1700 yılında doğup 1782 yılında ölmüş olan ünlü matematik ve fizik dahisi Daniel Bernoulli, akışkanların ( yağlar, su, sıvı akışkanlar ve gaz akışkanlar) hızlarının, basıncı nasıl etkilediğini gösteren bir deney ile ortaya çıktı. Bu gün teknoloji fakültelerinin mühendislik derslerinde özellikle akışkanlar mekaniği ısı transferi ve termodinamik prensiplerin bilimsel olarak açıklanabilmesinde rolü olan bir dahidir.
Uçakların kanatlarını havada yükselten hava moleküllerinin, kanat altında ve kanat üstüne hıza bağlı olarak kaldırma kuvvetinin de değiştiği gerçeğini ortaya koymuştur. Hava molekülleri, kanatların altından, üste göre daha düşük bir hızla ilerler. Kanat üstünde ilerleyen hava moleküllerinin, kanatlara uyguladığı dik F kuvveti düşük iken, kanat altında daha yavaş yol alan hava moleküllerinin kanatlara alttan uyguladığı F kuvveti çok daha fazladır. Bu da uçağı kaldıran güçtür. Onun içindir ki, kanat dizayn edilirken, kanatların üst kısmı kavisli yapılır ve hava moleküllerinin yolu uzatılır.
Böylece daha hızlı akış sağlanır ve bu şekilde basınç düşer. Bunun böyle olması için kanatlar özel olarak dizayn edilirler. Bunun nedeni, üstten akacak havanın daha hızlı akmasını böylece hız artınca basıncının düşmesini sağlamak içindir. Buna mukabil, hava molekülleri alt kısımdan geçerken yüzeyde bir engelle karşılaşmadıkları için o alanı daha yavaş hızda geçerler. Bu da havanın kaldırma kuvvetini arttırır. Aynı şekilde Bernoulli deney setinde de, su olarak kullanılan akışkanın hızı arttırıldığında, suyun çeperlere uyguladığı basıncın düştüğü gözlenmektedir. Buna göre boru çapını arttırdığımızda akış hızı azalmakta ve basıncı yükselmektedir. Boru çapını dar seçtiğimizde o bölgeden geçen suyun akış hızı artmakta ve basıncı düşmektedir. Şimdi de dahimizi biraz daha yakından tanıyalım.
Daniel Bernoulli Kimdir?
Bernoulli zengin bir ailenin çocuğuydu. Annesi Dorothea Falkner İsviçreli tanınmış ve zengin bir kadındı. Babası Johan Bernoulli de nitelikli bir matematikçiydi. Adeta o çağın yani 1700’lü yılların Arşimet’i olarak tanınıyordu. Daniel Bernoulli babası sayesinde matematikte çok hızlı ilerledi. Kardeşleri de aynı şekilde matematikte ustalaştılar.
Babası, hak ettiği parayı alamadığını düşünerek Basel Üniversitesindeki başkanlık görevinden ayrıldı. Çünkü babası da tüccar ve zengin bir aileden geliyordu ve çok para kazanmanın yolunun matematik öğretmek olmadığını fark etti. Daniel ile babasının arası hep bozuktu. Matematikte Daniel Bernoulli, kardeşlerinden daha zeki olmasına karşın, babası onunla fazla ilgilenmiyordu. Babası onun tıp okuyup doktor olmasında diretti. Daniel Bernoulli 15 yaşında tıp okumaya başladı.
Babasının takdirini kazandıktan sonra enerjinin korunumu denklemleri üzerinde yüksek matematik dersi almaya başladı. Dersi, o zamanın kıt bilgisi ile babası veriyordu. Daniel Bernoulli 1721 yılında tıp fakültesinden mezun oldu, solunum sistemleri ile ilgili bir tez hazırlamıştı. Buradan sonra Basel üniversitesinde yüksek matematik eğitim almak istiyordu. İş aradı fakat bu şehirde kimse ona iş vermedi. 1723 yılında tıp bilgisini pratiğe dökmek için Venedik’e taşındı. Hastalarla tanıştı doktorlarla çalıştı ama içindeki o matematik aşkını asla bastıramadı.
Daniel Bernoulli, Newton ve Galileo gibi dahilerin yolunda gitmekte kararlıydı. Onun yolu buydu ve tıpla ilgilenmiyordu. Ona göre bu dahileri izlerse, evrenin sırlarına vakıf olabilecekti. Evde akışkanları inceledi, onları matematiksel olarak ifade etmek istiyordu. Bir su tankının su seviyelerini değiştirerek, alttan da bir musluk açarak, suyun yüksekliğinin artması ile akış hızının artması arasında matematiksel bir ilişki kurdu. Bu aslında potansiyel enerjinin, kinetik enerjiye dönüşümünün ifadesinden başka bir şey değildi. Bu gün bize basit gelen bu keşif, 1700’lü yıllarda büyük bir olaydı. 1724 yılında dahimiz Bernoull , akışkanlar mekaniği, olasılık teorisi, diferansiyel denklemler ve geometri bilimlerine faydalı katkılar yaptığı ilk çalışmasını yani matematiksel alıştırmalarını yayınladı.
Tıp fakültesinden mezun olduktan 3 yıl sonra yayınladığı bu çalışma ona ödül getirdi. Denizcileri için, nemli havadan etkilenmeyen bir kum saat camı tasarladı. Amacı ödül almaktı. Camdan kum saatini yapan Bernoulli sesini bu camiada duyurmayı başardı. Sonra da Rusya Saint Petersburg şehrine davet edildi. Burada kendisine bilimler akademisinde profesörlük verildi ancak bu ünvan tıp eğitimi aldığı için verildi. Yani matematik profesörlüğüne o yıl değil daha sonra ağabeyi ile beraber atandı. Ancak kısa süre sonra ağabeyi hastalanıp öldü. Bu arada babası, Leonhard EULER isimli matematikçi öğrencisini, oğlu Bernoulli ile çalışmak için Rusya’ya gitmeye ikna etti. Euler, zaten dünyanın en iyi matematikçilerinden biriydi ve daha sonraki yıllarca meşhur e sayısını bulacaktı. Ancak o yıllarda henüz parlamamıştı. Bernoulli ile beraber bir süre matematik üzerine çalıştılar. Bernoulli Euler’den çok şey öğrendi.
Bernoulli’nin Bilime Katkıları
Bu gün, üniversitelerin teknik bölümlerinde ve mühendislik derslerindeki Bernoulli denklemlerini çıkarırsak, çok büyük bir eksiklik doğar. Gazların kinetik teorisi, akışkanlar mekaniğinin bilimsel prensipleri hep Bernoulli’nin katkılarıdır. Hatta fizik alanında gazların kinetik teorisi üzerine kafa yorulurken, Euler ısınan gazların moleküllerinin her birinin eşit hızlarda hareket edeceğini ileri sürdü.
Bernoulli ise bu moleküllerinin farklı hızlarda hareket edeceklerini ön gördü. Yani bu açıdan Bernoulli Euler’den daha parlak bir zekaya sahip iken, Euler de matematik alanında daha parlak bir dahidir. Bernoulli’nin, hava moleküllerinin uçak kanatlarına etkisi üzerine bilime kattığı bilgiler, bu gün hava taşımacılığının temellerini oluşturuyor.