Apple, 12 Eylül 2023 tarihinde düzenlediği çevrim içi etkinlik ile birlikte iPhone 15 modellerini resmi olarak tanıtmış ve önceki serilerin Pro ve Pro Max modellerinde sıkça şikayet edilen ağırlık sorununu çözüme kavuşturmak için iPhone 15 serisinin Pro ve Pro Max modellerini titanyum alaşımlı çerçeveler ile güncellemişti.
Bu bakımdan paslanmaz çelik çerçevelerle kutudan çıkan iPhone 14 Pro yaklaşık 206 gram ağırlığa sahipken titanyum alaşımlı çerçevelerle kutudan çıkan iPhone 15 Pro yaklaşık 187 gram ağırlığa sahip.
Basit bir hesaplama ile iPhone 15 Pro’nun selefinden yaklaşık %9,22 oranında daha hafif olduğu sonucuna varabiliriz.
Ancak iPhone 14 Pro’nun ağırlığına alıştıktan sonra elinize bir iPhone 15 Pro aldığınızda ağırlıktaki bu değişimin %9,22 gibi bir orana nazaran çok daha belirgin olduğunu hissedeceksiniz.
Peki bu hissin ardında yatan sebepler tam olarak neler?
Olası açıklamalardan biri ellerinizin ufak ağırlık değişimlerini bile oldukça hassas bir biçimde algılayabilecek olmasıdır.
Ama elleriniz gerçekten de %9,22’lik bir değişimi algılayabilecek kadar hassas mı yoksa ağırlıktaki bu değişim pazarlama kampanyalarının ya da beyninizin size oynadığı küçük bir illüzyondan mı ibaret?
Belki de doğru cevap bunların her ikisi de değildir ve tüm gizem fizik kurallarında saklıdır. O halde tekrar soralım: iPhone 15 Pro neden bu kadar hafif hissettiriyor?
iPhone 15 Pro Neden Bu Kadar Hafif Hissettiriyor?
iPhone 15 Pro ya da iPhone 15 Pro Max modellerinin önceki Pro ve Pro Max modellerinden gözle görülür biçimde daha hafif hissettirmesinin nedeni çoğu durumda paslanmaz çelik yerine titanyum alaşımlı çerçevelerin kullanılması olarak cevaplanabilir.
Ancak bu basit ve sıradan bir cevap olurdu. O halde ayrıntılara inelim.
Bir akıllı telefonun çerçevesini tasarlarken kullanabileceğiniz dört temel metal bulunur: Bunlar kısaca Magnezyum, Alüminyum, Çelik ve Titanyum olarak sıralanabilir. Geri kalanların önemli bir kısmı o veya bu sebepten ötürü akıllı telefonun çerçevesinde kullanım için o kadar da uygun seçenekler değildir.
Bu seçenekler arasında tercih yaparken daha dayanıklı (yani daha yüksek mukavemete sahip), daha hafif (yani daha düşük yoğunluğa sahip), ısı dağıtımında daha başarılı ve hangi bütçe aralığına oynadığınıza bağlı olarak belki de daha ucuz olanı tercih etmek isteyeceksinizdir.
Bu makalemizde ana konudan sapmamak için bu malzemelerin tanımlarını büyük oranda es geçeceğim.
iPhone 15 Pro’daki titanyum alaşımı ASTM tanımı ile Grade 5 Titanium olarak da bilinen Ti-6Al-4V alaşımıdır ve ana alaşım elementleri %90 titanyum, %6 alüminyum ve %4 vanadyum olarak sıralanır.
Bu arada çerçevenin tamamının titanyum alaşımdan oluşmadığını da vurgulamak isterim.
Apple’ın etkinliği sırasında titanyum bandın, termo mekanik bir süreç kullanarak geri dönüştürülmüş alüminyum alt aksamı kapladığını ve bu iki metalin katı hal difüzyonu yoluyla birleştirildiğini öğrenmiştik.
Yani titanyum ve alüminyum bir anlamda birbirine kaynaklanmış durumdadır ancak bu alışık olduğunuz türden bir kaynak değildir ve “termo” bölümünde malzemeler ısıtılırken “mekanik” bölümünde ısıtılan malzemeler sıkıştırılmaktadır.
Bu yöntem esasen en eski kaynak biçimidir ancak bu denli ince malzemelerle katı hal kaynaklama yapabilmek yalnızca Apple gibi bir elin parmağını geçmeyecek sayıda şirketin üstesinden gelebileceği türden bir iştir.
Bu katmanın tüm çerçeveye oranı hakkında kesin bir oran veremesem de çerçevenin 1/3 ila 1/4 oranındaki üst bölümünün Ti-6AI-4V ile kaplı olduğunu söyleyebilirim.
JerryRigEverything tarafından yayımlanan video da bizimkilerle benzer görüşleri desteklemektedir.
Bununla birlikte iPhone 15 Pro modelini eline alan, aralarında benim de bulunduğum çok sayıda kullanıcı ve teknoloji editörü, geçtiğimiz bir sene içinde sürekli olarak yeni modelin ne kadar hafif hissettirdiğine dair şaşkınlıklarını dile getirdi.
Oysa 206 gram ile 187 gram arasındaki farkın o kadar da belirgin olmasını beklemezsiniz.
Peki ama bu tam olarak nasıl olabilir?
Öncelikle en temel soru ile başlayalım: Bir nesnenin göreceli olarak ağır mı yoksa hafif mi olduğuna karar verirken tam olarak hangi faktörlerden yararlanıyorsunuz?
Çoğu durumda değerlendirmeniz, onu hareket ettirebilme ve hareketlerini manipüle edebilme kabiliyetiniz ile doğrudan ilişkili olacaktır.
Bu örneğimizde iPhone 15 Pro olan bu nesneyi hareket ettirebilme kabiliyetiniz öncelikli olarak onun kütlesine, ancak aynı zamanda atalet momenti olarak da bilinen eylemsizlik momentine dayanır.
Ve titanyum çerçevelere geçişte kütle azalması neredeyse tamamı ile akıllı telefonun çevresinde gerçekleştiğinden atalet momenti (kütle eşit bir biçimde azaldığında) oransal olarak daha fazla azalmalıdır.
Atalet Momenti Nedir?
Atalet Momenti, bir cismin belirli bir eksen etrafında dönme eylemine karşı gösterdiği direnci tanımlayan fiziksel bir niceliktir ve bir cismin öteleme hareketine karşı direncini tanımlayan kütlenin, rotasyonel bir analoğudur.
Burada süreci olabildiğince basit tutmak için çaba göstereceğim.
Atalet, maddenin hareket durumundaki değişime karşı direnen özelliktir. Çoğumuz, lisedeki fizik derslerimizden onu Eylemsizlik olarak da hatırlıyoruz.
Bu bakımdan atalet, sabit duran bir cismi sabit tutan ve hareketli bir cismi mevcut hızında hareket ettiren kuvvetin ölçüsü olarak da tanımlanabilir.
Atalet ne kadar büyük ise belirli bir süre içinde belirli bir cismin hızında bir miktar değişiklik meydana getirmek için gereken kuvvet de o kadar büyük olacaktır.
Örneğin her ikisi de hareketsiz durumda olan ağır bir kamyon ve nispeten hafif bir otomobil düşünün: Sezgisel olarak kamyonu belirli bir sürede belirli bir hıza çıkarmak için gereken kuvvetin daha fazla olduğunu biliriz.
Atalet Momenti ise maddenin belirli bir eksen etrafında dönme hareketine karşı direnen özelliktir.
Atalet Momenti ne kadar büyük ise belirli bir süre içinde belirli bir cismin açısal hızında bir miktar değişiklik meydana getirmek için gereken tork miktarı da o kadar büyük olacaktır.
Fark etmiş olabileceğiniz üzere burada tork ve açısal hız, sırası ile kuvvet ve hız için açısal analoglardır.
Örneğin ikisi de aynı yarıçapa sahip ancak biri ahşaptan ve öteki demirden yapılmış olan iki küre düşünün. Her ikisi de dönme ekseninden aynı uzaklıkta olsun.
Bu kürelerden hangisini döndürmek daha kolay olurdu? Evet, ahşaptan yapılmış olan küre daha az kütleye sahip olduğundan onu döndürmek daha kolay olacaktır.
Peki ikisi de aynı yarıçapa ve kütleye sahip ancak dönme ekseninden farklı uzaklıkta olan iki özdeş küreden hangisi döndürmek daha kolay olurdu?
Bu durumda daha uzak mesafede olan kürenin aynı açısal hıza ulaşması için daha fazla çaba harcanması gerekeceğinden dönme eksenine daha yakın mesafede olanı döndürmek daha kolay olacaktır.
O halde ataletten farklı olarak atalet momenti yalnızca kütleye değil, aynı zamanda atalet momentinin hesaplanacağı eksenin etrafındaki kütle dağılımına da bağlıdır.
Bir cisim farklı eksenler etrafında farklı atalet momentlerine sahip olabilir. Yani bir cismi eşit açısal ivme ile farklı eksenler etrafında döndürmek için farklı tork gerekebilir.
Bunu kısaca I = Σ miri2 olarak da formüle edebiliriz: Atalet Momenti, cismin kütlesi ile bu kütlenin dönme eksenine olan uzaklığının karesinin çarpımına eşittir.
Yani cismin kütlesinin iki katına çıkması atalet momentini iki kat artırırken kütlenin dönme eksenine olan uzaklığının iki katına çıkması atalet momentini dört kat artıracaktır.
Bu durumda, örneğin bir bisiklet tekerleğinin atalet momenti, tekerleğin çapına ve kütlesinin ağırlık dağılımına bağlı olacaktır.
iPhone 15 Pro ve Atalet Momenti
Bu basamağa dek ele aldığımız konuları anlamlı bir bütün içinde birleştirme zamanı geldi.
Az önce bir nesnenin göreceli olarak ağır mı yoksa hafif mi olduğuna karar verme sürecinizin çoğu durumda onu hareket ettirebilme ve hareketlerini manipüle edebilme kabiliyetiniz ile ilişkili olduğuna değinmiştik.
Bu varsayımımızda iPhone 15 Pro için kabiliyetiniz onun kütlesine ve aynı zamanda atalet momentine dayanır ve titanyum çerçevelere geçişte kütle azalması neredeyse tamamı ile akıllı telefonun çevresinde (dönme eksenine en uzak noktada) gerçekleştiğinden atalet momenti (kütle eşit bir biçimde azaldığında) oransal olarak daha fazla azalmalıdır.
Şimdi, Dr. Drang’in hesaplamalarını kullanarak formüle edelim.
Başlangıçta iPhone 14 Pro ile iPhone 15 Pro modellerinin aynı boyutta olduklarını (147,5 x 71,5 mm) varsayalım. Bu sırada kalınlık göz ardı edilebilir ancak esasında boyutların tam olarak aynı olmadıkları unutulmamalıdır.
Orijin, iPhone’un geometrik merkezine ayarlanacak ve x, y ve z eksenleri normalde Pitch-Roll-Yaw olarak adlandırılan hareket eksenleri ile ilişkilendirilecek.
iPhone 15 Pro’nun 187 gramlık kütlesi düzgün bir biçimde dağıtılmış olsaydı x ekseni etrafındaki atalet momenti şu şekilde olurdu:
iPhone 14 Pro’nun 19 gramlık ek kütlesinin çerçeveye eşit olarak dağıtıldığını varsayarsak uzun kenarların:
ekstra kütleye ve kısa kenarların:
ekstra kütleye sahip olduğunu söyleyebilirdik ve bu dört farklı ek kütle çizgisinin x ekseni etrafındaki atalet momenti şu şekilde olurdu:
Burada üst ve alt çizgilerin kendi eksenleri etrafındaki atalet momentleri endişelenmek için çok küçük olduğundan parantez içindeki ikinci terimde paralel eksen teoremi kullanıldı.
Bu durumda iPhone 14 Pro’nun atalet momenti şu şekilde olacaktır:
Ve x ekseni etrafındaki atalet momenti azalımı şu şekilde olacaktır:
Yani %14 ila %15.
Kütledeki %9,22 oranındaki azalıma kıyasla daha fazla olan bu azalma, iPhone 15 Pro’nun daha kolay dönmesini katkıda bulunacak ve bu da modelin, iPhone 14 Pro’dan önemli ölçüde daha hafif olduğu izlenimini yaratacaktır.
Hesaplamamız bize sürecin temelleri hakkında önemli bir fikir sunsa da iPhone 15 Pro’nun kütlesinin eşit biçimde dağıtılmadığını biliyoruz.
Kütle dağılımının düzenini bilmenin bizim açımızdan pratik bir yolu olmadığından gerçek değeri hesaplamak mümkün olmasa da bu varsayımlar altında yapılan hesaplamalar bile yeterince güçlü olmalıdır.
Ve her halükarda, konseptin temel bir fikir edinmek açısından doğru olduğu gerçeği kaçınılmazdır çünkü titanyum çerçevelere geçişte kütle azalması neredeyse tamamı ile akıllı telefonun çevresinde (dönme eksenine en uzak noktada) gerçekleştiğinden atalet momenti kütledeki azalmadan daha fazla azalmalıdır.
Bu da iPhone 15 Pro’nun elde manipüle edilmesini kolaylaştıracak ve hafiflik izlenimine, hesapladığımızdan az ya da çok da olsa, her halükarda bir miktarda katkıda bulunacaktır.
