inci ayştaynını seçiyor

14. sorun kanka

Aşağı indikçe suyu sıkıştıran ve daraltan bir kuvvet yoktur. Bunun nedeni kütlenin korunumu kanunudur. Su sıkıştırılamadığından (musluktan akarken), bir saniye içinde (birim zamanda) akışın her bir kesitinden geçen suyun kütlesi veya hacmi (suyun yoğunluğu 1 g/cm3 olduğundan gram kütlesi mililitre hacmine eşittir) eşittir. Su aşağıya doğru aktıkça hızlandığından, bir saniyede her bir kesitten geçen su miktarını dengelemek için suyun kesit alanı (kalınlığı) azalır. Suyun akışının daralmasının nedeni su üzerine etkili olan yer çekimi kuvvetidir.

Bu olayın analizini ilk defa ünlü ingiliz matematikçi Lord Rayleigh yaptığı için, olaya “Rayleigh kararsızlığı” adı veriliyor. Bu olayda yüzey gerilimi önemli bir rol oynuyor.

Öncelikle dikkat edilmesi gereken şey, su sütununun musluğun hemen altında kalın başlaması, aşağıya indikçe de gittikçe incelmesi. Buna neden olan şey suyun düşme nedeniyle giderek hızlanması. Yani musluktan çıktıktan hemen sonra yavaş hareket eden moleküller, bir süre sonra aşağıda bir yere indiklerinde hızları da artmış oluyor. Suyun daha hızlı olduğu yerlerde de sütunun daha ince olması gerekiyor. Suyun hızıyla, akmak zorunda kaldığı kesit alan arasındaki ters ilişki başka yerlerde de görülebilir. Örneğin nehirler dar yerlerden geçerken suyun akış hızı artar, geniş yere çıkınca da azalır. Musluktan akan sudaysa sadece hızlanma var. Bu nedenle aşağıya indikçe su sütununun kalınlığı sürekli azalıyor. Sütun yeteri kadar inceldiğinde de yüzey gerilimi kuvveti etkisini hissettirmeye başlıyor. Yüzey alanı en küçük cismin küre olduğunu hatırlayın. Dolayısıyla yüzey gerilimi, uzun silindir şeklindeki sütunu bir yerden kopararak, suyu küre şeklinde bir bölgeye toplama eğiliminde. Sütun ne kadar inceyse, yüzey gerilimi de o kadar etkin olacaktır. Fakat sütunun bir yerden kopması ve ikiye ayrılması için bir mekanizmaya gereksinim var. Lord Rayleigh bunun suyun yüzeyinde oluşan dalgalardan kaynaklandığını bulmuş. Suya dikkatle bakarsanız bu dalgaları görebilirsiniz. Dalgaların en önemli etkisi sütunun bazı yerlerini incelterek bazı yerlerini de kalınlaştırmaları. Kalınlaşan bölgeler silindirden küre şekline geçişin ilk aşaması olduğu için, yüzey gerilimi kuvveti bu kalın bölgelerin daha da kalınlaşmasına neden oluyor. Rayleigh, dalga boyu (yani dalganın iki tepesi arasındaki uzaklığı) sütunun çevresinden uzun olan dalgaların zamanla daha da büyüdüğünü göstermiş. Yani, bir süre geçtikten sonra dalganın sütunda kalınlaştırdığı bölgeler daha kalın, incelttiği bölgeler de daha ince oluyor. Kopma da doğal olarak bu ince bölgelerde gerçekleşiyor.