Fizik Kanunları Ezber Bozdu: Atmosferdeki Kaldırma Kuvveti Çelik Ve Tüyün Terazideki Dengesini Değiştiriyor

Fizik, metroloji (ölçüm bilimi), akışkanlar mekanikliği ve kütle standartları dünyasında, klasik bir mantık bulmacasının arkasındaki bilimsel derinlik yeniden gündeme taşındı. Yıllardır kütleleri eşit olduğu için ağırlıklarının da aynı olduğu varsayılan 1 kilogram tüy ile 1 kilogram çeliğin, açık hava koşullarında hassas terazide eşit gelmediği kanıtlandı.

Nesnelerin terazideki ağırlık farkını belirleyen ana etken, akışkanlar mekaniğinin temel ilkelerinden biri olan "kaldırma kuvveti"dir. Genellikle denizler ve sıvılarla ilişkilendirilen kaldırma kuvveti, gaz ortamı olan atmosferde de doğrudan işlemektedir.

Yoğunluğu düşük olan tüyler, çeliğe kıyasla çok daha geniş bir hacim kaplar. 1 kilogram tüy yaklaşık 751 santimetreküp havanın yerini değiştirirken, 1 kilogram çelik sadece 127 santimetreküp havanın yerini almaktadır. Tüylerin daha fazla hava hacmini itmesi, atmosfere uyguladığı yukarı yönlü kaldırma kuvvetini artırmakta ve terazinin tüy tarafındaki net aşağı yönlü kuvveti hafifletmektedir.

Fizik uzmanlarının hesaplamalarına göre; vakum ortamında her ikisi de tam 1000 gram gelen maddeler deniz seviyesindeki atmosfere çıkarıldığında değerleri değişiyor. Havanın uyguladığı kaldırma kuvveti nedeniyle 1 kilogram tüy terazide yaklaşık 999,08 gram kuvvet üretirken, 1 kilogram çelik 999,85 gram kuvvet üretmektedir.

Aralardaki bu fark mikron düzeyinde görünse de, bilimsel deneyler ve küresel ölçüm standartları açısından hayati bir önem taşıyor.

2014 yılında yayımlanan deneysel bir çalışmada, bilim insanları bir vakum odasına hava pompalayarak nesnelerin ağırlık değişimini bizzat gözlemlediler. Çelik ve strafor bloklarla yapılan deneylerde, ortama hava girdikçe hacmi küçük olan metal tarafının ağır bastığı kesinleşti.

ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST), hassas kütle ölçümü yapılan laboratuvarlarda havanın kaldırma kuvvetinin hesaba katılmamasını "en büyük hata kaynağı" olarak tanımlıyor. Ölçüm bilimi standartlarına göre, yüksek hassasiyetli tüm analizlerde atmosferik düzeltme yapılması zorunlu kılınıyor.