10 Soruda Mükemmel Motorlar mümkün mü?

kapak görseli: Wikimedia Commons

Merhaba,

Bu yazımda sizlere enerji kayıpsız makineler olarak da bilinen “mükemmel motorlar”ı tanıtacağım. Sizlerle birlikte bunun mümkün olup olmadığını sorgulayacağız ve nedenlerinin neler olabileceği hakkında bilimsel bir yolculuğa çıkacağız.

Hazırsanız ilk sorumuzla başlayalım.

Mükemmel Motor Nedir?

Enerji kayıpsız makineler olarak da bilinen mükemmel motorlarda amaç sürtünme katsayısını 0’a indirmektir. Bu ise ancak makinenin dişlilerini sürekli bir döngü içine sokmakla mümkün olacaktır.

Bunun için bilim insanları bir kez enerji verildikten sonra sonsuz bir döngü içerisine giren dişli bir çark modelini referans almışlar. Buna göre çark aldığı ilk enerjiyi sonsuza kadar koruyarak çalışmasını devam ettirecektir. Bu model literatürde “devridaim makineleri” olarak isimlendirilir.

Devridaim Makinesi Tasarlamak Mümkün Müdür?

Devridaim makinelerin bir varsayım olduğunu daha baştan bellidir zira dönme hareketinin sonsuza kadar devam etmesi ancak sürtünme katsayısının 0 olması ile mümkündür (f_s = 0 N). Bu ise doğada imkânsız bir durumdur. Bunu termodinamiğin 1. yasası ile açıklayabiliriz.

Termodinamik Bu Konuda Ne Der?.

Termodinamiğin birinci yasası der ki; “Enerji doğada asla yok olmaz, sadece cinsini değiştirir (Örneğin ısı enerjisinin ışığa dönüşümü gibi).” Yani devridaim makinesini çalıştırmak için verdiğiniz enerji zaman içerisinde farklı enerji türlerine dönüşür. Eğer enerji dönüşümü olmayıp korunum sağlanmış olsa idi, dişli çark sonsuza kadar dönebilirdir. Fakat termodinamiğin 1. yasası bunun asla mümkün olmayacağını söylüyor.

Bu günlük hayatta hiçbir işten 100% verim alınamayacağı anlamına da gelir.

Sürtünme Katsayısının Devridaim Makinesiyle İlgisi Nedir?

Devridaim makinesi potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşümü mantığına dayanır. Potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşümünde ise sürtünme katsayısı devreye girer ve bu kinetik enerji miktarını azaltır. Yani eğer K_P = K_E olsaydı enerji kaybı 0 olacaktı ve devridaim makinesi mümkün olacaktı. Ancak gerçek yaşam pratiğinde yapılan tüm işlerde sürtünme kuvveti sisteme dâhil olduğundan E_P = E_K + E_S şeklinde bir dönüşüm gerçekleşmektedir. Bu da devridaim makinelerinin imkânsızlığına bir diğer kanıttır. Hatta sürtünme enerjisi bütün enerji dönüşümlerinde muhakkak var olduğu için her daim E_P ≠ E_K ve E_P > E_K olduğunu söyleyebiliriz. Bu potansiyel enerjinin dönüştürülen kinetik enerjiye eşit olmadığı ve potansiyel enerjinin daima kinetik enerjiden büyük olacağı anlamına gelir.

İlk Modeli Tasarlayan Kimdir?

Devridaim makinelerinin ilk pratik örneğini deneyen, 12. yy.da Hindistan’da yaşamış olan bilim insanı Bhaskara’dır. Geliştirmiş olduğu dişli çark sisteminin her bir dişlisine cıva dolduran Bhaskara, sıvının akışkan etkisiyle çarkın sonsuza kadar dönmesini ümit etmiştir. Ancak kılcallık ve buharlaşma etkisiyle sıvı kütlelerindeki eşitliğin bozulduğunu görmüştür. Bu durum makinenin bir süre sonra durmasına sebep olmuştur.

Kılcallık ve Buharlaşmanın Etkisi Nasıldır?

Bhaskara tekerleğinde sistemin sonsuza kadar çalışmamasına sebep olan iki şeyin kılcallık ve buharlaşma olduğunu dile getirdik. Bunlar şu şekilde açıklayabiliriz:

Kılcallık Etkisi: Her ne kadar başlangıçta dişli haznelerin içerisine eşit miktarda sıvı konulmuşsa da sıvılar, dönme esnasında dişli yüzeylerine farklı oranlarda tutunur. Bu durum dişliler arasındaki sıvı miktarı eşitliğini değiştireceğinden dönme sonsuza kadar sürmeyecektir.

Buharlaşma Etkisi: Dişli hazneleri arasındaki su miktarı eşitliğini değiştiren bir diğer unsur da buharlaşmadır. Buna göre hazne içerisindeki sıcaklık, su miktarlarının farklı oranlarda buharlaşmasına sebep olur. Buna bağlı olarak dönme işlemi önce yavaşlayıp sona durur.

Olsaydı Faydası Ne Olurdu?

Mükemmel motorlar (devridaim makineleri) hayata geçirilebilse idi motorlu cihazlarımızdan sonsuz enerji elde edebilirdik. Günlük hayattan belirtecek olursak, bir defa döndürülmeye başlandığında sonsuza kadar dönebilen bir çıkrık, tek seferlik kuvvetle sonsuza kadar çalışabilen bir makara buna örnektir. Veya “Çalıştır” düğmesine bastıktan sonra sonsuza kadar çalışabilen mekanik bir cihazı buna örnek gösterebiliriz.

Başka Deneyen Oldu Mu?

Devridaim makinesi yapmayı Bhaskara’dan başka İtalyan fizikçi Zimara da denemiştir. Zimara’nın tasarladığı sistemde sabit konuma yerleştirilen bir rüzgârgülüne bir balondan sürekli hava üfürülmesi söz konusudur. Balonun bir ucu rüzgârgülünün kanatlarından birine bağlanmıştır ve kanat ileri-geri hareket ettikçe balonun içine hava dolmaktadır. Fakat bu model de sonsuza kadar çalışamamış ve fizik kurallarına yenik düşmüştür.

Leonardo Da Vinci bile kendi bilgi düzeyi nispetinde bir devridaim makinesi yapmayı denemiş ve o da bunun olanaksızlığını kendi gözleriyle görmüştür.

Keza günümüz jenerasyonunun da “olmasa da bir denesek…” isteğiyle geliştirmiş oldukları farklı model ve mekanizmalardaki devridaim makinelerinin güncel versiyonlarına da sosyal medyada rast gelebilirsiniz.

Mıknatısla Denesek Yine mi Olmaz?

Devridaim makinesini mıknatıs gücüyle sürekli olarak çalıştırmayı deneyenler de olmuştur. Bu mantığa göre mıknatısın ucu devridaim makinesindeki zıt kutbu çekecek şekilde konumlandırıldığında dönme hareketi başlar. Fakat bu sefer de mıknatısın elektromanyetik enerjisinin tükenmesi sebebiyle dönme işlemi sonlanacaktır.

Yani mıknatısla deneseniz yine olmaz. Çünkü en sade tabiriyle, mıknatıslar sonsuz enerji kaynağı değildir.

Endüstride Kullanılan Devridaim Motorları ile Aynı mı?

19. yy.da sanayi devrimi ile birlikte elektrik enerjisi ile çalışan devridaim motorlar geliştirilmiş ve devasa makinelere entegre edilerek endüstrinin temel bileşenlerinden biri haline gelmiştir. Günümüzde de bu motorlar, birçok sanayi kuruluşunun belkemiğini oluşturur.

Fakat bunlar, tarih boyunca denenmiş ve her daim varsayımsal bir prototip olmaktan öteye geçememiş devridaim makineleri ile aynı şey değildir. Zira günümüz endüstrisinde kullanılan devridaim motorlar, elektrik enerjisi ile çalışır. Bu da harici bir enerjiye ihtiyaç duyduklarının ve enerji verilmesi durdurulduğunda makinelerin de duracağının bir kanıtıdır.

Bu yazımda binlerce yıldır başarılamamış olmasına rağmen, heves ve istekle denenmeye devam edilen ütopik bir varsayımı kısaca anlatmaya çalıştım. Umarım faydalı bulmuşsunuzdur.

Yeni yazılarda görüşmek üzere, sevgiler.