Kaynak: Dudular, Kardelen ve Prof. Dr. Oktay Hüseyin (Guseinov) "Canlılar Neden Genellikle Yuvarlaktır?" Eğitişim Dergisi. Sayı 15. Mayıs 2007. CANLILAR NEDEN GENELLİKLE YUVARLAKTIR? Kardelen Dudular Prof. Dr. Oktay Hüseyin (Guseinov) 1 / 6
İnsanoğlu varlığından bu yana zaman ilerledikçe insan kendi hayatının devamı için güneşin gerekliliğini anlamış ve bunu anlaması insanın doğaya yaklaşımının değişmesini sağlamış ve güneşe daha derin bir ilgiyle bakmasını yardımcı olmuştur. Ve insan böylelikle doğanın sırlarından birine tanık olmuştur. Kör edici parlaklığıyla kendine bakılmasını imkansızlaştıran güneş yavaş - yavaş kaybolurken, artık onun güzelliğini seyretme imkanı bulan insan, onun nasıl olup da böyle yuvarlak olduğuna şaşırmıştır. Sonra güneş batıp ay doğunca onunda yuvarlak olduğunu görmüştür. Ama doğaya dikkatli baktığında aslında sadece güneşin ve ayın değil, yediği meyvenin, ağacın gövdesinin ve budaklarının, çiçeğin tomurcuğun ve yapraklarının, hayvanların farklı organlarının ve hatta kendi vücudunda yuvarlak olduğunu görmüştür. Zaman ilerledikçe, doğanın kuralı gereği canlıların (bitki, böcek, balık, hayvan ve insanın) yaşamları için gereken ve içlerinde birikilen enerji ve su kaynaklarının, en ekonomik şekilde sarf etme yeteneği ortaya çıkmıştı. Sulak yerlerde yetişen bitkilerin yapraklarının geniş yüzeyli olduklarını biliriz. Bir de sahranın bayıcı hararetinde yetişen kaktüslerin durumunu düşünelim dokunulması imkansız diken yaprakları olan kaktüs sanki hayatta kalabilmek için suyumu içimde tutmalıyım yapraklarım bunun için böyle diken gibi demek ister gibidir. Bir de içinde ona tüm renklerinin tazeliğini katan ona hayat veren meyve özünü düşünelim onun doğada kendi tohumlarını bırakabilmesini içinde barındırdığı proteini her durumdan koruması gerekir.öncelikle proteinin sağlayan özsuyunu hapsedebilmesi gereklidir. Bunun içinde meyvenin dış çevreyle etkileşimini (özellikle su kaybetmesi veya uzun süre günesin ışınlarına maruz kaldıysa daha çabuk çürüyüp enerjisini çabuk tüketmesine neden olacak durumlarda) sağlayan dış yüzeyinin gerektiği kadar küçük olması lazımdır. 2 / 6
Biliyoruz ki sıvıların hacimleri basınç uygulandığında bile pek değişmez, ama şekilleri kolayca değişir. Örneğin bulundukları kabın şeklini alırlar. Gazlarda bulundukları hacmin tamamını doldurmağa çalışırlar. Dünyanın çekim kuvveti küçük sıvı damlalarını az etkilediğinden onlar da yıldızlar ve gezegenler gibi, kendi başına yuvarlak şekil alabilirler. Sabun köpükleri de öyle. Acaba bunların hepsinin nedenleri nelerdir? Evrenin her bir köşesinde geçerli olan, doğanın kanun ve prensipleri vardır.. Doğada yalıtılmış bir cismin ve ya sitemin toplam enerjisinin minimum değere ulaşmak eylemi vardır. Aynı hacimlerde, ama farklı şekillerde olan figürlerin içinde, en küçük toplam yüzeyi olan figür küredir. Aynı hacımda ama toplam yüzeyi küçük olan ikinci figür silindirdir Yüzeyi herhangi şekilde olursa olsun olursa olsun, yüzey enerjisi yüzeyin malzemesine (maddeye) bağlıdır ve yüzeyin alanı ile doğru orantılıdır. Bu nedenle içeriğinde (yapısında) sıvı bulunduran maddeler ve canlıların (bitki, böcek, hayvanlar) organlarının büyük bir bölümünün vücudu yuvarlak şekilde olur. Diğer yandan yuvarlak (aerodinamik) şekilde olması onun rüzgara karşı direncini de artırmış olur. Doğada her canlı ya da madde enerjisini minimuma getirmeye çalışır bunun nedeni canlının ve ya maddenin fazla enerjisinden kurtulma isteğidir. Örneğin kararsız durumdaki uranyum ve polonyum gibi radyoaktif elementler bölünerek enerji fazlalıklarından kurtulurlar. Ya da kızgın bir demir parçasının soğuduğunu, yani enerjisini aktardığını görürüz. Canlılar ise enerjilerini (içlerindeki suyu da) çoğu zaman dışarı aktarmak istemezler ve bu durumda canlının sahip olması gereken; hacmini değiştirmeden yüzeyini olabildiğince küçük tutmaktır, bu da onun dış ortamla temasını ve yüzey enerjisini azaltır 3 / 6
Sıvının yüzeyinin minimum duruma gelme eylemini kılcal borularda da görüyoruz. Kılcal boruyu suya ve ya kana dokundurdukça, sıvının onun içine girdiğini biliyoruz. Camın yüzeyinde olan sıvı molekülleri ile cam moleküllerinin arasındaki çekim kuvveti, sıvı moleküllerinin kendi aralarındaki çekim kuvvetinden daha büyüktür. Bu nedenle de kılcal borudaki sıvının yüzeyinde yerleşen ve cam molekülerine yapışan moleküller, sıvının seviyesinden yukarı kalkarlar.(unutmamak gerekir ki sıvının molekülleri devamlı hareket ediyorlar ve sıvının yüzeyinde titreşim oluyor, bu da yukarı çıkan sıvının yakınındaki moleküllerin, borunun duvarına ulaşmasına ve yukarı kalkmasına yardımcı oluyor) böylelikle cam boruya tutunamayan moleküller yukarı çıkan moleküllerin daha altında kalmış olur ve bu sıvı yüzeyinin orta kısmını daha çökük gösterir. Bu da borunun içindeki sıvının hava ile temasta olan yüzeyin alanının büyümesine neden oluyor. Sıvının yüzeyindeki moleküller birbirine elastik şekilde bağlanmışlar. Nasıl ki yay ve ya lastik çekildiği zaman potansiyel enerjisi artar ve onları çeken kuvvete daha çok direnirlerse benzer şekilde su yüzeyinden yukarı çıkan moleküller duvara tutunamayan molekülleri çektiğinden aralarında gerilme kuvveti oluşur.bu gerilme tüm molekülleri yukarı çeker ve su seviyesi yukarı kalkar. burada sıvının yüzey enerjisini küçültmek istediğini görürüz. 4 / 6
Camdan yapılmış kılcal boru ve sıvı arasında oluşan bu kuvvet, sıvının kendi ve cam molekülleri arasındaki etkileşmeye bağlı kuvvetlerin göstergesi olan yüzey gerilimi katsayısı σ ve etkileşme çizgisinin uzunluğu 2π r ile belirlenir F = 2π r σ. Kılcal borudaki sıvının hava ile temasta olduğu ortadan çökmüş yüzeyi küçülmek için ya moleküllerin camdan pompası ya da sıvının orta kısmının kalkması gerekir. Bu bölgenin kalkması borunun içinde hacmi 2π r 2 h kader olan sıvı sütununun oluşmasına neden oluyor. Sıvının öz kütlesi ρ ise, h yüksekliyi olan bu sütunun ağırlığı P =2π r 2 h ρ olur. Doğal olarak bu ağırlığı F kuvveti taşıdığından, borudaki sıvının yüksekliği h, F = P eşitliğinden bulunur. h = σ / r ρ Görüyoruz ki borunun içi ile yukarı kalkmış sıvı sütununun yüksekliyi borunun yarıçapı ile ters orantılıdır. Bu nedenle de kılcal borudan söz ediyoruz. Eğer kılcal borunun içi yağlı ve ya mumlu olursa, su molekülleri onu ıslatmaz (kendi molekülleri arasındaki ilişki kuvveti yağ molekülleri ile olandan daha fazla) ve sonuçta borudaki sıvının seviyesi dışındakinden daha aşağıda olur. Aynı şey cıva içine camdan yapılmış kılcal boru içinde geçerlidir. 5 / 6
Yüzey enerjisinin minimum değere ulaşması için, borudaki sıvı yüzeyi düz olmağa çalışıyor ve sonuçta sıvının seviyesi kalkmış oluyor. Bu süreç sıvının kalkarak borunun üstüne çıkmakla sonuçlana bilerdi, ama borudaki sıvı sütununun ağırlığı buna imkan vermiyor. Bitkilerin dokularının arasındaki mesafeler kılcal borunkinden çok küçük olduğundan su bitkinin kökünden yukarılarına kalkıyor. Doğal olarak bitkilerde, onların malzemesinin molekülleri ve su molekülleri arasındaki kuvvete bağlı olan, yüzey gerilimi fazla olabilir. Aynı zamanda bu çanlılarda farklı süreçler de suyun kalkmasına çok yardımcı olabilirler. Böylelikle toplam ve yüzey enerjinsin minimum değere ulaşmak eyleminin cansız ve canlı alem için ne kadar önemli olduğunu görmüş olduk. Bu prensip tüm evrende geçerlidir. 6 / 6