System International (SI): Bir Dayatmanın Adı

Celalettin ÇİFTCİ, İnşaat Yüksek Mühendisi, (İTÜ-1962), (KTÜ Eski Öğr. Gör.)

Bilindiği gibi 1960 yılında bilim ve teknoloji ile güncel yaşamda kullanılmak üzere Kuvvet/Ağırlık ve basınç birimleri ile diğer birim adlarını yeniden ve bilimsel olarak belirlemek üzere Paris’te başlayan System International d’Units (SI); çalışmalarını 1969 yılında tamamlayarak yedi maddeden oluşan Temel Birimler sistemiyle bunlardan türetilen diğer Birimler dizgesini üye ülkelere sunmuş ve 1978 e kadar da geçiş (ya da intibak) süreci tanımıştır.

Aradan geçen kırk yılda özellikle ağırlık ve basınç birimleri adına toplumun ilgili hiçbir kesimi bu yeni düzenlemeyi kabullenememiş; teknoloji ve uygulamalı mühendislik alanında kullanılmakta olan geleneksel kuvvet/ağırlık ve basınç terminolojisine –mecbur kalmadıkça– bağlı kalmaya ve onunla yaşamaya devam etmiştir. Buna karşın (SI) uzmanları duruma sadece seyirci kalmakla yetinmiş; ağırlık ve basınç birimlerinin dayatma haline geldiğinin farkına bile varamamışlardır. Sonuçta ne olmuş ona bakacak olursak; yaklaşık 102 grama eşit olan kuvvete (ya da ağırlığa) bir Newton, bir metrekare yüzey üzerine bir Newtonluk yükün eşit yayılımıyla oluşan basınca da bir Pascal denmiştir.

Oysa mühendislik uygulamasında beton, çelik ya da herhangi bir malzeme dayanımı için “m² yüzeye yayılı yük” tarifi, deney eprüvetlerinin fiziksel boyutları ve bu deneylerin yapılış ve hassasiyetleri göz önüne alındığında ne yazık ki hayli absürd kalmaktadır. Örneğin inşaat mühendisliğinde kullanılan “m² yüzeye kuvvet (ya da ağırlık)” tanımlaması yapıya etkiyen rüzgar yükü ya da döşeme vb. yükleri akla getirir. Beton veya yapı çeliği ile ilgili kalite belirleme deneylerinde de kg/cm², hatta bazı özel çelik türleri için kg/mm² ifadelerinin seçim zorunluluğu boşuna değildir. Tüm dünyanın uzun araştırmalarla edindiği sonucu “yok” saymak önemli bir yanlıştır.

Aynı görüş ağırlığın tarif ve adlandırılışı için de geçerlidir. Yaratılan dayatma yerine toplumun nabzı tutularak düzenleme yapılsaydı, değil sadece mühendislik; yaşamın her alanında benimsenip  kullanılır; hiçbir sorun yaşanmazdı. Nitekim kırk yıldır ağırlık için kg; basınç için de kg/cm² birimleri kullanılmaya devam etmekte; manometreler de tartı aletleri de hep bu doğrultuda üretilmektedir. Kaybedilen zamana ve emeklere yazık olmuştur. Öte yandan standartlar için:

“Ürünler, hizmetler ve üreticiler için kriterler belirleyen belgelenmiş ve genellikle gönüllü anlaşmalardır” denir. Ama gerçekte (SI) dayatmasıyla bu gönüllülük hiçe sayılmış; maya da tutmamıştır.  

Hedeflenenin, bilindiği gibi kütlenin yerçekimi ivmesinden bağımsız olarak düşünülmesi ve birimlerin bu doğrultuda belirlenmesidir. Eğer yaşamın tüm alanlarına müdahale etmeksizin başarılabilseydi elbet saygı duyulabilirdi. Başarılamamış; insanlığın kendi iradesiyle geliştirip gönüllülük esasına göre kullanmaya alıştığı “1791–Paris” birimler sisteminin değiştirilmesi işte bu nedenle sonuç vermemiştir. Yazının amacı kuşkusuz geriye dönüş değil; yeniliklerin toplumla barışık ve daha titiz yapılması gerekliliğidir. Bu durumda SI’ nin yeniden revize edilmesi ve farklı bir sistemin geliştirilmesi zorunluluktur.

Aşağıda sadece kütle, ağırlık ve basınç ilişkisinde SI yi revize eden ve mühendislik uygulamaları ile günlük yaşamı da tatmin edecek yeni bir sistem çalışması sunulmaktadır.

Önce (SI)’nin mühendislik pratiğine de dayatılan terim ve formüllerine değinelim:

‘M veya m’ : Kütle’ye verilen isim: Birimi Kilogram (Kg) dır. (oysa gr ve kg ikiyüzü aşkın yıldan bu yana “mks”; sistemindeki ağırlık biriminin adıdır.)

Kütle tanımı bugüne kadar platinyum-iridyum alaşımı fiziksel bir nesne baz alınarak yapılmaktayken Mayıs–2019 itibarıyla, yine kg adıyla Planck sabiti [6,626 0693×10 ^-34 joule.saniye] üzerinden yapılacaktır. Kütlede olduğu gibi, tanımı artık fiziksel nesne yerine ışınım dalgaboyu üzerinden yenilenen metre için de değişmezlere ulaşılma gayreti kuşkusuz saygıdeğerdir.

 ‘a ivme’ : Hızın hızlanmasıdır. Birimi (SI) ye ve (mks) ye göre de metre/saniye² dir. İvmenin özel hali, (g) ile gösterilen ve ülkemiz için ortalama 9,81 olarak kullanılan yerçekimi ivmesidir.

1. Bölüm

(SI)’ ye Göre Kuvvet ve Ağırlık Birimi

(SI)’ ye göre Kuvvet birimi yukarıda belirtildiği gibi Newton‘ dur. Kısaca (N) harfiyle gösterilmektedir. Terimin fizik bilimine yaptığı katkılar nedeni ile İngiliz bilim adamı Isaac Newton’un adını taşıması ilgili komisyonca uygun görülmüştür.

Kütlesi 1 kg olan bir cismin hızını, saniyede 1 m arttırmak için o cisme uygulanması gereken kuvvet miktarı olarak tanımlanır ve;

P=mxa  ile formüle edilir.      N =m[kütle(Kg)] x a[ivme(m/san²)] 

Ağırlık ise kuvvetin bir özel hali; kuvvet formülündeki (a) ivmesinin (g) ye yani yerçekimi ivmesine eşit olması durumudur. Böylece (SI) ye göre ağırlık birimi de Newton olmaktadır. Fakat geçiş sürecinde ağırlık ve kuvvet için bir süreliğine kilo-pond (kp) ve kg-force (kgf) ifadesinin kullanımı kabul edilmiştir. Bunlardan kp ve kgf aslında ayni değerleri ifade etmekte ve kullanmakta olduğumuz Kg la tamamen eşdeğerdeki ağırlıklardır. (KiloPond[kp]: kgf’un Alman teknik literatüründeki karşılığıdır) Ama 1978 den bu yana artık bu birimlerin (SI) birimler sisteminde ağırlık birimi olarak yeri yoktur. Tek kuvvet ve ağırlık birimi belirtildiği gibi yaklaşık 102 grama eşdeğer olan Newton’dur. Oysa kullanılmakta olan ağırlık birimi (G) hala Kg dır. G =mxg formülü ile ifade edilir. Burada kullandığımız 1 kgf=kütle (m) x yerçekimi ivmesi (g) dir.

SI’nin kütle birimi olarak kullandığı Kg simgesinden farklılaştırmak amacıyla sadece bu yazıya özgü olmak üzere ağırlık ve kuvvet birimlerine (f) harfi eklenmiş; gf ve Kgf simgeleri oluşturulmuştur. Birimlerin orijinal yazılışı kuşkusuz yine gr ve kg dır. (g) simgesi ayni zamanda yerçekimi ivmesi olarak da kullanıldığı için gram karşılığı olarak (gr) harflerinin kullanımı bir zorunluluk olmalıdır.

(g) değerinin hem kutuplardan ekvatora doğru hem de yüksekliğe bağlı olarak küçük bir miktar değiştiğini biliyoruz ve yurdumuz için –yukarıda belirtildiği gibi– 9,81 m/san² ortalama değerini kullanıyoruz. Ama (g) değerindeki  değişim, yani ayni cisme ilişkin yeryüzündeki en küçük ve en büyük ağırlık farkları oranı sadece %0,5 tir. ticari hayata da teknolojik yaşama da etkisinin rahatlıkla ihmal edilebileceği kabul edilir. Üstelik kefeli, yani karşı ağırlıklı terazilerin tartı sırasında (g) deki değişimi tamamen ortadan kaldırdığı da bir fizik gerçeğidir. (SI)’nin tanım ve hesaplamalarında (g) değeri için Paris’teki karşılığı olan 9,80665 m/sn² (veya 9,8067) değeri kullanılmaktadır.

(SI) ye Göre Basınç Birimleri

(SI) ye göre Basınç Birimleri aşağıdaki gibidir:
Bunlar Mekanik ve Mühendislik Pratiğinde kullanılan Basınç Birimleri ile Sıvı sütunu Üzerinden Tanımlanan Basınç Birimleri olmak üzere ikiye ayrılmakta ise de bu ikincilerin türetilmiş birimlerle ifadesi daha yaygındır. Açıklayalım:

 1- Mekanik ve Mühendislik Pratiğinde kullanılan Basınç Birimleri Pascal(Pa) ve Mega-Pascal(MPa) dır.

(SI) ye göre 1 m² alan üzerine dik olarak etki eden ve bileşkesi yaklaşık 102 grama eşdeğer olan Newton’ un bu alanda oluşturduğu basınca bir pascal denmiştir. Yani: 1 Pa = 1N/m² dir.

Bir milyon pascal ‘a da bir Mega Pascal denmektedir.

2- Yine (SI) ye göre Sıvı sütunu Üzerinden Tanımlanan Atmosfer ve gaz Basınç Birimlerinin başlıcaları aşağıdaki tabloda görüldüğü gibi Teknik Atmosfer(At), Fiziksel Atmosfer(Atm) ve Bar’dır. Üçü de (SI) dışında tutulan bu birimlerin kuşkusuz Pascal ve Megapascal üzerinden de karşılığı bulunmaktadır. Özetle belirtirsek :

1 Teknik Atmosfer (At) : 1 cm² alan üzerine dik konumlu ve düzgün yayılı olarak etkiyen ve bileşkesi 1 kilo-pond olan basınca verilen ad. Burada belirtilen kp yukarıda belirtildiği gibi geçiş dönemi için kullanımına izin verilen 1 kgf kuvvetin eşitidir.

1At=1kgf/cm²(veya kp/cm²)=9,8067 N/0,0001(m²)  veya;  1 At = 98067 Pa  ve

10 At =0,9807 MPa1 MPa  bulunur.

1 Fiziksel Atmosfer (Atm) : Serbest atmosfer de denmektedir. 0ºC ve deniz seviyesindeki 760 mm civa sütunu eşdeğeri atmosferik hava basıncına verilen addır. Paris ve civarı için civa özgül ağırlığı 13596 kgf/m³ alındığından;

1Atm=76(cm.civa)x0,013596(kgf/cm³)=1,0333 kgf/cm²(=10333 kgf/m²)  ve 1Atm=10333×9,8067=101333 N/m² ≡101333 Pa =0,10133 MPa 10Atm=1,0133 MPa  1 MPa bulunur.

Bar ise : Yüzbin Pascal’a verilen addır. Yani  1 Bar=10⁵ Pa = 1,0197 At dir.

(SI) ye göre : 1 Atm = 1,0333 At = 1,0133 Bar  olduğunu gördük. Birimlerin (g) den bağımsız olması gereği öne sürülerek (N) ve (MPa) dayatmalarıyla mühendislik çalışmalarındaki algıların altüst edilmesine karşın “hassasiyet sınırları içinde; 1Atm≈1At≈1Bar alınabileceği” yine (SI) tarafından kabul edilmektedir. Özetle :

Not: Tablo düzenlemesinde (SI) nin kullandığı ve Paris için esas alınan g=9,8067 değeri kullanılmıştır, (g) yerçekimi ivmesinin değişkenliği nedeniyle her ülke için bu tablo çok küçük; dolayısıyla ihmal edilebilir farklılıklar gösterir.

(SI)’ye Göre İş, Enerji ve Güç Birimleri

(SI)’ ye göre iş ve enerji birimi erg ve joule; Güç birimi ise Watt’ tır. Fizik Biliminde eskiden beri İş/enerji birimi olarak kabul edilen ve birimi (gr.xcm²/sn²) olan ERG, 1 Dyn ağırlığındaki bir cismin, aynı doğrultuda –fakat zıt yönde– bir 1 cm hareket ettirilmesiyle yapılan işe verilen addır; Fakat işlemde dyn bir kuvvet birimi ise erg, uygulama yönündeki 1 cm harekete verilen isimdir. JOULE ise cgs birimler sistemine göre 10⁷ Erg’e eşit iş/enerji birimi olarak kabul ve tarif edilmekte iken (SI) bu birimi bir Newton’ luk bir kuvvetin bir cismi kuvvet doğrultusunda bir metre hareket ettirmesiyle yapılan iş olarak tariflemiştir. Newton da Dyn gibi yerçekimi ivmesi (g) den bağımsız olarak tariflendiği için (SI)’nin yeni bir müdahalede bulunmadığı söylenebilir. Nitekim hesaplandığında 1N=100.000 Dyn. bulunur. Böylece (SI) ye göre J(joule)=Nxm.(kg.m²/sn²) olmaktadır. (gr ve Kg simgeleri [SI]’ye göre kütle birimi olmak üzere)

Mühendislik fiziği öğretisindeki en küçük kuvvet/ağırlık birimine dyn(1gr.x1cm./sn²) denmektedir.  Dyn, 1 gramlık bir kütlenin saniyede 1 cm hızlanması ile oluşmaktadır. Ülkemiz için (9,81xDyn) değerinin, kullandığımız ağırlık birimi GRAM’ı (yani grf) ifade ettiğini de belirtelim. Öte yandan Dyn de, İş birimi olan Erg(dynxcm) de ağırlık birimi olarak kullandığımız gram ve kilogram gibi (SI) birimler sistemi dışında tutulmuşlardır. Joule, newton, pascal ve watt ise (SI) nin yedi temel birimi üzerinden türetilerek tanımlanmışlardır.

1969 öncesinde ve sonrasındaki (SI)’ye göre de çok kullanılan Güç Birimi Watt’tır ve Joule/saniye (J/san.) olarak tanımlanır.

Güç Birimi olarak 75xkgfxm/san. eşiti olan Beygir gücü(BB) (=75.10².10³.981 erg/san736 Watt 0,736 kw.) veya 1kw=1,359 BB. vb. başka tanımlamalar da vardır ki bunların üzerinde sadeleştirme yapılarak birimler sayısında –eğitime olan isteksizlik de hesaba katılarak– azaltmaya gidilmesi artık bir zorunluluktur.

2. Bölüm

Yeni Bir Sistem Gerekiyor

(SI) yi de dışlamayan ve 1. Bölümde sözü edilen bu tasarıma göre:
Kütleye (Gr.) veya (Kg.) yerine (x) dendiği zaman K(x)-(kilo-x) adı verilirse kütle kavramında  hiçbir değişiklik olmaz ve fiziksel anlamda Kuvvet Birimi olarak N=mxa  genel formülü yine aynen kurulabilir. Yani sorunun çözümü için kütleye başka herhangi bir isim verilmesi yeterlidir. Örneğin (x) yerine (SI) de (Newton) ya da (Pascal) isimlerinin seçiminde yapıldığı gibi örneğin sanata hizmeti geçmiş ünlü piyanistimiz Fazıl Say’ın soyadı uygun ve anlamlı görülebilir. Bu isim aynı zamanda ünlü Türk beşlisinden Adnan Saygun’un da soyadını çağrıştırmaktadır. Ya da ilgisi olmayan, fakat kolay söylem amacıyla uygun görülecek ve yadsınmayacak bir başka sözcük de atanabilir. Bu durumda : Kütle birimine örneğin; say ve Kilo-say ya da kısaca Ksay veya Ks dendiğinde;

Birim Newton=birim kütle(kilo-say [Ks]) x  birim ivme(a=1m/san²) olmakta ve sonuçta; gram(gr) ve kilogram(kg) sözcükleri serbest kalmaktadır ki, AMAÇ DA BUDUR.

Yeni bir isim gerekiyorsa “Sistem Türkiye”  denmeli…

Bu durumda (SI) nin 1978 den beri ağırlık birimi olarak teknolojiden tamamen dışladığı; halkın kullanımına sırtı dönük tavrı da ortadan kalkacak; insanların ağırlık birimi olarak kullanmaya devam ettiği (gram) ve (kilogram) sözcükleri yeniden halkın da mühendisliğin de temel sözcükleri olacak; kırk yıllık kaos sona erecektir.

Bu arada ABD’ nin, bilimsel çalışmalarda da SI’ye, yani “System International d’Unites” e tamamen bağımlı olmayı reddeden dünyadaki tek ülke olduğunu belirtelim. Demek oluyor ki SI’nın yol açacağı uygulamsal tahribatı ABD daha baştan görmüş ve gerekli önlemini de almıştır.

Kütle birimi olarak say’ı kullanarak yeni birimler sistemini şöyle oluşturabiliriz:

(SI) ye göre  Kuvvet  ve  Ağırlık  Birimleri:

Kuvvet ve Ağırlık birimi : Yine Newton (N) dur. Fakat Kütle Birimi artık (Ks)’dir.

Yukarıda örneklendiği gibi, 1N=1 Ks x 1 m/san² (Buradaki Newton’un ağırlık olarak karşılığı mks sistemine göre yine yaklaşık 102 gramdır. Yani değişen bir şey yoktur.)

(SI) Basınç Birimleri

(SI) nin özel olarak kullanmaya devam edeceği Mekanik ve Mühendislik Pratiğine ilişkin Basınç Birimleri:

Yine Pascal (Pa) ve Mega-Pascal (MPa) dır.  Pascal (Pa) : 1. Bölüm’de anlatıldığı gibi (SI) nin açıklamasına tamamen uyarak;

1Pa=1N/m² ; Fakat yeni kütle adlarıyla [(1Ksx1m/san²) / m²]. Yani kütlesi 1 kilo-say olan bir cismin a=1 m/san² lik ivme altında iken meydana gelen kuvvetin(ağırlığın) bir m² yüzey üzerine eşit yayılı olarak etkimesi halinde oluşan basınca bir Pascal denir.

Mega-Pascal [Mpa] :  1 MPa = 1x10⁶ Pa dır.  Yukarıda da açıklandığı gibi birim m² yüzeye 102.000 Kgf; yani bir cm² yüzeye 10,2 kgf (çoğu kez: 10- Kgf/cm²) basınca bir MPa denmesi gerekmektedir.

FAKAT : Önerilen bu yeni sisteme göre artık ağırlık birimleri gr, kg. ve ton; Mühendislik uygulamaları vb. de kullanılacak olan Basınç-çekme gerilmesi birimleri ise gr/cm², Kg/cm²,  ton/cm² ve kg/mm² vb. dir.

Bu ifadelerin alt ve üst katları ihtiyaca göre sorunsuzca kullanılabilir. Yapı ağırlıkları ile hidrolik ya da rüzgar basıncı gibi durumlarda bu kez kg/m² veya ton/m² birimlerine yer verilmelidir.

(SI’ye göre) Sıvı sütunu Üzerinden Tanımlanan Atmosfer ve Gaz basınçları birimleri :

Teknik Atmosfer [At] : 1 cm² lik alan üzerine YİNE dik olarak etki eden ve bileşkesi 1 kgf olan yayılı yükün bu alanda oluşturduğu basıncın bir teknik atmosfer olarak tanımlandığı aynen kabul edilmektedir. Tek fark, artık kgf sözcüğünün bu kez klasik ağırlık birimini ifade etmesi ve kg adını almasıdır.

1 Teknik Atmosfer [1At] =1(kp/cm²) [1At] =1(kgf/cm²) dir.

Fiziksel –ya da Serbest– Atmosfer [Atm] : Önceki bölümde açıklandığı gibi yine 76 cm civanın 0ºC deki (Paris ve çevresine göre) 13596 kgf/m³ olan özgül ağırlığı üzerinden tariflendiği üzere:

1 Atm = 1,0333 kgf/cm² dir. veya  10 Atm = 1,0133 MPa

Bar ise : Yine yüzbin Pascal’a verilen addır. Yani  1 Bar=10⁵ Pa 1 Bar 1,0197At  dir.

1 Fiziksel atmosfer, bir m² yüzeye 10333 kgf veya 10,333 ton ya da cm² yüzeye 1,0333 kgf olarak ifade edilebilir. Görüldüğü gibi doğrudan 1,033 kg/cm² demek varken, –üstelik 1Atm=0,10133 MPa da diyerek– gönüllülük esasından bunca uzaklaşmak son derece anlamsız kalmaktadır.

Sonuç
Yukarıda açıklandığı gibi burada (SI) nin dayatmalarına karşı onu by-pas etmeksizin normal yaşam ve mühendislik pratiğinde kullanılabilecek yeni bir sistem önerilmiştir. Görüleceği gibi bunun için sadece kütle biriminin adını değiştirmek yeterli olmuştur. Kütle birimine başka bir ad seçmenin herhangi bir bağlayıcılığı da olamaz. Nitekim yukarıda buna değinilmiş ve –örneğin diyerek– (say) ismi verilmiş; Gram ve kilogram sözcüklerinin serbest kalması sağlanmıştır. Bu küçük müdahalenin başlangıç bölümünde sözü edilen “standartların düzenlenmesindeki gönüllülük esası” kuralına da uygun düşeceği açıktır. Buna göre (SI) sistemine kütle adı dışında bir müdahale söz konusu olmamaktadır. İsim olarak uygun görülürse “Sistem Türkiye” denebilecek bu sistemin ARTIK tümüyle günlük yaşam ve teknolojik uygulamaya dönük olması her kesimi rahatlatacak, ağırlık birimi resmen gram ve kilogram; basınç ve çekme gerilmeleri birimi de kg/mm², kg/cm², ve ton/mm² ile ton/cm² vb. olacaktır. Gerekmesi halinde eskiden olduğu gibi bu birimlerin alt ve üst katları da ihtiyaca göre yine aynen kullanılabilecektir.

©Makale Yapı Dünyası Dergisi 2022 Sayı 304-305-306-307-308-309 da yayımlanmıştır.