Tonlarca ağırlığa sahip olan yük gemilerine tonlarca kargo eklenmesine rağmen ayakta kalabilmeleri sizleri şaşırtmış olabilir. Ya da belli başlı fizik kavramlarına hâkim değilseniz bunun arka planını bilmeden kabul ediyor olabilirsiniz. Herkes ‘her konuda uzman olacak’ diye bir kural yok tabii ki.
Yine de bu gibi kafa karıştırıcı olabilen durumları en basit hâlleriyle sizlere açıklamaya gayret ediyoruz. Daha önce insana daha yakın olarak görülen maymunların konuşamamasına rağmen papağanların konuşabilmesi konusunda aydınlatıcı bir yazı hazırlamıştık. Şimdiyse gemilerin nasıl suyun üstünde kalabildiğini anlatıyoruz.
Küçücük çiviyi suya attığında batıyor, kocaman gemiler nasıl ayakta kalabiliyor? Cevabını aslında binlerce yıl önce bulduk:
- Patchy Fish
Bunun hikayesini kabaca anlatalım. Antik Yunan’da dönemin kralı II. Hiero, ünlü matematikçi ve fizikçi Arşimet’ten devasa bir gemi yapmasını istemiş. Antik dönemin Titanik’i olarak bilinen bu geminin adı, o zamanlar imparatorluğa dâhil olan İtalya’nın Siraküza şehri ile aynıydı.
Söz konusu geminin o kadar büyük olması isteniyordu ki içinde sıcak su imkânı sunan bir hamam, kütüphane ve büyük heykeller için yeterli alan bulunacaktı. Bu yetmezmiş gibi bir de söz konusu gemi, kargo taşıyabilecek kapasitede olacaktı. Burada birkaç hayvan veya yüzlerce kilo malzemeden bahsetmiyoruz.
Tonlarca ağırlıkta malzemenin gemiyle taşınabilmesi isteniyordu:
400 ton tahıl, 74 ton içme suyu, 600 ton ipek ve bu boyutlarda daha nice malzeme bu gemiyle taşınacaktı. Bunun yanında çok sayıda yolcu, asker ve hatta at da yer alacaktı.
Dönemin önemli bilginlerinden 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 seviyesinin yükseldiğini gören bilginimizin daha sonra heyecanlandığı ve olayların bu noktada meşhur Evreka hikayesine bağlandığı düşünülüyor.
Eğer o hikâyeyi bilmiyorsanız burada kısaca anlattık. Bağlandıkları yer aynı olsa da tarihçilerin tartışmaları devam ediyor:
Bu karışıklığın Yunancada gemi omurgası anlamına gelen Korōnē ile taç anlamına 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 ağırlığı kadar kaldırma kuvveti uygulanır.” Yani suya koyduğunuz cismin ağırlığı, taşırdığı suyun ağırlığından az olursa su, cismi rahatça kaldırır.
Elinizde 5 kiloluk bir cisim varsa ve bu cisim tam olarak 5 kiloya denk miktarda suyun yerini alıyorsa (ya da o miktarda suyu taşırıyorsa) tam süzülme noktasında olur:
Fakat 5 kiloluk bir cismin 7 kiloya denk miktarda 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 sadece 3 kiloya denk su miktarında yer kaplarsa suyun uyguladığı kuvvet bu cismi taşımaya yetmez ve dolayısıyla 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 ağırlıklarıyla orantılı olarak artan yer çekiminin, kaldırma kuvvetinin önüne geçmemesi gerekir. Fakat bir çivinin üzerine uygulanan kaldırma kuvveti, kendi ağırlığından düşüktür. Bu sebeple yer çekimi (veya ağırlığı) galip gelir ve çivi batar.
Gemilerin içinde de boşluk bırakmasaydık ve sadece koca metal yığınları olsalardı çivilerle aynı kaderi paylaşırlardı:
Fakat gemilerde hava boşlukları bulunur. Çok büyük hacimleri sayesinde büyük miktarda suyun yerini tutarlar fakat bu hava boşlukları sayesinde ağırlıkları, yerini tuttukları su miktarının ağırlığını 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 rağmen 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:
Bunun için de daha çok batırılıyorlar diyebiliriz. Plimsoll çizgisi olarak bilinen ve yük gemilerinde zorunlu 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. Fakat farklı su türlerinin 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 önlemi olarak her yük gemisinde bulunuyor. Üzerindeki farklı harfler ve çizgiler ise farklı mevsimlerde ve su türlerinde (tatlı, tropik, tuzlu) ne kadar kargo alınabileceğini gösteriyor.
Kaynaklar: Casual Navigation, Sabins, Dr. Hany Farid, TedEd, Denizci Eğitim Portalı, Syracusia