Bilim
Gökkuşakları « Doğa
Eski Arap inancında, bulutları yöneten melek Kuzah’la, Fırtına Tanrısı Şeytan Kuzah’ın alâmetleri; Yunan mitinde Zeus’un, Hera’nın habercisi, yerle göğü birleştiren Yağmur Kuşağı Tanrıçası İris; altından geçen erkeği kadın, kadını erkek yapan, üstünden atlamayı kimsenin düşünmediği tılsımlı köprü; yağmur damlalarının Güneş’i optik ve matematikle yontarak yaratıp sundukları renk şöleni.
Neden gökkuşağı olur, bilir misiniz? Bilseniz bile, yanılıp yanılmadığınızı anlamaya çalışın. Kağıdı, kalemi alıp, kırılma, yansıma, tam yansıma, renklere ayrışma gibi optik kurallarını kullanarak kendinizi bir kere sınayın. Çok küçük olduğu için küresel bir şekil alan yağmur damlacığını çizin; Güneş'ten gelip damlacık içine giren-çıkan değişik ışınları dikkatle belirtin; şunları göreceksiniz: Damlacık yüzeyine 0-90° arasındaki her açıyla düşen sayısız Güneş ışını vardır. Bunların hepsi kısmen yansır, kısmen de kırılarak damlacık içine girer; yani her ışın, damlacık yüzeyinde iki çatala bölünür.
Damlacık içine giren her ışın, onun yüzeyinde başka bir noktada yine kısmen yansıyarak damla içinde kalır, kısmen kırılarak dışarı çıkar. Tam yansıma dediğimiz, ışının tümüyle yansıyarak içeride kaldığı durum hemen hemen hiç olmaz. Işının damlacık içinde kalan kolu, tekrar tekrar yukarıda sözü edilen yansıma-kırılma değişikliğine uğrayarak çatallaşır; fakat her seferinde kırılarak dışarı kaçan kayıp ışın yüzünden, gittikçe zayıflar.
Güneş ışığının saf renkte bileşenlerine ayrışması, girişteki ilk kırılma ile, sıfır, bir ya da daha çok sayıdaki iç yansımadan sonra, son çıkıştaki kırılma sırasında iki kez olur. Ama pek çok ışın ve pek çok yansıma olduğu için, damlacığın her tarafından adeta dışarı fışkıran, pek çok da basit renkte ışın vardır.
Buraya kadar iyi. Ama saf renklerin iç içe nasıl düzgün daire şeklinde sıralanarak oluşabildiğini açıklayamadık henüz. Göğün bakmakta olduğumuz kısmında, etrafa her yönde, her renkte ışınlar saçan sayısız damlacık varken, nasıl oluyor da bazı "özel" damlacıklar sıralanarak, gökkuşağı görüntüsü vermek üzere "bizi" seçiyor? Cevap basit, ama açıklanması biraz karışık.
Kırılma sonucunda bileşik bir ışık ışını saf renk bileşenlerine ayrışır. Bu, kırılma indeksinin ışığın dalga boyuna bağlı olmasından ileri gelir. Bir saydam ortamdan diğerine geçen ışının yönü, kısa dalga boyunda uzun dalga boyunda olduğundan daha fazla sapar. Böylece, kırmızıdan mora bütün bileşenler dar bir yelpaze oluşturur; prizmada olduğu gibi.
Damlacığa giren ışınla, belirli bir sayıda iç yansımadan sonra dışarı çıkan, renklerine ayrışmış fakat zayıflamış ışın genellikle aynı yönde olmaz; bunların arasındaki, "sapma açısı" diyebileceğimiz yön değişikliğini ele alalım. Damlaya giren ışının geliş açısı (ışının damlacık yüzeyine dik yönle yaptığı açı) 90° den başlayarak azaldıkça, sapma açısı da önce azalıyor; en düşük bir değere eriştikten sonra tekrar artmaya başlıyor.
İşte bu kritik dönüş noktasında, oldukça geniş bir açısal yelpaze içinden gelerek damlacık üzerine düşen fazla miktarda Güneş ışını, hemen hemen aynı (en düşük) sapmayı gerçekleştirdikleri için, birbirlerini destekleyerek kuvvetli bir huzme oluşturabiliyorlar. Bu huzmeleri gözümüze erişen bütün damlacıklar ise, Güneş'le gözümüzü birleştiren eksen etrafında, tepe yarı açısı en küçük sapma açısı olan bir koni üzerinde bulunuyor.
Böylece renkli huzme, sanki tam tepe noktasından seyredilen bir koni yüzeyi gibi, yani bir daire yayı şeklinde görünüyor; bu yüzden belki de gökkuşağına "renk konisi" demek daha doğru olurdu. Görüldüğü sanılan dairenin tam merkezinde de başımızın Güneş ışığı altındaki gölgesi bulunur (tabii bir yere gölgesi düşüyorsa).
Şimdi, havadaki kırılma indeksi 1.33 olan bir su damlacığını daha yakından ele alabiliriz. Damlacık içinde sadece bir defa yansıdıktan sonra dışarı çıkan ışınlar, yaklaşık 42° lik bir koni ile ilk gökkuşağını; iki defa yansıdıktan sonra çıkanlar ise 52° lik bir koni olarak daha dıştaki ikinci gökkuşağını verir.
Biraz dikkatli bir inceleme, renk sıralamasının ilk kuşakta içte mor dışta kırmızı; ikincide içte kırmızı dışta mor olacağını gösterir. Damlacık içindeki yansıma sayısı arttıkça, oluşacak her yeni kuşağın eni daha genişlerken, renkleri gittikçe zayıflar. Üçüncü ve dördüncü kuşaklar, sadece daha zayıf olmakla kalmayıp ayrıca Güneş tarafında oluştukları için, daha sonrakiler ise görülemeyecek kadar zayıf oldukları için, ikiden fazla gökkuşağı görmek herhalde kimseye nasip olmamıştır.
Böylece, ikincisi biraz nazlı görünen iki taneyle sınırlı da olsa, herkesin tamamen kendine ait bir gökkuşağı takımı olduğu ortaya çıkıyor. İkimiz de aynı şekilde görsek, hatta birbirimize "göstersek" bile, benim gökkuşağımı sizin, sizinkini benim görmemiz mümkün değil; çünkü iki ayrı gözün aynı anda aynı noktadan bakmasına izin yok.
Sivri ucu daima gözümüzden başlayan ve bizden hiç ayrılmayan, kişisel renk konilerimiz, yani gökkuşaklarımız, daima bizimle birlikte hareket edecekler, açıları hep aynı kalacak; yani "gökkuşağı altından geçme" fantezisi hiçbir zaman gerçekleşemeyecek.
Başka Yağmurların Kuşakları
Yağmuru su yerine başka sıvılardan olabilecek hayali gezegenlerde gökkuşağı olabilir mi? Genellikle birinci gökkuşağının oluşması biraz kritik. Metan, amonyak, kükürtlü hidrojen yağmurları altındaki gökkuşakları, kırılma indeksi 2’nin altında olduğu sürece, bizimkinden farklı açılarda (yani çaplarda) olmak üzere görülebilirdi.
Her ne kadar sıvı halde bulunamasa da, elmas "damlacıklarıyla" yüklü bir atmosfer düşünmemiz yadırganmazsa, elmasın yüksek indeksi (2.42) birinci kuşağa izin vermediği için, gökkuşakları ancak ikinciden itibaren görülebilecek, fakat bunlar daha geniş ve parlak olacaklardı.
Yansımaların Oyunu
Durgun bir göl ya da deniz kıyısında iseniz, asıl gökkuşağınızla birlikte iki tür yansıma görme şansı elde edebilirsiniz. Bunlardan biri, hem Güneş hem de göl arkanızda iken olur: Güneş'in gölden yansıyarak, gölün "içindeki" görüntüsünden çıkıyormuş gibi gelen ışınlarının oluşturduğu, daha yüksek bir gökkuşağı.
Bu kuşağın ufuk çizginize göre simetriğini hayalinizde canlandırabilirseniz, asıl gökkuşağınız ile tam bir daire oluşturduğunu göreceksiniz. Gölden, onun arkanızda bir yerlerde olduğunu unutacak kadar uzakta iseniz, gördüğünüz manzarayı mucize olarak kabul etmeniz mümkün.
Bir diğer yansıma, Güneş yine arkanızda fakat göl önünüzde ise meydana gelebilir: Göl aynasındaki kendi görüntünüzün "görebileceği", aslında size ait olmayan bu kuşağı oluşturan ışınlar, size ancak gölden yansıyarak görünebileceği için, asıl gökkuşağınızla, onun göl yüzeyinden yansıyan simetrik hayalini birlikte görürsünüz.
Eğer kıyıdan uzakta, göl ortasında iseniz, her iki tür yansıma da mümkün olabilir. Ve önünüzde, birbirleri ile ufuk çizgisi üzerinde kesişen, simetrik, iki ayrı tam daire kuşak oluşur. Etrafta başka kimse yoksa, bu çok ender görülebilecek hazinenin sadece size ait olduğuna artık inanabilirsiniz.
Akşama Doğru
Gökkuşağının çoğunlukla yağmurdan sonra ve akşama doğru görüldüğünü farketmişsinizdir. Acaba neden? Bunun açıklaması kolay: Bir kere, atmosfer yaygın şekilde su damlacıkları ile yüklü olmalı ki renk konisi yeterince derin olabilsin; böylece koni üzerinde bulunan, birbirlerini destekleyecek damlacık sayısı çoğalsın; o halde yağmur biraz önce yağmış ya da yağıyor olmalı.
İkincisi, renklere ayrışacak Güneş ışığı olmalı. Yağmurla birlikte Güneş ışığı ise, genellikle üstümüzdeki yağmur bulutları kütlesinin batıya doğru son bulduğu yerden Güneş'in açığa çıkmasıyla, yani akşama doğru (bazan da sabah, gün doğduktan biraz sonra) gözlenir. Bu da, çoğu zaman, yağmurun son bulma eğilimine bir işarettir.
Güneş'in çok alçakta, ufuk çizgisinin hemen üstünde olması durumunda, kırmızı dışındaki renklerini atmosferde kaybetmiş olabilir; ama üzülmeyin, gökkuşağınız bu sefer kırmızı bir kuşak olarak yine belirecektir.
Güneş daha yüksekte iken de gökkuşağı olabilir. Ama, başımızın yerdeki gölgesi bize yakın olduğu için, merkezi bu gölge olan dairesel, renkli kuşak, yerdeki Güneş'le iyice aydınlanmış, açıklı-koyulu diğer görüntülerle yarışmak, onları yenerek ayırdedilebilmek zorluğu ile karşı karşıyadır. Yine de, dikkatli bir gözlemci, basınçlı hortumdaki bir iğne deliğinden fışkırarak toz halinde havaya dağılan su damlacıklarının meydana getirdiği bir "mini" gökkuşağını; hatta Güneş tepedeyse kuşağın tam bir daire tamamladığını farkedebilir. Tabii ki kuşağın koni açısı hep aynı kalır: 42 derece.
Çarpık Bir Kuşak
Alışık olduğumuz daire yayı şeklindeki gökkuşakları, arka plandaki, genellikle uzak, yeri ve derinliği pek iyi anlaşılamayan, bulutlu bir göğe karşı görüldüğünden, tam tepesinden bakılan bir dairesel koninin algılanabileceği gibi, daire yayı olarak yorumlanır.
Yağmur damlacıkları bu koni yüzeyinin herhangi bir yerinde, bizden belki 1 metre, belki 1000 metre uzakta bulunabilir. Bazen, çok seyrek de olsa, çok özel bir başka durumla da karşılaşabiliriz. Gece radyasyonla soğuyan atmosferin yerdeki bazı bitki yüzeyleri üzerinde çiğ şeklinde oluşturduğu su damlacıkları, sabah güneşiyle aydınlanınca, bunlardan sadece renk konimiz üzerinde bulunanlar bize renkli kuşağın bir parçası olarak görünür.
Üzerinde bulundukları zeminden bağımsız olarak algılayabilseydik, bunları yine bir daire üzerindeymiş gibi görecektik. Fakat zemin belirgin bir referans düzlemi teşkil ettiği için, kuşak yere yapışık şekilde, yani sanki koni ile zeminin arakesiti şeklinde yere çizilmiş bir "hiperbolik yerkuşağı" olur, çıkar.
Bazı güzelliklerin, altında yatan gerçek nedenlerin açıklanmasıyla, hatta başkalarınca biliniyor olmasıyla büyüsünden, değerinden kaybedeceğini düşünüyor olabilirsiniz. Bunun tam tersine, nedenini bilmenin verebileceği heyecanı tatmak da isteyebilirsiniz.
Göreceğiniz ilk gökkuşağında kendinizi sınayın. Güzelliğinde ve yarattığı duygularda herkesin birleşebildiği belki de tek olayın, gökkuşaklarının, ancak seyredenler varsa varolduğunu, herkes gibi sizin de gökkuşağınızın (bütün renk kuşaklarınızın) tümüyle size ait olduğunu düşünerek tekrar bakın.
Suyun Kontrol Edilmesi « İcatlar ve Keşifler
Toprağın verimli hale getirilmesinden ve tarımın makineleştirilmesinden söz ediliyordu ama bilgin ve teknisyenlerin el ele verip yarattıkları bu büyük gelişmelerin yararsız duruma gelmesine de az kalmıştı. Gerçekten de eğer nem kontrol altına alınmazsa, yani su çok geldiğinde fazlası kontrol altına alınıp az olduğunda artırımı sağlanmasaydı, tarlalar yine eskisi kadar kurak kalacaktı. Bu nedenle, akaçlama işinin 1823'ten başlayarak ciddi bir şekilde ele alınıp başarıya ulaştırılmasını bir başka hayati gelişme olarak kabul etmeliyiz. Yapılan iş, suyu toprağın altındaki kanalizasyonlara çekmekti.
Hollanda'da denizden kazanılan yerlerin kurutulması da bambaşka bir su sorunuydu. Bu bitmez tükenmez iş XVI. yüzyıldan beri sürüp geliyordu. Önce denizin bir kısmını ayıran bentler inşa ediliyor, sonra bu sular tulumbalarla çekilip boşaltma kanallarına veriliyordu. Geriye toprağın tuzunu almaktan başka bir şey kalmıyordu. Bu muazzam işe koşulan ilk araç, yel değirmeni olmuştu. Buharlı tulumba çıkar çıkmaz buna baş vuruldu. Asıl bu araç sayesinde başarılı çalışmalar yapılabildi ve toprak, denizleri kemirmeye başladı. Hollanda'dan sonra İngiltere, Fransa ve Almanya da işe koyuldular. Kayalıklarda ya da zaman zaman suların altında kalan topraklarda sürdürülen bu savaş insanların başarısıyla sona erdi. Ve buralarda tarımın başlaması, başarının armağanı oldu.
İnsanoğlunun fundalıklarla savaşı da uzun sürmüştü; bu da başarıyla sonuçlandı. Bu topraklarda bir kumtaşı tabakası suların sızmaların engellemekte ve sular toprağın üstünde bir tabaka halinde durmaktaydı. Böylece Fransa'da Landes bölgesinde 14.000 kilometre karelik bir alan kayalık haline gelmiş olup oturulmaz durumdaydı. Burada sular ne toprağın altına geçebiliyor, ne de akıp denize ulaşabiliyordu. Önlerinde Avrupa'nın en büyük kumulu duruyordu ve rüzgâr bu kumulu yılda 20-25 metre ileriye itmekteydi. Öyle ki, Landes tehlikeli bir çöl olarak görülüyordu. XVI. Louis zamanında bir mühendis işi ele almaya ve bu toprakları uygarlığa elverişli duruma sokmaya karar verdi.
Nicolas Bremonier adındaki bu mühendis (1738-1809), kendisinden önce bu konuda çalışmalar yapmış olan meslektaşları Charlvoix ve Abbe Desbiey'nin girişimlerini inceledikten sonra, 1787'de işe koyuldu. Önce kumulun ilerlemesini durdurmak için çam ağaçlan dikmeye başladı. Girişim başarıya ulaştı ve 1867'ye kadar 80.000 hektarlık alanda dikilen ağaçlar sayesinde kumul kesinlikle durduruldu. Ancak bu işlem, araziyi kayalık olmaktan çıkaramamıştı. O kadar ki, söylentiye göre, Napolyon bir ara bu bölgeye develeri alıştırmayı bile tasarlamıştı. İşin ikinci kısmını Orman Mühendisi Jules Chambrelent (1817-1893), üstüne aldı. Bu kıraç düzlüğü akaçlamak ve açmak yoluyla 650.000 hektarlık bir orman meydana getirdi ve bu bölgenin odunla ilgili sanayilerin merkezi halini almasına yol açtı.
Su, ekmekle eşdeğer ölçüde bir hayat öğesidir. Toprağı bastı mı felâketlere sebep olurken, toprağın ekilmesi ve insanın beslenmesi için de kaçınılmaz şarttır. Susuz toprak çöldür. Bir kuyu, bir vaha, bir uygarlık merkezi demektir. Bu durumda insanın suyu izlemesi, tarihin en eski çağlarından bu yana en önemli kaygısı olmuştur, insanın hemen yakınında bir kaynak ya da ırmak bulamadığı her yerde kuyuculuk imdadına yetişmiştir. Artois gibi bazı yerlerdeyse, su kendiliğinden toprağın yüzüne kadar çıkmaktaydı. Ta eski zamanlardan beri bilinen artezyen kuyuları işte bu ihtiyaçtan doğmuştur. Bazen bu kuyular, su bulunduğundan kuşkulanılan yerlerde suni olarak meydana getirilir, toprakta su tabakasına rastlayıncaya kadar kazıldıktan sonra, sular tulumba ya da dolaplara çekilirdi.
Bunca yararlı bir zanaat kimin buluşudur? İlk kuyu açma tekniğini bulanların Çinliler olduğu sanılmakla birlikte suyun bulunduğu yeri teşhis etmekte ve kuyu açmakta Araplar büyük hüner göstermişlerdi. Ancak modern araçlar ve yöntemlerle kuyuculuğun ilk tanımını Bernard Palissy'ye borçluyuz. Palissy aracı: "Ucunda bir kol ya da tahta sap bulunan bir oluklu burgaç" diye anlatmaktadır. Bu oluklu burgacın kullanılması öylesine yaygınlaştı ki, İtalya'da, Modena şehrinde iki soyluluk almasında görüldü ve Kuzey İtalya kuyucuların vatanı olarak ün yaptı.
Ancak, bu zanaatın ampirizmden kurtularak jeolojiye dayanan rasyonel bir teknik haline gelmesi ve kuyucuların yerini uzman mühendislerin alması için XIX. yüzyılı beklemek gerekti. O güne kadar en fazla 10-12 metreye inilebilmişti. Öyle ki sondajcılar, Fransız meslektaşları Degousee'nin, kireçli bir katmanı geçip 140 metre derinliğe inmesini inanılmayacak bir başarı olarak, hayranlıkla karşıladılar (1830). Bu tarihlerde Paris'e içme suyu sağlamak bir kere daha acil ihtiyaç haline gelmiş ve resmi makamlar birçok artezyen kuyusunun açılması için karar almışlardı.
İlk kuyu Grenelle'de açıldı; 1833-1841 arasında yapılan çalışmalar sonunda 548 metreye inildi ve su öylesine bir hızla fışkırdı ki, şantiyeleri barınaklarıyla birlikte devirdi. Bunu 1866'da Passy'deki artezyen kuyusu izledi, 586 metre derinliğe, Hebert alanındakinde de 718 metreye inildi.
Rüzgar Enerjisi « Genel
İnsanlar binlerce yıldır rüzgardan bir enerji kaynağı olarak yararlanmaktadır. Buna ilişkin olarak ilk akla gelen yelkenli teknedir. Rüzgar enerjisini kullanabilmenin üç yolu vardır: Yelkenli teknelerde olduğu gibi doğrudan hareketi sağlamak; yel değirmenlerinde olduğu gibi herhangi bir makinenin kanatlarını döndürmek; elektrik üreteçlerine bağlı türbinleri çalıştırmak. Rüzgar enerjisi, dönüşüme uğramış güneş enerjisidir.
Güneş enerjisinin kayaları, denizleri ve atmosferi her yerde özdeş ısıtmaması nedeniyle oluşan sıcaklık ve basınç farkları rüzgarı oluşturmaktadır. Rüzgar bit merkez çevresinde dolandıklarında, santrifüj kuvveti etkisinde kaldıkları gibi, yeryüzü ve hava arasındaki sürtünme kuvvetinden de etkilenirler. Kutuplar ve ekvator arasındaki sürekli hava akımlarına göre, enerji üretimi açısından denizler, karalar, dağlar ve vadiler arasındaki yerel rüzgarlar daha önemlidir.
Rüzgar enerjisi bol ve serbest halde bulunan güvenilir ve sürekli bir enerji kaynağıdır. Havanın öz kütlesi az olduğundan, rüzgardan sağlanacak enerjinin miktarı hızına bağlıdır. Rüzgarın hızı yükseklikle, gücü ise, hızının küpü ile orantılı olarak artar. Sağlayacağı enerji, gücüne ve estiği süreye bağlıdır.
1982-92 döneminde Kaliforniya'da yaklaşık 150.000 rüzgar türbini kurulmuştur. Buralardan yaklaşık 3.000.000.000 kWh elektrik üretilmiş ve Kaliforniya' nın elektrik tüketiminin %1,2 buralardan sağlanmıştır. Dünyanın en büyük rüzgar çiftliği ABD' de kurulan Altamount Pass rüzgar tesisidir. 8160 Hektar alan kaplayan bu çiftlik 3500 adet 100 kW'lık ve 40 adet 300-450 kW'lık türbin bulunmaktadır.
Rüzgar Teknolojisi
Rüzgar enerjisi Betz teoremine göre max. %59,3 etkinlikle mekanik enerjiye çevrilebilir. Bu çevirim, rüzgar türbini tarafından yapılır. Böyle bir türbin; çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyecek kadar yükseklikte bir kule üzerinde bulunması gerekir. ayrıca yüksek verim için geniş düzlükler bu enerji kaynakları için daha elverişlidir. Türbinin rüzgara göre yönlendirilmesi, rotor ekseni ile rüzgar doğrultusu arasındaki yav açısını kontrol eden mekanizmayla sağlanır. Elektrik üretimini sağlayan bu makineye rüzgar jeneratörü adı verilir.
2000 yılı için kurulu kapasite hedefi ABD'de 2800 MW, Avrupa'da 6340 MW, Asya'da 3817 MW civarında olması tahmin edilmektedir. Avrupa'da en büyük kapasite Almanya'da 2000 MW olacak ve onu 1000 MW'la Danimarka takip edecektir. Gelecek 10 yıl sonunda ABD elektrik üretiminin %20 sini rüzgar enerjisinden sağlamayı hedeflemiştir. Avrupa Birliği ise 2005 yılında elektrik enerjisinin %20 sini yenilenebilir. kaynaklardan sağlamayı hedeflemektedir. Bu projede ise rüzgar enerjisine %2'lik bir pay ayrılmıştır.
Elektrik; çağdaş yaşamın en yaygın enerji kaynaklarından birisidir. Kullanıldığı alanlar neredeyse sayılamayacak kadar çoktur. Evlerimizi aydınlatmak, elektrikli süpürge, çamaşır makinesi gibi ev aletlerini çalıştırmak, hatta yemek pişirmek ve odalarımızı ısıtmak için elektrik enerjisinden yararlanırız.
Fabrika ve işyerlerindeki makineler ile bilgisayarlar ve telefon, radyo, televizyon yayınları gibi iletişim sistemleri için gerekli olan enerji gene elektrikten sağlanır. Motorlu taşıtlardaki ateşleme sistemini ve marş motorunu besleyen enerji kaynağı da akümülatörlerde depolanmış olan elektriktir. Öte yandan elektrikli trenler ve otomobiller gibi bazı taşıtlar tümüyle elektrik enerjisiyle yol alır. Kısacası elektrik insanların en vazgeçilmez ihtiyacı haline gelmiştir ve yaşantımızda son derece önemli bir rol oynar.
