YELKEN FİZİĞİ 

 Denizlere yelken açmak ne kadar keyifliyse, ardındaki fizik de bir o kadar ilginç.

Yelkenli teknelerin geçmişi binlerce yıl öncesine gitse de günümüzün en modern yelkenlilerinde

“roket bilimi”nin kullanıldığnı söylemek çok da yanlış olmaz.Tekne ve yelken tasarımcıları özellikle

modern yarış teknelerini tasarlarken hava ve su dinamiklerini en ince ayrıntısına kadar hesaba katar.Elbette burada sizleri aerodinamik ve hidrodinamik hesaplarına boğmak gibi bir niyetimiz yok.İyi bir yelkenci olmak için bunları bilmek gerekli de olmayabilir.Ama yelken tutkunuz varsa,

ardındaki basit fiziğin ilginizi çekeceğini düşünüyoruz.

Binlerce yıllık geçmişine karşın yelkenler son yüz yılda büyük gelişim gösterdi. İşin ilginci bundan yüz yıl önce özellikle ticari gemilerde yelkenli teknelerin yerini motorlu tekneler çoktan almıştı.

Yelken daha çok hobi amacıyla kullanılır oldu. Yelkenciler modern yelkenlerin (hatta teknelerin diğer bazı aksamlarının) gelişimini havacılığın gelişmesine borçlu, çünkü yelkendeki gelişmeler havacılıktaki gelişmelerle parallel olarak ilerledi. Son yüz yıl içinde özellikle uçakların kanat yapıları üzerine birçok araştırma yapıldı. Havacılıkta verimlilik her şeyin üzerinde olduğundan, yelkenler de bundan nasibini aldı.Uçakların kanatlarının altı düz, üstü bombelidir. Uçak uçarken hava kanadın altından ve üstünden uçağın arkasına doğru akar. Kanadın üzerinden akan hava,

altından akan havaya göre daha hızlı hareket eder. İşin inceliği buradadır. Kanadın üzeri bombeli olduğundan buradan akan hava biraz daha uzun yol kat etmek zorunda kalır. “Bernoulli ilkesi” denen bir olguya göre, hızlı hareket eden havanın yüzeye uyguladığı basınç daha düşük olur. Yani uçağın kanadının altındaki basınç üstündekine göre daha fazladır. Hava ve su gibi akışkanlar basıncın yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere doğru hareket ettiğinden, bu basınç da uçağa yukarı doğru bir kuvvet uygular.Kanat şeklinin yanı sıra kanadın akan havanın yönünü değiştirmesiyle de kaldırma elde edilir. Örneğin uçağın yükselmesi gerektiğinde kuyruk kanadı yardımıyla uçağın burnu belli bir açıyla yükseltilir.Bu durumda kanat düzlemiyle karşıdan gelen hava arasında bir açı olur. Kanatlar karşıdan gelen havayı aşağı doğru yönlendirir. Bu durumda ne olduğunu,bundan yaklaşık 300 yıl önce Newton açıklamıştı: Bir cisme etki eden her kuvvete

karşı bir tepki oluşur. Bu tepkinin yönü ters, ama şiddeti aynıdır. Örneğin büyükçe bir kutuyu ittiğinizde kutu da size aynı kuvvetle karşı koyar. İşte, belli bir hücum açısıyla duran kanatlar da havayı aşağı iterken, hava da kanatları yukarı iter. Bu itme kuvveti uçağın havada kalmasını ve

yükselmesini sağlar.Uçakları uçurabilmek için hem Bernoulli ilkesinden hem de hücum açısından yararlanılır.

 Havada belli bir hızda seyreden bir uçağı havada yalnızca hücum açısıyla tutmak verimli olmaz, çünkü havanın yönünü değiştirmek çok enerji gerektirir.Ayrıca yönü değiştirilen hava uçağın arkasında hava girdapları yani türbülans oluşmasına yol açar. Bu da düşük basınç

yaratarak uçağı yavaşlatır. O nedenle düzseyirde hücum açısı olabildiğince düşük tutulur ve Bernoulli ilkesi yardımıyla uçağın havada kalması sağlanır.Modern teknelerde kullanılan yelkenler

de (bazı tipleri hariç) tıpkı bir uçak kanadı gibi çalışır. Bunu özellikle rüzgâr sörfü yelkenlerinde açıkça görmek mümkün.Rüzgâr sörfü yelkenlerinin bir tarafı bombeli ve serttir, gerçekten bir uçak kanadına benzer. Modern teknelerin yelkenleri de kumaştan yapılmış olmasına karşın rüzgârla dolduğunda kanat şeklini alır.Yelkenli teknelerde yelkenlerin ön (bombeli kısım) ve arka yüzeylerinde yapılan ölçümler, Bernoulli ilkesinin öngörüsünü destekliyor. Yelkenin ön kısmındaki

basınç arka kısmındakine göre düşük oluyor. Bir rüzgâr sörfçüsü, yelkenin ıskaça köşesinin (direğin karşısındaki köşe)gerginliğini değiştirerek yelkenin bombe ayarını değiştirebilir. Düşük rüzgârda bombenin fazla olması hızı artırır. Yüksek hızla esen rüzgârdaysa yelkenin aşırı kuvvet oluşturmasını engellemek için yelken gerilerek bombe azaltılır.

Yelkenlerin çalışma prensibinin anlaşılabilmesi için öncelikle akışkanlar dinamiği hakkında biraz bilgi sahibi olmamız gerekiyor.

18. yüzyılda İsviçreli bir bilim adamı olan Daniel Bernoulli akışkanların hızı ile hava basıncı arasında bir ilişkinin olduğunu kanıtladı. Özet olarak; bir akışkanın akma hızı ne kadar fazlaysa, üzerinde aktığı yüzeye o kadar az basınç uygular, dolayısıyla basıncı düşer. Bu olayın tam tersinde ise, akışkanın akma hızı ne kadar az ise üzerinde aktığı yüzeye o kadar fazla basınç uygular, yani basıncı artar. Uçakların uçma prensiplerinden biri budur. Diğeri ise Newton’un etki tepki prensibidir. Bizim yelkenlerimizde bu iki prensip sayesinde çalışırlar. Biz öncelikle Bernoulli’nin prensibini anlamaya çalışalım.

Aşağıda bir yelkenin yandan görünüşü gösterilmiştir. Hava molekülleri yelkene geldiği zaman ikiye ayrılır. Yelkenin dış tarafındaki (rüzgar altı) yol, iç tarafındaki (rüzgar üstü) yoldan daha uzundur ve yelkene gelip ikiye ayrılan hava molekülleri yelkenin güngörmez yakası’na  doğru yönelir. Üst taraftaki yol yelkenin alt tarafındaki yoldan daha uzun olduğundan üstteki hava akımı hızlanarak daha uzun olan yolu, daha hızlı bir şekilde akar ve yelkenin güngörmez yakasında, iç taraftan akan hava molekülleriyle buluşur. Akışkanlar ilkesine göre; bir akışkanın akma hızı ne kadar hızlıysa üzerinden aktığı yüzeye o kadar az basınç uygular. Bundan dolayı yelkenin içinde ve dışındaki hava akımlarının hız farkından dolayı basınç farkı oluşur. Yani dış tarafta yol uzun ve hızlanarak akan bir hava ve sonucunda meydana gelen bir alçak basınç ve beraberinde çekiş kuvveti, iç tarafta ise daha kısa bir yol, daha yavaş akan bir hava akımı ve sonucunda oluşan yüksek basınç nedeniyle  meydana gelen basınç farkından dolayı da, dışa doğru bir itme kuvveti oluşur. (Newton'un etki-tepki prensibi)

Buradaki basınç farkı yaklaşık olarak 4 ila 5 kat arasındadır. Yelkenli tekneleri büyülü kılan fizik olayı da budur. Rüzgar ve yelken biçimi nedeniyle oluşan bu güç sayesinde bir yelkenli tekne ile rüzgâr nerden eserse essin istediğimiz yere bir takım manevralarla çok rahatlıkla gidebiliriz.

TOR NEDİR?

 Tor, seyir esnasında rüzgar şiddetinden optimum şekilde yararlanabilmek için yelkene verilen kavis sayesinde sağlanan derinliği ifade eder. 

Yelkenlerin orsa yakasında güngörmez yakasına çekildiği farz edilen bir kirişin (c) ve kiriş boyunun (d) birbirlerine oranının 100 ile çarpımıdır. Tor bizlere yelkenlerin doluluğunu anlatan kavramdır ve yüzde ile ifade edilir.

Örnek: yelken boyu (C) 3 metre ve yelken derinliği (tor) (D) 30 santimetre ise, aşağıdaki formüle göre hesapladığımızda,  tor %10 çıkar. Peki bu tor ne zaman kullanılmalıdır?

%TOR= D/C * 100

Yelkenlerin orsa yakasından maksimum derinliğin olduğu yere kadar olan mesafeye derinliğin yeri denir. Değişik hava ve deniz koşullarına göre derinlik teknedeki yelken ayar araçları sayesinde başa veya arka tarafa doğru kaydırılır. Tor'un yeri de;

%TOR= B/C

Yelkenlerde tor arttırıldıkça güç de artacaktır.Tor verilmiş bir yelkenle hafif havada daha hızlı ve dalgalı denizde gidilebilmesi sağlanır.Ama rüzgar şiddeti artıkça tekne daha çok bayılacaktır ve bunu engellemek için yelkendeki tor azaltılır ve yelken düz hale getirilir.Yani yelkenciler hava durumuna göre denizde bu torla oynarlar.Hatta trim ayarlarıyla bu toru yelkenin önüne veya arkasına doğru kaydırabilirler. Şekildeki formülle yelkenimizdeki toru kendimiz ayarlayabilir ve buna bağlı olarak istediğimiz trimi yapabiliriz.Dikkat edilmesi gereken nokta, yelkenle bumba arasındaki uzaklığın en fazla olduğu noktanın mesafesidir. 

YELKENDE TOR NASIL YAPILMALI?

Tor ayarını hafif hava,dalgalı hava ve sert hava diye üç gruba ayırabiliriz.Hafif ve dalgalı havada yelkeni torlu kullanmak daha iyidir.Ama sert havada torlu kullanmak tekneyi bayıltacağı için ve dengeyi bozacağı için tor biraz daha azaltılır.

Püf Noktası: Sert havada yelkeni %10 torlu kullanmak uygundur.Fakat hafif havada yelkende daha fazla basınç farkı yaratmak için %18 e kadar tor arttırılabilir.Sonuç olarak genelde yelkenlere %10 ile %18 arası tor verilir.