvetini değiştirecektir. Doğru atak açısını bulmak ileri yelkenciliğin en önemli konusudur ve doğru atak açısını bulabilmek için hem yelkenlinin özelliklerini bilmek ve kullanmak hem de değişen rüzgar şartlarına göre atak açısını ayarlamak önemlidir.
CL sabitinin emme kuvveti üzerindeki bu etkileri nedeniyle daha hızlı yelken yapabilmek için ileri yelken trimleri yelkencilerin en önemli uğraşısı olmuştur. İleri yelkencilik ile ilgili daha fazla bilgi alabilmek için Eğitim menüsündeki “İleri Yelkencilik” bölümüne bakabilirsiniz.