Su Üzerinde Yürüyen Böcekler (OCA 2024): ÇAĞLAYAN

E vliya menkıbelerinde, bir keramet olarak, su üzerinde yürümekten bah­ sedilir. Fizik kurallarına aykırı bu du­ rum, tabii ki dinleyenler tarafından şaşkınlıkla karşılanır. Harikulade olan bu du­ rum, bazı hayvanlar için gayet normal bir ha­ yat tarzıdır. Uzun bacaklı su gezginleri olarak bilinen (...

E vliya menkıbelerinde, bir keramet olarak, su üzerinde yürümekten bah­ sedilir. Fizik kurallarına aykırı bu du­ rum, tabii ki dinleyenler tarafından şaşkınlıkla karşılanır. Harikulade olan bu du­ rum, bazı hayvanlar için gayet normal bir ha­ yat tarzıdır. Uzun bacaklı su gezginleri olarak bilinen (Gerris sp.) böcekler grubu, sakin gölet ve nehirlerin su yüzeyinde sanki karadaymış gibi gezebilirler. Su üzerinde hız yapmaya uygun bir yapıda yaratılmış bu kahverengi böcekler, genellikle hareketsiz durmalarına rağmen, herhangi bir uyarana bağlı olarak ani hareketler yaparlar. Bu esnada arkalarından dışarıya doğru yayılan küçük su dalgaları oluşur. Akıllara takılan soru şudur: Su üzerinde nasıl dururlar? Burada işin sırrı, vücut boyutlarının ve ba­ caklarının, suya verilmiş bazı özelliklerden faydalanmalarına imkan verecek şekilde yara­ tılmalarında gizlidir. Özgül ağırlığı sudan yük­ sek olan cisimler batar, sudan daha az özgül ağırlığı olan maddeler (odun, yağ gibi) suyun üstünde kalır ve batmazlar. Su yüzeyindeki moleküller arasında zayıf bir çekim kuvveti vardır, fakat yüzey gerilimi olarak adlandırılan bu zayıf kuvvet, bir insanı taşıyacak kadar güç­ lü değildir. Bir su gezgininin yalnızca üç susam tane­ si kadar ağırlığa sahip olması, su yüzeylerini bükmek için yeterli olsa da kıramaz. Böylece 1. Şekil: Su yüzeyinde duran bir su gezgini. Su gezgi­ ninin ağırlığı, suyun yüzey gerilimi tarafından des­ teklenir. yüzey gerilimi, su gezgininin ağırlığını destek­ ler (1. Şekil). Su gezginleri, ölçeklenmenin fi­ ziki neticeleri sebebiyle bizden farklı bir hayat yaşarlar. Su üzerinde gezebilecek bir hayvanın vücut büyüklüğü yanında ayakları arasındaki açıklık, yani ağırlık yüzeyinin genişliğinin bü­ yük önemi vardır. Yüzey genişledikçe yapılan basınç azalır. Mesela, bıçak bilendiğinde kesme yüzeyi çok azaldığından hafif bir basınçla bile bastırılan cismi keser. Fakat kesme yüzeyi genişlerse, yani bıçak körelirse kesmek için çok bastırmak 2. Şekil: Su gezginlerinin girdap oluşturması: Boyalı sıvının bir kısmı üzerinde bacaklarını kürek çeker gibi hare­ ket ettiriyor. Kürek çekme hareketi, bir çift fışkırma şekli üretir ve bu fışkırmalar, iki kutuplu bir girdaba dönüşür. Oluştuktan birkaç saniye sonra yarım küre şeklindeki girdaplar, viskozitenin tesiriyle yavaşlayarak durma nok­ tasına gelir. 6 ÇAĞLAYAN OCAK 2024 J gerekir. Benzer şekilde bir insan, su üzerin­ de bir su gezgini gibi yürümeyi deneseydi, su gezgininin ağırlığının yaklaşık 10.000.000 katı olan vücut ağırlığını, yüzey geriliminin destek­ lemesi için, yaklaşık 10 kilometre genişliğinde ayaklara ihtiyacı olurdu. Su gezginleri, su üzerinde kürekli kayıklara benzerler. Bacaklar su yüzeyine temas ettiğin­ de, gümüşi bir hava tabakasıyla kaplanırlar. Su gezginlerinin bacaklarının bir milimetresin­ de 10.000 kadar çok küçük kıl bulunur. Bizim başımızdaki saçların yoğunluğundan bir mil­ yon kat daha yoğun kıllı bacaklara sahiptirler. Hava bu kılların arasına hapsedilir. Üstelik bu mikroskobik kıllar, onları daha da su geçirmez hale getiren oyuklarla kaplıdır. Kitin maddesin­ den yapılmış bu kıllar, su iticiliğini artırmada önemli bir fonksiyona sahiptir ve bacağın yü­ zey alanını artırarak kuru kalmalarını sağlar. Kıllar arasında tutulan hava tabakası, uzun mesafeler boyunca suyun üzerinde batmadan kaymalarına vesile olur. Yetişkin su gezginleri, "kürek çekme" sırasında saniyede, vücut uzun­ luğunun 50 misli kadar mesafe kat edebilir. Bu durum, bir insanın saniyede 100 metre koşma­ sına eş değerdir. Peki, bir su gezgini ilk hareketine nasıl baş­ lar? Hidrodinamik teoriler, yüzey dalgalarının, ancak bir hayvanın bacaklarını yeterince hızlı hareket ettirebilmesi durumunda üretilebile­ ceğini söyler. Sabit hızda ve düz çizgide hareket için bu minimum hız, saniyede 23 santimetre (bir karış kadar) olup küvette veya yüzme ha­ vuzunda test edilebilecek kadar düşük bir hız­ dır. Yetişkin olanların bacakları bir santimetre uzunluğundayken, yavru su gezginlerinin ba­ cakları ancak bir milimetre uzunluğundadır. Bebek su gezginlerinin gerekli hıza ulaşabil­ mesi için bacaklarını saniyede 1000 devirden daha yüksek hızlarda, yani bisiklet üzerinde pedal çevirme hızımızdan 500 kat daha hızlı döndürmeleri gerekir ki bu durum, onlara za­ rar verebilir. Fakat bebek su gezginlerinin de ilk hareketi başlatarak su üzerinde sürdürebil­ dikleri bilindiğine göre, farklı bir mekanizma olmalıdır. Bu mekanizmayı ortaya çıkarmak için bi­ lim insanları su örümceklerini incelediler. Örümceklerin su yüzeyinde hareket ederken arkalarında dalgalar ürettikleri fark edildi. Bu gözlemden sonra, su gezginleri hassas kayıt yapabilen cihazlarla seyredildi. Kürek çekme vuruşunun tamamı, saniyenin yüzde biri kadar sürüyordu. (Tek bir göz kırpmaya 30 kürek vu­ ruşu sığdırabiliriz). Su gezginlerinin orta ba­ cakları ile böyle bir frekansla kürek çektikleri, ileri ve yukarı doğru hareket edebildikleri gö­ rüldü. Arkada kalan su yüzeyi, trambolin gibi dalgalanıyordu. Fakat yapılan analizler, dalgalı trambolinin ileri doğru iten tek sebep olama­ yacağını söylüyordu. Laboratuvarda, su gezginlerinin kürek çek­ meleri, renkli boyalar kullanarak takip edildi­ ğinde oluşan dalgaların sadece kürek vuruşu­ nun kısa bir görüntüsü olduğu anlaşılmıştır (2. Şekil). Asıl oluşan dalgalar ise hızla gelip giden mekanik gücün hasıl ettiği titreşimlerdi. Esas dikkat çeken şey, her iki bacağın arkasında bu­ lunan kelebek şeklindeki, çift kutuplu girdap­ lardı. Bebek su gezginleri bile, kürek çekme hareketiyle girdap oluşturabiliyordu. Su gezgi­ ninin ileri doğru hareketi, bir sıvı paketini ge­ riye doğru itmeye dayanır. Sıvıyı geriye doğru iterek kendilerini ileri itiyor ve momentumla­ rını koruyorlardı. Havada asılı kalacak şekilde kanatlarını çırpan bir sinek kuşunun seviye­ sini koruyabilmesi için, hava sudan 1000 kat daha hafif olduğundan, sürekli aşağıya doğru oldukça yüksek bir hızla havayı itmesi gerekir. Aşağıya itilen havanın, kütlesi ile hızının çarpı­ mına eşit olan belirli bir momentumu vardır. Dolayısıyla havada kalabilmesi için, momen­ tumun, aşağı doğru itilme hızının kuşun ağır­ lığına eşit olması gerekir. Helikopter de aynı şekilde çalışır: Dönen pervaneler havayı iterek hız kazandırır, böylece momentumu artırır ve ardından havayı mümkün olduğunca sıkıştırıl­ mış halde aşağıya doğru bastırır. OCAK 2024 i ÇAĞLAYAN 7 Bir balığın ileriye doğru yüzebilmesi için de momentumunu koruması gerekir. İleri doğru giderken, yüzgeçleri ve kuyruğu yar­ dımıyla ters yönde hareket eder ve yaklaşık olarak kendi büyüklüğünde bir iz oluşturur. Momentumun korunumu gereği bu iz, balığın ters yönünde ilerler. Suda beliren iz genellikle yapılan hareketin tarzına bağlıdır. Düşük hız­ larda uçan kuşlar, her kanat çırpışta bir gir­ dap oluştururlar. Suda koştururken Basilisk kertenkelesi (Basiliscus plumbifrons) ağırlı­ ğını desteklemek ve itme kuvveti oluşturmak için aşağıya doğru baskı yaparken geriye doğ­ ru hareket eden girdaplar oluşur. Suda hare­ ket eden kuş, balık, kertenkele gibi canlılar, bu girdapları oluşturacak kabiliyette yaratıl­ mıştır. Bir su gezgini, karpuz çekirdeği büyüklü­ ğünde girdaplar oluşturabilir. Kürek olarak sadece altı bacağından iki ince bacağını kulla­ nır. Bacaklarının çapı, girdabın genişliğinden 50 kat daha ince olduğundan, ince bacaklarıy­ la sıvıyı hareket ettirebilmeleri yüzey gerili­ mi sayesinde olur. Bir su gezgini su yüzeyine oturduğunda, su yüzeyinde çukurlar oluşturur. Bacaklarını oynatırken, su yüzeyinde kırılma olmadan bu çukurlar korunur. Havayla dolu olan, fakat yüzey gerilimiyle bir arada tutulan 3. Şekil: Mekanik gezgin ve önünde canlı su gezgini. Mekanik gezgin, dokuz cm uzunluğunda olup 0,35 gram kütleye sahiptir. Ebatları, yetişkin bir su gez­ giniyle uyumludur. Paslanmaz çelik telden oluşan bacaklarına su molekülleri yapışmaz (hidrofobik) ve gövdesi de alüminyumdan yapılmıştır. Mekanik gezgin, gövdesi boyunca uzanan ve bir makara ara­ cılığıyla bacaklarına bağlanan esnek bir iplikle ça­ lıştırılır. 8 ÇAĞLAYAN OCAK 2024 J çukurlar, böceğin ince bacaklarıyla yapabile­ ceğinden daha fazla suyu yakalayıp itmek için kullanılan kürekler gibidir. Mekanik bir robotik su gezgini yapma­ nın en zor kısmı, su üzerinde dengede dura­ bilecek kadar hafif olması gereğidir. İnsana benzer robotlardan biri, Asimo adlı yürüyen robottur. Dört metre boyunda ve yaklaşık 55 kilogram ağırlığındadır. Bir su gezgini ise, tel ataşın lOO'de biri ağırlığındadır. Fakat dün­ yanın en büyük su gezgini olan Gigantometra gigas'ı gözlemleyen bilim insanları, hafif bir robot inşa edebilmenin bir yolu olduğunu dü­ şünmeye başladılar. Gigantometra gigas'ın vü­ cudu, normal bir su gezginininkinden üç kat daha uzundur ve bacakları neredeyse bir ayak genişliğindedir. Buna rağmen sadece 1 gram, yani bir tel ataşın ağırlığındadır. Piyasadaki en hafif ve maliyeti en uygun metallerden biri alüminyumdur. İnce olması­ nın yanında dayanıklı olması, alüminyumun bu maksatla kullanılabileceğini akıllara getir­ miştir. Buradan hareketle laboratuvarda yapı­ lan mekanik gezginin bacakları suyu tutmayan (hidrofobik) özellikte ve gövdesi alüminyum­ dan yapılmıştır. (3. Şekil). Bir uçağın gövdesindeki fazla ağırlık, kaldır­ ma kuvveti oluşturmak için daha uzun kanat­ lar gerektirir. Benzer şekilde, suda yürüyecek mekanik gezgin ne kadar ağırsa, su üzerindeki ağırlığını taşıyabilmesi için bacaklarının da o kadar uzun olması gerekir. Mekanik gezgin inşa edildikten sonra suyun yüzeyine bırakıldı ve birkaç su dalgası görül­ dü. Mekanik gezgin yavaşça ileri doğru kaydı ve su yüzeyinde hareket etmeye başladı. Allah'ın yarattıklarından ilham aldığımız takdirde, tabiatta daha pek çok teknolojik yeniliğe model olabilecek canlı bulabiliriz. İleride belki insanların suda yürümesi bile mümkün olabilecektir. Kainat kitabını bu nazarla okumayı başarabilsek, hayvanlardan ve bitkilerden istifade ederek insan hayatını kolaylaştıracak birçok yeniliği geliştirebili­ riz. B Kaynak: David L. Hu, How to Walk on Water and Climb up Wa/1s, New Jersey: Princeton Uni­ versity Press, 2018.