Pitch Drop Deneyi

Pitch Drop Deneyi, 1927 yılında Avustralya’daki Queensland Üniversitesi’nde başlatılan ve çok yüksek viskoziteye sahip ziftin uzun zaman ölçeklerinde akış davranışını gözlemlemeyi amaçlayan bir fizik deneyidir^【1】. Deney, aynı zamanda Türkçede bazen “Ses perdesi düşüşü deneyi” veya “zift damlası deneyi”, İngilizce literatürde ise “Pitch Experiment” olarak da anılmaktadır. Deney, oda sıcaklığında sert ve katı gibi görünen bazı maddelerin gerçekte son derece yavaş akan sıvılar olduğunu göstermesi bakımından akışkanlar mekaniği ve viskozite kavramlarının anlaşılmasında sıkça başvurulan bir örnek olarak kabul edilmektedir^【2】.

Deneyde kullanılan zift, asfalt benzeri yüksek viskoziteli bir maddedir^【3】. Bu madde günlük gözlemde sert ve kırılgan bir katı gibi davranabilir hatta mekanik bir darbe altında parçalanabilir. Bununla birlikte uzun zaman ölçeklerinde moleküler hareket nedeniyle çok yavaş akan bir sıvı niteliği gösterir. Bu nedenle madde yerçekiminin etkisi altında son derece yavaş bir akış gösterir ve damla oluşumu ancak uzun yıllar süren gözlemler sonucunda fark edilebilir^【4】.

Ses perdesini tanımlayan etiket, 1915.(National Museums Scotland)

Tarihçe

Pitch Drop Deneyi 1927 yılında Queensland Üniversitesi’nde fizik profesörü Thomas Parnell tarafından başlatılmıştır^【5】. Deneyin amacı, öğrencilerine katı ve sıvı hâlleri arasındaki ayrımın günlük deneyimlerde algılandığı kadar kesin olmadığını göstermekti^【6】.

Deney hazırlanırken zift önce ısıtılarak akışkan hâle getirilmiş ve camdan yapılmış bir huninin içine dökülmüştür. Huninin içinde bulunan ziftin düzgün biçimde yerleşmesi ve içindeki hava boşluklarının ortadan kalkması için madde birkaç yıl boyunca bekletilmiştir. Bu bekleme süreci, ziftin huninin içinde daha homojen bir yapı kazanmasını ve akışın daha düzenli bir biçimde gerçekleşmesini sağlamıştır^【7】.

Daha sonra huninin alt kısmı kesilmiş ve ziftin dar açıklıktan çok yavaş biçimde akması sağlanmıştır. Deney düzeneği Queensland Üniversitesi’nin fizik bölümünde kurulmuş ve deney başlatıldığı tarihten itibaren kesintisiz biçimde sürdürülmüştür^【8】.

Deney, zaman içinde üniversitenin en tanınan bilimsel gösterilerinden biri hâline gelmiş ve uzun süreli deneysel gözlemlerin dikkat çekici bir örneği olarak bilim tarihi literatüründe yer almıştır^【9】.

Deneyin gelişimi birkaç temel aşamadan oluşmaktadır. 1927 yılında Thomas Parnell tarafından deneyin kurulması, 1938 yılında ilk zift damlasının oluşması, 1961 yılında John Mainstone’un deneyin gözetmenliğini devralması ve 2013 yılında Mainstone’un ölümünden sonra sorumluluğun Andrew White’a geçmesi bu sürecin başlıca dönüm noktaları arasında yer almaktadır^【10】.

Queensland Üniversitesi'nde yapılan Pitch Drop Deneyi sırasında Profesör John Mainstone.(National Museums Scotland)

Deney Düzeneği ve Çalışma Prensibi

Deney düzeneği cam bir huniden oluşur. Huninin üst kısmı zift ile doldurulmuş olup alt kısmı dar bir çıkış oluşturacak şekilde kesilmiştir^【11】. Zift huninin içinde yerçekimi etkisiyle çok yavaş biçimde aşağı doğru hareket eder ve dar ağız kısmında bir damla oluşturur^【12】. Damla büyüdükçe kütlesi artar ve belirli bir noktada yüzey gerilimini aşarak kopar ve aşağı düşer^【13】.Bu süreçte ziftin çok yüksek viskozitesi damla oluşumunun son derece yavaş ilerlemesine neden olur ve damlanın kopma aşamasına ulaşması yıllar sürebilir.

Viskozite, bir akışkanın akmaya karşı gösterdiği direncin ölçüsüdür. Pitch Drop Deneyi kapsamında yapılan değerlendirmelere göre ziftin viskozitesi suyun viskozitesinden yaklaşık yüz milyar kat daha büyüktür. Bu değer, ziftin akış hızının günlük zaman ölçeklerinde neredeyse fark edilemeyecek kadar düşük olduğunu göstermektedir^【14】.

Damla Oluşumu ve Gözlemler

Deney başladıktan sonra ilk damla 1938 yılında huniden koparak aşağı düşmüştür. Daha sonraki damlalar da benzer şekilde uzun zaman aralıklarıyla meydana gelmiştir. Gözlemler damlalar arasındaki sürenin genellikle sekiz ile on üç yıl arasında değiştiğini göstermektedir^【15】.

Bugüne kadar kaydedilen damlaların oluşum yılları genel olarak şu şekilde sıralanmaktadır:

• 1938 – birinci damla
• 1947 – ikinci damla
• 1954 – üçüncü damla
• 1962 – dördüncü damla
• 1970 – beşinci damla
• 1979 – altıncı damla
• 1988 – yedinci damla
• 2000 – sekizinci damla
• 2014 – dokuzuncu damla

Pitch Drop Deneyi’nin dikkat çeken özelliklerinden biri, damlaların düşme anlarının çoğunun doğrudan gözlemlenememiş olmasıdır. Damla kopma süreci çok kısa sürdüğünden, birçok durumda araştırmacılar damlanın düştüğünü ancak huninin altında yeni bir damlanın oluştuğunu fark ettiklerinde anlayabilmiştir^【16】.

Son Gözlemler

Deneyin ilerleyen dönemlerinde damla oluşumunu doğrudan gözlemleyebilmek amacıyla huninin alt kısmına kamera sistemleri yerleştirilmiştir. Özellikle 2000’li yıllarda dijital görüntüleme teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte deney düzeneğine sürekli kayıt yapan kameralar eklenmiş ve deney internet üzerinden canlı olarak izlenebilir hâle getirilmiştir^【17】.

2014 yılında dokuzuncu damlanın oluştuğu kaydedilmiştir^【18】. Bu damlanın oluşma süresinin önceki damlalara göre daha kısa olması, ortam sıcaklığındaki değişimlerin ziftin viskozitesini etkileyebileceğini göstermiştir^【19】.

Bilimsel Önemi

Pitch Drop Deneyi, akışkanların çok uzun zaman ölçeklerinde gösterdiği davranışların anlaşılması açısından önemli bir deneysel model olarak kabul edilmektedir^【20】. Deney, görünüşte katı olan bazı maddelerin gerçekte çok yüksek viskoziteli sıvılar olabileceğini gösteren somut bir örnek sunmaktadır^【21】.

Aynı zamanda olağanüstü uzun süreli yapısı nedeniyle dünyanın en uzun süreli bilimsel deneylerinden biri olarak kabul edilmekte ve bu niteliğiyle Guinness Dünya Rekorları tarafından kaydedilmektedir^【22】. Deney günümüzde Queensland Üniversitesi’nde sürdürülmekte ve ziftin akış süreci düzenli olarak izlenmeye devam etmektedir^【23】.

Deney aynı zamanda bilimsel araştırmalarda uzun süreli gözlemin önemini gösteren dikkat çekici örneklerden biri olarak değerlendirilmektedir. On yıllar boyunca sürdürülen bu gözlem süreci, bazı fiziksel süreçlerin yalnızca çok uzun zaman ölçeklerinde anlaşılabildiğini ortaya koyan deneysel çalışmalardan biri olarak kabul edilmektedir^【24】.