Aslında bu konuda çok da söylenecek bir şey yok, her şey apaçık ortada ;) ancak ben yine de şansımı bir denemek istiyorum :)

Öncelikle konuya havanın hareket halindeki karakteristiği ve dinamik basınç kavramlarını anlatarak başlamak da fayda var. Durağan havanın cisimler üzerinde statik bir basıncı vardır ve bu basınç cisimlere her yüzeyden yüzeye dik olarak uygulanır, ancak hareketli havanın statik basıncının yanında bir de dinamik basıncı vardır ki sadece akış halindeki havanın hareketi doğrultusundaki yüzeye etki eder. Bu dinamik basınç nedir derseniz aslında çok basit olarak, hareketli havanın birim hacimdeki kinetik enerjisidir, yani en yalın olarak havanın sahip olduğu kinetik enerjidir. Sonuç olarak akış halindeki havanın toplam basıncı da bu iki basıncın toplamına eşittir. Toplam basınç ise bernoulli eşitliğinin akışı incelediğimiz sınırlar içerisinde potansiyel enerji değişimini dikkate almayarak yalınlaştırılmasından kaynaklı daima sabittir. Aslında bu lise fizik müfredatında bile öğretilir, akışın hızı, dolayısıyla dinamik basıncı artarsa statik basıncı düşer, statik basıncı artarsa hızı ve dinamik basıncı düşer, çünkü bu iki basıncın toplamları o sınırlar içerisinde daima sabittir.

İyi güzel de bu bilgiler bizi nereye götürecek? şöyle ki, sizler de mutlaka arabada seyahat ederken elinizi camdan dışarı çıkarmışsınızdır ve havanın direncini elinizde hissetmişsinizdir, hava aslında bayağı elinizi itmeye ve hatta bir moment noktası yakalarsa bükmeye çalışır. Dolayısıyla cisimler akış halindeki havanın karşısında bir engel oluşturur ve bu engelden kaynaklı olarak da hava cisimlere karşı bir kuvvet uygular. Yani aslında akış halindeki hava cisimleri cisimler de akış halindeki havayı pek sevmezler, iki taraf da birbirlerinden sebeple karşılarında bir direnç bulmaktadır.

İşte bu karşılaşma anlarında cisimler havanın akşını bozup, belli bir doğrultuda gelen akışı diğer doğrultulara doğru bükerler ve orijinal doğrultusundaki hızını sıfıra yaklaştırırlar hatta ideal olarak cisim yüzeyinde havanın ilk doğrultusunda ki hızı sıfır kabul edilir.

Daha önce yukarıda verdiğim eşitlik sebebiyle de hava akışını karşılayan yüzeyde hız sıfırlandığı için dinamik basınç düşer ve statik basınç yükselir, arka yüzeydeyse tam tersi gözlemlenir ve statik basınç düşer. Dolayısıyla ön yüzeyde statik basınçtan kaynaklı bir yüksek basınç alanı oluşurken arka yüzeyde bir düşük basınç alanı (vakum) oluşur.

Cismin önlü-arkalı iki yüzeyinde oluşan bu basınç etkileri sebebiyle cisme karşı bir direnç kuvveti (drag force) oluştuğu gözlemlenir. Tabii burada gördüğünüz eşitlik, hareketli havanın levha şeklinde bir yüzeyin üzerine uyguladığı kuvvettir, elinize bir tepsi alıp rüzgarlı bir havada tepsiyi rüzgara karşı tutup koştuğunuzda hissedeceğiniz direnç kuvveti budur ancak aynı havanın aynı hızda küresel ve airfoil şeklindeki cisimlere uyguladığı kuvvet, levha şeklinde bir cisme uyguladığı ile aynı değildir. burada işin içine bir k faktörü girmektedir ve bu k faktörü levha şeklindeki cisimler için 1 alınırken, airfoil ya da stream-lined cisimler için 0.15'ten bile daha küçük alınır ki, tahmin edeceğiniz üzere bu da cismin üzerindeki direnci bir hayli düşürmektedir.

Genel bir algı olarak sürtünme ve hava direnci gibi etkiler insanlar tarafında pek sevilmezler ve bütün kötülüklerin anası olarak görülürler ;) ancak o işin aslı öyle değildir sayın seyirciler. eğer sürtünme, ya da hava direnci gibi kuvvetler olmasaydı en basit haliyle ne frenlerimiz tutardı ne de insanoğlu uçma fırsatını elde edebilirdi ;)

Dolayısıyla burada karşımıza çıkan hava direnci her ne kadar bizim hareketimize karşı çıkan bir kuvvet olsa da, bu kuvvetin aynı zaman yönlendirilebilir ve avantajımıza kullanılabilir bir tarafı da var. Bu potansiyeli ortaya çıkarmak için gereken şey cisimleri hava akışının doğrultusuna belli bir açı vererek sokmaktır. Bunu yaptığımız zaman yine iki yüzey arasında bir yüksek basınç ve düşük basınç farkı yakalamış oluruz ve bu farkın sonucunda yine bir direnç kuvveti elde ederiz. Ancak bu sefer elde ettiğimiz bu direnç kuvvetinin hem z de hem de x de bileşeni vardır. x doğrultusundaki bileşen yine bir direnç kuvvetidir (Drag force) ancak z doğrultusunda elde ettiğimiz kuvvet artık uçmanın altında yatan sihrin kaynağını oluşturur. Bu kuvvet literatürde lift force diye geçer ama biz havanın kaldırma kuvveti de diyebiliriz.

İşte bu lift force'u yakalamak için cisimlerle akışın doğrultusu arasında kalan açıya da angle of attack denir, türkçe literatürde ne kullanılıyor yerine bilmiyorum ama karşılama açısı, çarpışma açısı gibi bir isim verilebilir. Bu açıya göre de bir faktör (cr) belirlenir ve bu faktör toplam direnç kuvvetinin eşitliğine bir çarpan olarak katılır. ayrıca şekilde de görüldüğü gibi uçan cisimlerde levha ya da küresel geometriler tercih edilmez, özellikle kanatlar özel tasarım streamlined airfoil geometrisinde üretilirler.

Özetlemek gerekirse, uçan bir cisme 4 ana kuvvet etki eder. Bunları lift (kaldırma), weight (Ağırlık), thrust (itki) ve drag (Direnç) olarak sayabiliriz. Tabi burada daha önce bahsetmediğimiz bir kuvvet yani itki kuvveti ortaya çıkıyor. İtki kuvveti hem belli bir kaldırma kuvveti kazanmak için hem de hava direncini yenip ilerleyebilmek için ihtiyacımız olan bir kuvvettir. Bunu kuşlar güçlü göğüs kaslarının çırpma hareketini kullanarak elde ederler, kaldırma kuvvetini ise kanatlarından elde eder. uçaklar ya da sabit kanat hava araçları itki kuvvetini jet motorlarında gerçekleşen propulsion ile elde ederler ve yine kuşlardaki gibi sabit kanatlarının stream-lined airfoil yapısı sebebiyle de kaldırma kuvvetini elde ederler. bu noktada en ilginç uçma tekniğine helikopterler (döner kanat) sahiptir çünkü helikopterler hem itkiyi hem hem de lift'i rotora bağlı döner kanatlarından ya da bizim kullandığımız ismiyle pallerlle sağlarlar ki bu helikopteri kısa mesafede hem hareket çeşitliliği hem de hareket kabiliyeti anlamında çok daha avantajlı bir araç haline getirir, tabi aynı zamanda bir o kadar da komplex bir teknoloji ortaya çıkarır. Eğer vakit bulabilirsem Helikopter konusunda daha ayrıntılı bir yazı yazmayı planlıyorum, ama onun öncesinde merak eden veya sorusu olan olursa mesajlayabilir.

Çizimleri kendim 2 dk'da elimle yaptım o yüzden biraz dandik oldular ama yapacak bir şey yok idare edeceğiz artık ;) Umarım yazı açık ve anlaşılır olmuştur, helikopter konusu özelinde olduğu gibi, yazı genelinde de merak ettiğiniz şeyler olursa kızıllandırabilirsiniz. Açıkçası spesifik bir kaynak kullanmadım yazı için, kendi kümülatifimden oluşturduğum bir yazı oldu ancak nasa'nın sitesinden ya da benzeri sitelerden şöyle yalınlaştırılmış anlatılara erişebilirsiniz.