Küçük Taşlar Batarken Büyük Gemileri Nasıl Yüzdürüyoruz?

Tonlarca yüke sahip olan yük gemilerine tonlarca kargo eklenmesine karşın ayakta kalabilmeleri sizleri şaşırtmış olabilir. Ya da belli başlı fizik kavramlarına hâkim değilseniz bunun arka planını bilmeden kabul ediyor olabilirsiniz. Herkes ‘her bahiste uzman olacak’ diye bir kural yok tabii ki.

Yine de bu aynıi kafa karıştırıcı olabilen durumları en kolay hâlleriyle sizlere açıklamaya uğraş ediyoruz. Daha önce beşere daha yakın olarak görülen maymunların konuşamamasına karşın papağanların konuşabilmesi konusunda aydınlatıcı bir yazı hazırlamıştık. Şimdiyse gemilerin nasıl suyun üstünde kalabildiğini anlatıyoruz.

Küçücük çiviyi suya attığında batıyor, kocaman gemiler nasıl ayakta kalabiliyor? Karşılığını aslında binlerce yıl önce bulduk:

• Patchy Fish

Bunun kıssasını kabaca anlatalım. Antik Yunan’da devrin kralı II. Hiero, ünlü matematikçi ve fizikçi Arşimet’ten devasa bir gemi yapmasını istemiş. Antik periyodun Titanik’i olarak bilinen bu geminin ismi, o vakitler imparatorluğa dâhil olan İtalya’nın Siraküza kenti ile benzerydı.

Söz konusu geminin o kadar büyük olması isteniyordu ki içinde sıcak su imkânı sunan bir hamam, kütüphane ve büyük heykeller için kâfi alan bulunacaktı. Bu yetmezmiş aynıi bir de söylediği söz edilen gemi, kargo taşıyabilecek kapasitede olacaktı. Burada birkaç hayvan ya da yüzlerce kilo materyalden bahsetmiyoruz.

Tonlarca tartıda gerecin gemiyle taşınabilmesi isteniyordu:

400 ton tahıl, 74 ton içme suyu, 600 ton ipek ve bu boyutlarda daha birçok gereç bu gemiyle taşınacaktı. Bunun yanında çok sayıda yolcu, asker ve hatta at da yer alacaktı.

Dönemin çok önemli alımlarından de olsan kralı üzmek yapmak isteyeceğin en son şey olurdu:

Arşimet de bunun farkında olduğundan bu boyutlarda ve kapasitede bir gemiyi nasıl yüzdüreceğini düşünmeye koyulmuş. Bunu düşünürken de hamamda, bir küvette olduğu düşünülüyor. Suya girdiğinde daha hafif hissettiğini ve su düzeyinin yükseldiğini gören bilginimizin daha sonra heyecanlandığı ve olayların bu noktada meşhur Evreka öyküsüne bağlandığı düşünülüyor.

Eğer o öyküyü bilmiyorsanız burada kısaca anlattık. Bağlandıkları yer aynı olsa da tarihçilerin tartışmaları devam ediyor:

Bu karışıklığın Yunancada gemi omurgası manasına gelen Korōnē ile taç manasına gelen Corona’nın karıştırılmasıyla ortaya çıkmış olabileceği düşünülüyor.

Şimdi dönelim gemimize. Nasıl yüzecek bu koca şey?

Arşimet’in bulduğu şey tam olarak şuydu: “Suya batırılan bir cisme, cismin taşırdığı suyun yükü kadar kaldırma kuvveti uygulanır.” Yani suya koyduğunuz cismin tartısı, taşırdığı suyun yükünden az olursa su, cismi rahatça kaldırır.

Elinizde 5 kiloluk bir cisim varsa ve bu cisim tam olarak 5 kiloya denk ölçüde suyun yerini alıyorsa (ya da o ölçüde suyu taşırıyorsa) tam süzülme noktasında olur:

ama 5 kiloluk bir cismin 7 kiloya denk ölçüde suyun yerine geçmesini sağlarsanız su, 5 kiloluk bir cisme 7 kiloluk bir kaldırma kuvveti uygulamış olur. Bu bağlamda da cisim rahatça yüzer. fakat 5 kiloluk cisminiz yalnızca 3 kiloya denk su ölçüsünde yer kaplarsa suyun uyguladığı kuvvet bu cismi taşımaya yetmez ve bundan ötürü cisim batar.

Burada yoğunluğu kullanırız. Elinizdeki bir cismin kütlesini hacmine bölerseniz yoğunluğunu bulmuş olursunuz. Çivi ve gemi örnekleriyle ilerleyelim:

Çivilerin içinde boşluk bulunmaz. Tamamen çelikten oluşurlar. Suya bıraktığınızda yüzebilmeleri için de yükleriyle orantılı olarak artan yer çekiminin, kaldırma kuvvetinin önüne geçmemesi gerekir. fakat bir çivinin üzerine uygulanan kaldırma kuvveti, kendi tartısından düşüktür. Bu sebeple yer çekimi (veya ağırlığı) galip gelir ve çivi batar.

Gemilerin içinde de boşluk bırakmasaydık ve yalnızca koca metal yığınları olsalardı çivilerle aynı bahtı paylaşırlardı:

fakat gemilerde hava boşlukları bulunur. Çok büyük hacimleri sayesinde büyük ölçüde suyun yerini meblağlar ama bu hava boşlukları sayesinde ağırlıkları, yerini tuttukları su ölçüsünün yükünü geçmez. Gemiler kaza yaptıklarında da bu boşlukları suyun doldurmasıyla ağırlaştıkları için batarlar. 

Yani 1500 tonluk bir gemi, 1000 tonluk suyun yerine geçseydi, üzerine 1000 tonluk bir kaldırma kuvveti uygulanırdı. fakat buna karşın geminin 500 tonluk ağırlığı kalacağı için gemi batardı. Bu sebeple gemiler, Arşimet’in bu prensibine dikkat edilerek tasarlanıyor.

Gemilerin daha çok suyun yerini alarak daha çok yük taşıyabilmesi mümkün:

RADIO NAVIGATOR -4S7JL

Bunun için de daha çok batırılıyorlar diyebiliriz. Plimsoll çizgisi olarak bilinen ve yük gemilerinde zarurî olarak bulunan işaretler, kargo yüklemesi esnasında geminin ne kadar batırılabileceğini gösteriyor. Kabaca düşünürsek daha çok batmak, daha çok suyun yerini alıp daha çok kaldırma kuvvetiyle karşı karşıya kalmak demek. ama farklı su çeşitlerinin kaldırma kuvveti farklı olduğu için bu işaretten faydalanılıyor. Bu güvenlik çizgileri aşılacak olursa geminin batma tehlikesi bulunuyor.

Bu da hayati bir önem taşıdığından günümüzde bir güvenlik tedbiri olarak her yük gemisinde bulunuyor. Üzerindeki farklı harfler ve çizgiler ise farklı mevsimlerde ve su cinslerinde (tatlı, tropik, tuzlu) ne kadar kargo alınabileceğini gösteriyor.

Kaynaklar: Casual Navigation, Sabins, Dr. Hany Farid, TedEd, Denizci Eğitim Portalı, Syracusia