Akışkanlar Mekaniği Nedir? Nerelerde Kullanılır?

Akışkanlar mekaniği, mühendislik öğrencileri için en zor derslerden birisi olarak nitelendirilirse de şüphesiz en temel ve her mühendisin hakim olması gereken çok geniş bir disiplindir. Bu yazımızda sizlere akışkanlar mekaniği ve kullanım alanlarını derledik.

Akışkanlar Mekaniği Nedir?

Akışkanlar mekaniği kavramını tanımlamadan önce mekanik,statik ve dinamik kavramlarını bilmemiz gerekli.

Mekanik: kuvvetlerin etkisi altındaki hareketli ve durağan cisimler ile ilgilenen fiziğin en eski dalıdır. Mekaniğin durağan yani hareketsiz cisimler ile ilgili dalı statik, hareketli cisimler ile ilgili olan dalı ise dinamik olarak bilinir.

Akışkanlar mekaniği, akışkanların hareketli (akışkanlar dinamiği) ve durağan (akışkanlar statiği) haldeki davranışlarını ve yine akışkanların diğer akışkanlar ve katılar ile olan ilişkisini inceleyen bir bilim dalıdır. Akışkanlar mekaniği ayrıca, akışkanın durağan halinin hareket hızı sıfır olduğu özel bir durum olarak kabul edilip akışkanlar dinamiği olarak da adlandırılabilir.

Akışkanlar mekaniği bir kaç alt sınıfa da ayrılır. Uygulamada sıkıştırılamaz olarak kabul edilen sıvılar, su ve düşük hızda hareket eden gazların hareketi ile ilgili yapılan çalışmalar genellikle hidrodinamik olarak adlandırılır. Hidrodinamiğin alt dalı olarak bilinen hidrolik ise sıvıların boru ve açık kanallardaki akışıyla ilgilidir. Gaz dinamiği ise gazların yüksek hızda lülelerde hareket etmesi gibi, akışkanların yoğunluğunun ciddi miktarda değiştiği akışlar ile ilgilenir. Aerodinamik, gazların özellikle de havanın roket, uçak ve otomobil gibi araçların etrafında oluşan yüksek ve düşük hızlı akışıyla ilgilenir. Meteroloji, oşinografi ve hidroloji gibi diğer alt dallar ise doğal olarak oluşan akışları inceler.

Akışkan Nedir?

Maddenin katı,sıvı,gaz ve çok yüksek sıcaklıklarda da plazma halinde olduğunu biliyoruz. Akışkan ise sıvı ve gaz maddeler olarak nitelendirilir. Sıvı ve gazlar birbirlerine benzese de maddenin bu halleri kesinlikle katılardan çok farklıdır. Katılar ve sıvılar arasındaki en belirgin fark kayma gerilmelerine karşı gösterdikleri dirençten anlaşılır. Katılar kayma gerilmesine karşı bir miktar şekil değiştirerek direnç gösterir. Fakat, sıvılar kayma gerilmesi düşük olsa dahi sürekli olarak kolaylıkla şekil değiştirebilmektedir.

Akışkanlar Mekaniği Nerelerde Kullanılır?

Sıvı ve gazların görüldüğü her alan akışkanlar mekaniğinin uygulama alanları grubuna girer. Evinizde kullandığınız elektrik süpürgesine, insan vücudundaki kan dolaşımından, medikal ürünlere her alan akışkanlar mekaniği ile doğrudan ilişkilidir. Kısaca özetlersek akışkanlar mekaniğinin uygulama alanları aşağıdaki gibidir.

• Doğal Akışlar ve Meteorolojik Olaylar
• Gemiler
• Hava ve Uzay Taşıtları
• Elektrik Santralleri
• İnsan Vücudu
• Otomobiller
• Rüzgar Türbinleri
• Boru Hatları ve Sıhhi Tesisat
• Endüstriyel Uygulamalar

Akışkanlar Mekaniğinin Tarihçesi

İnsanlığın yerleşik hayata geçişiyle birlikte karşılaştığı en büyük problemi, evlerde kullanmak ve tarım alanlarının sulamak için su temini olmuştur. Şehirler ancak ve ancak su temini ile ayakta durabilir. Akışkanlar mekaniği ile ilgili çalışmalar da bu çerçevede antik döneme kadar dayanır. Bunlara en güzel örnek hiç şüphesiz Romalıların su kemerleridir. Teknik açıdan yapılmış en etkileyici akışkanları mekaniği uygulaması Türkiye’de yer alan Helenistik Bergama kentinde yapılmıştır. M.Ö 283-133 yılları arasında yapılmış ve 1,7 MPa bir basınç ile çalışan 45 km uzunluğunda kurşun ve Nikelden yapılmış boru hatlarıdır.

Akışkanlar mekaniğine bilinen ilk katkı, suyun kaldırma kuvvetini keşfi ile Yunanlı matematikçi Arşimet (M.Ö. 285-212) tarafından sağlanmıştır.

Rönesans, tüm Avrupa’da bilimsel yaklaşımı ve dolayısıyla da akışkan sistemlerin gelişiminin devamını sağlamıştır. Simon Stevin (1548-1617), Galileo Galilei (1564-1642), Edme Mariotte (1620-1684) ve Evagelista Toricelli (1608-1647) bilimsel yaklaşımı akışkanlara ilk uygulayan bilim insanları olmalarının yanı sıra hidrostatik basınç ve vakumu da keşfetmişlerdir.

İtalyan Benedetto Castelli (1577-1644), akışkanlarda süreklilik ilkesini yayınlayan ilk kişidir. Sör Isaac Newton (1643-1727) ise katılar için hareket denklemlerini geliştirmenin yanı sıra, bunları akışkanlara da uygulamış ve akışkan ataletini ve direncini, serbest jetleri ve viskoziteyi incelemiştir.

Daniel Bernoulli (1700-1782) ve beraber çalıştığı Leonard Euler (1707-1783) tarafından Newton’un çalışmaları daha ileri bir noktaya taşıyarak enerji ve momentum denklemlerini tanımlamışlardır. Daniel Bernoulli tarafından 1738 tarihinde yayınlanan Hydrodynamica ilk akışkanlar mekaniği kitabı olarak değerlendirilebilir.

Son olarak Jean d’Alembert (1717-1789), hız ve ivme bileşenlerini fikrini, süreklilik denkleminin diferansiyel halini ve daimi üniform harekette sıfır direnç paradoksunu geliştirdi.

Sonuç

Akışkanlar mekaniği disiplini insanlığın ilerlemesine çok büyük katkı sağladı ve sağlamaya da devam ediyor. Otomobillerden uçaklara, hidroelektrik santrallerinden havalandırma sistemlerine kadar birçok alanın temelini oluşturmaktadır. Bu yüzden akışkanlar mekaniğini sadece ders olarak değil doğa yasalarını anlamamız sağlayan bir disiplin olarak görmeliyiz.

Kaynak: Akışkanlar Mekaniği Temelleri ve Uygulamaları YUNUS A. ÇENGEL, JOHN M. CIMBALA

Akışkanlar mekaniği ile ilgili görüşlerinizi veya sorularınızı yorum kısmında belirtmeyi unutmayınız.