Hava Basinci

[boxcigar]

Dünya, kalınlığı 800 km kadar olan bir hava katmanı ile çevrili. Biz,üzerimize bir basınç uygulayan, atmosfer dediğimiz bu akışkan katmanındibinde yaşıyoruz. Aristo’nun doğada boşluğun varolmayacağı iddiasına17. yüzyılda havaya ve gazlara ilişkin kuramların geliştirilmesinekatkıda bulunan Galileo Galilei, Evangelista Torricelli, Blaise Pascalve Otto Von Guericke gibi bilim adamlarınca karşı çıkıldı.

Bu bilim adamları, dünya atmosferinin bir basınç oluşturduğunukanıtladılar ve küçük kaplardaki havayı boşaltabilen pompalar yaparaklaboratuvarlarda ürettikleri 'boşluk'üzerine araştırmalar yaptılar. Bubilim adamlarından bazıları, boşluğun, organizmaların hayatına yardımcıolup olamayacağı veya ışığı ya da sesi geçirip geçiremeyeceğiniöğrenmeye çalışırken diğerleri de, boşluğunu olası işlevseluygulamalarını bulmaya çalıştılar.

Boşluk kavramından işlevsel amaçlarla yararlanmaya çalışanlardan biride Fransız bilim adamı Denis Papin'di. Denis Papin (1647-1712),silindirlerin ve pistonların içindeki havayı boşaltarak buharla ilgilideneyler yapan ilk bilim adamlarındandı.

Papin, Hollandalı bilim adamı Christian Huygens'in önerileri üzerineyaptığı ilk deneylerde, bir piston ve bir valfa bağlanmış olan dikeybir silindirin içindeki havayı boşaltmak için az miktarda barutla eldeedilen patlamadan yararlanmıştı. Patlayan barutun pistonu hareketettirmesi beklenmiyordu; burada Papin'in patlamayla amaçladığı şey,silindirin içindeki havadan kurtulmaktı; böylelikle pistonun kısmiolarak havası alınmış uzama doğru aşağıya inmesine neden olacaktı. Amabarutun patlamasıyla arta kalan gazımsı maddeler, Papin'in silindirindemükemmele yakın bir boşluğun oluşmasını imkansız kılmışlardı. Bunedenle Papin, bir sonraki deneyde düzeneğinde buhar kullanmaya kararverdi.

Madencilikte en büyük sorun, maden ya da kömürün çıkarılması değil,ocakta biriken suyun boşaltılmasıydı. 1630 yılında Galile, bu sorunuçözmek için ilk tulumba düzeneğini (vakum pompası) kurdu. Bir boruyutoprağın içine gömüp tahta bir pistonu bunun içine yerleştirdi. Bu ilkvakum pompasının gerektiği gibi çalıştığı söylenemez. Ama gizin perdesiaçılmıştı.

1644 yılında Galile'nin öğrencilerinden Evangelista Torricelli(1608-1647), su yerine yoğunluğu suyunkinden 13.6 kat büyük olancivayı, ustasının silindiri yerine de cam boru koyarak gerçekleştirdiğibenzer bir deney sonucu ilk civalı barometreyi buldu. Civanın ya dasuyun cam boruda yükselmesinin nedeni atmosfer basıncıydı.

Toriçelli, bir metre kadar uzunlukta, bir ucu kapatılmış bir cam tüpaldı, civa ile doldurdu, açık ucunu da civa çanağı içine dikkatlicedaldırdı ve tüpü dik olarak tuttu. Civanın bir kısmı civa çanağına aktıve tüpün kapalı ucunda bir "boşluk" ortaya çıktı. Öyle ya tüpün üst ucuatmosfere kapalıydı ve cam çeperler ile civa içinden havageçemeyeceğine göre bu üst uç tam bir boşluk olmalıydı.

Toriçelli de böyle düşünüyordu. Bu deneyi ile Toriçelli, atmosferbasıncını ölçtü ve bu basıncın, 10.3 metrelik su sütunu ile ya da 760milimetrelik civa sütunu ile dengelendiğini buldu. Civanın üstünlüğü,çok kısa bir tüp gerektirmesidir.

Blaise Pascal (1623-1662), 1648 yılında yaptığı deneyle, Toriçelli'ninçalışmalarını bir adım daha ileri götürdü. Pascal, civalı birbaromatreyi, dağın eteğinde diğerini dağın doruğunda tutarak, atmosferbasıncının yükseklikle değiştiğini gösterdi. Dağın dibindeki vetepesindeki hava sütununun ağırlığı farklıydı. Bu nedenle doruktakibasınç düşüktü.

Dünya üzerinde en yüksek dağ zirvesi Everest (8,848 metre), en çukurokyanus dibi (Mariana çukuru 11 035 metre) arasında yaklaşık 20kilometrelik düzey farkı vardır.

Barometre o zamanlardan bu yana, meteoroloji biliminin vazgeçilmezaracı olarak kullanılılıyor. Blaise Pascal’ın Roma ile Mısır arasındakitalihsiz küçük savaşla (İ.Ö. 31: Actium Savaşı) ilgili olarak söylediğiilginçtir: " Kleopatra’nın burnu biraz daha küçük olsaydı, bütün dünyatarihi daha farklı olabilirdi."

Vakumda Yaşam Var mı?

Guericke'nin hava pompasının gelişmesine katkısı yadsınamaz; ancak onabir deha gözüyle bakamayız. O, olsa olsa iyi bir teknisyen sıfatını haketmiştir. Hava pompasından daha fazla nasıl yararlanılabileceğinigöstermek, birinci sınıf bir deha olan Robert Boyle'a (1627-1691)kalmıştı.

Boyle, havası boşaltılmış kap içine koyduğu çeşitli nesneler üzerindehavasızlığın etkisini belirleme yoluna gitti. Boyle'un hava pompasıylailgili ilk deneyleri 1658-59 yıllarına rastlar. Sonuçlar, 1660'tayayınlandı. Kendi dönemindeki pek çok bilim adamında görüldüğü gibi,Boyle'un da bilim sevgisi, bilimin önemli pratik yararlar sağlayacağıinancıyla pekişmişti.

Nitekim kitabında, başta gelen amacının, "solunum üzerinde daha iyibilgi edinerek insaoğlunun sağlıklı yaşamına yardımcı olmaktı" diyor.Öte yandan kitabı okuyanlar, pratik yarar kaygısının ötesinde, ondandaha güçlü başka bir ilginin varlığını sezmekte gecikmezler. Bu da,Boyle'un katıksız bilgi arayışı, deneysel yöntemle yeni şeyler keşfetmetutkusudur.

Kullandığı yöntem temelde çok basitti: Aklına gelen değişik nesneleri,havası boşaltılmış kaba koymak, havasızlığın bunlar üzerindeki etkisinisaptamak.

Örneğin ince bir ipliğe bağladığı saati kabın içine sarkıttı. Kabınhavası henüz boşaltılmadan saatin tik tak seslerini duymakta bir güçlükyoktu. Ama kabın havası boşaltılınca tik tak sesleri giderek zayıfladıve kayboldu. Oysa saatin çalıştığı, akrep ve yelkovanından bellidir.

Boyle bu deneyle, sesin iletilmesi için havanın gerekli olduğunugöstermiştir. Daha doğrusu, şimdi bildiğimiz gibi, ses, dalgalarhalinde havada yayılır. Havasız bir yerde ses yayılamaz ve duyulamaz.Burada bir şey daha var; biraz önce havasız ortamda saatin kollarınınhareket ettiğinin görüldüğü söylemiştik. Demek ki havasızlık, sesinduyulmasını engellediği halde, görmeyi yani ışığın yayılmasınıengellememiştir.

Boyle, ışık gibi manyetik çekimin de havaya bağımlı olmadığınıbelirlemiştir. Kimya biliminin kurucularından Robert Boyle da kalın camkürelerle su barometresi denebilecek vakum oluşturdu. Cam kürenin içinekuş, fare ya da benzeri deney hayvanları koyarak vakum ortamındacanlıların yaşayamayacağını gösterdi.

Hava boşaltıldığında, hayvanların solunum güçlüğü çektiği ve çokgeçmeden öldüğü görülüyordu. Böylece havanın solunum ve yaşam içingerekli olduğu anlaşıldı. Yine vakum ortamında ateş de yanmıyordu.

Boyle bir adım daha ileri gitti. Solunum ve yanma havaya bağımlıydı.Buna göre bu iki olgu arasında ortak özellik olduğu sonucu kolaycaçıkmaz mıydı? Bu soruyu çekinerek ortaya atar; ama şimdi onun haklıolduğunu iyice biliyoruz. Her ikisi de oksijen gazının ortamda varlığıya da yokluğuyla ilgilidir.

Bildiğiniz gibi yanan bir madde oksijenle birleşir; solunumda daoksjien gazı, kan aracılığıyla vücudun diğer bölümlerine taşınır vegittiği yerde diğer maddelerle birleşir. Solunum, bir tür yavaş yanmaolayıdır. Bu noktanın açıklığa kavuşması insanoğlunun yüz yıldan çokzamanını almıştır. Boyle'un bu deneyleri kimya alanında hava vegazların özelliklerinin araştırılmasının başlangıcını oluşturmaaçısından da değer taşıyor.

Boyle, hava pompasıyla bir dizi deney yapmıştı. O'nun adıyla anılan gazyasasına, Boyle Yasası'na değinmeden geçemeyiz: Miktarı ve sıcaklığısabit tutulan bir gazın hacmi ile basıncı ters orantılı olarak değişir.