Minik Taşlar Batarken Büyük Gemileri Nasıl Yüzdürüyoruz?

Tonlarca ağırlığa haiz olan yük gemilerine tonlarca kargo eklenmesine karşın ayakta kalabilmeleri sizleri şaşırtmış olabilir. Ya da belli başlı fizik kavramlarına egemen değilseniz bunun arka planını bilmeden kabul ediyor olabilirsiniz. Hepimiz ‘her mevzuda uzman olacak’ diye bir kaide yok doğal ki.

Gene de bu benzer biçimde kafa karıştırıcı olabilen durumları en kolay hâlleriyle sizlere açıklamaya çaba ediyoruz. Daha ilkin insana daha yakın olarak görülen maymunların konuşamamasına karşın papağanların konuşabilmesi mevzusunda aydınlatıcı bir yazı hazırlamıştık. Şimdiyse gemilerin nasıl suyun üstünde kalabildiğini anlatıyoruz.

Küçücük çiviyi suya attığında batıyor, devasa gemiler nasıl ayakta kalabiliyor? Yanıtını aslen binlerce yıl ilkin bulduk:

Bunun öyküsünü kabaca anlatalım. Antik Yunan’da devrin kralı II. Hiero, meşhur matematikçi ve fizikçi Arşimet’ten devasa bir vapur yapmasını istemiş. Antik devrin Titanik’i olarak malum bu geminin adı, o zamanlar imparatorluğa dâhil olan İtalya’nın Siraküza şehri ile aynıydı.

Söz mevzusu geminin o denli büyük olması isteniyordu ki içinde sıcak su imkânı sunan bir hamam, kütüphane ve büyük heykeller için kafi alan bulunacaktı. Bu yetmezmiş benzer biçimde bir de söz mevzusu vapur, kargo taşıyabilecek kapasitede olacaktı. Burada birkaç hayvan yada 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 araç-gereç bu gemiyle taşınacaktı. Bunun yanında fazlaca sayıda yolcu, asker ve hatta at da yer alacaktı.

Devrin mühim bilginlerinden de olsan kralı üzmek yapmak isteyeceğin son olarak şey olurdu:

Arşimet de bunun bilincinde olduğundan bu boyutlarda ve kapasitede bir gemiyi nasıl yüzdüreceğini düşünmeye koyulmuş. Bunu düşünürken de hamamda, bir küvette olduğu düşünülüyor. Suya girdiğinde daha hafifçe hissettiğini ve su seviyesinin yükseldiğini gören bilginimizin ondan sonra heyecanlanmış olduğu ve olayların bu aşamada meşhur Evreka hikayesine bağlandığı düşünülüyor.

Eğer o hikâyeyi bilmiyorsanız burada özetlemek gerekirse anlattık. Bağlandıkları yer aynı olsa da tarihçilerin tartışmaları devam ediyor:

Bu karışıklığın Yunancada vapur 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 bulmuş olduğu şey tam olarak şuydu: “Suya batırılan bir cisme, cismin taşırdığı suyun ağırlığı kadar kaldırma kuvveti uygulanır.” Şu demek oluyor ki suya koyduğunuz cismin ağırlığı, taşırdığı suyun ağırlığından azca olursa su, cismi rahatça kaldırır.

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

Fakat 5 kiloluk bir cismin 7 kiloya denk oranda 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 yalnız 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 olmuş olursunuz. Çivi ve vapur 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 üstüne uygulanan kaldırma kuvveti, kendi ağırlığından düşüktür. Bu sebeple yer çekimi (yada ağırlığı) galip gelir ve çivi batar.

Gemilerin içinde de boşluk bırakmasaydık ve yalnız koca metal yığınları olsalardı çivilerle aynı kaderi paylaşırlardı:

Fakat gemilerde hava boşlukları bulunur. Oldukca büyük hacimleri yardımıyla büyük oranda suyun yerini tutarlar fakat bu hava boşlukları yardımıyla ağırlıkları, yerini tuttukları su miktarının ağırlığını geçmez. Gemiler kaza yaptıklarında da bu boşlukları suyun doldurmasıyla ağırlaştıkları için batarlar. 

Şu demek oluyor ki 1500 tonluk bir vapur, 1000 tonluk suyun yerine geçseydi, üstüne 1000 tonluk bir kaldırma kuvveti uygulanırdı. Fakat buna karşın geminin 500 tonluk ağırlığı kalacağı için vapur batardı. Bu sebeple gemiler, Arşimet’in bu prensibine dikkat edilerek tasarlanıyor.

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

RADIO NAVIGATOR -4S7JL

Bunun için de daha fazlaca batırılıyorlar diyebiliriz. Plimsoll çizgisi olarak malum ve yük gemilerinde mecburi olarak bulunan işaretler, kargo yüklemesi esnasında geminin ne kadar batırılabileceğini gösteriyor. Kabaca düşünürsek daha fazlaca batmak, daha fazlaca suyun yerini alıp daha fazlaca kaldırma gücüyle karşı karşıya kalmak demek. Fakat değişik su türlerinin kaldırma kuvveti değişik olduğundan bu işaretten faydalanılıyor. Bu güvenlik çizgileri aşılacak olursa geminin batma tehlikesi bulunuyor.

Bu da dirimsel bir ehemmiyet taşıdığından günümüzde bir güvenlik önlemi olarak her yük gemisinde bulunuyor. Üstündeki değişik harfler ve çizgiler ise değişik mevsimlerde ve su türlerinde (tatlı, tropik, tuzlu) ne kadar kargo alınabileceğini gösteriyor.

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