Fizik

Arşimet Aynalar Yardımı İle Gemileri Yakmış Olabilir mi?

Eminiz bir çoğunuz hayatınızda en az bir kere güneş ışığını bir mercekten belirli bir noktaya odaklayarak bir kağıt parçası yakmayı denemişsinizdir. Ancak muhtemel çok azınız başarmışsınızdır. Aslında birçok insan aynı prensibi kullanarak nispeten daha büyük şeyleri yakmaya çalıştı. Ancak onların da çok azı başardı. Aslında efsaneye göre, ünlü Yunan bilim insanı ve matematikçi Arşimet de aynı ilkeyi kullanarak daha büyük bir ölçekte bir yıkıma neden olmayı denemişti. Peki sizce o başarılı olabildi mi?

Antik Yunan geometrisi Arşimet, genellikle antik çağın en büyük matematikçisi ve bilim insanı olarak anılır. Kendisi, Isaac Newton, Leonhard Euler ve Carl Friedrich Gauss ile birlikte dünyanın en büyük dört matematikçiden biri olarak kabul edilir. Bu nedenle bir çok kaynakta karşımıza çıkan bu söylencenin doğruluk payının sorgulanması doğaldır.

Efsanede bize Arşimet’in Yunanistan’ı işgal etmeye çalışan Roma gemilerine çok sayıda ayna (veya tek bir devasa ayna) aracılığıyla güneş ışığını odaklayarak bir “ölüm ışını” yarattığı söylenir. Bu sayede de düşman gemilerini büyük bir bozguna uğratır. Gelin Arşimet’in gerçekten böyle bir “ölüm ışını” inşa edip edemeyeceğini anlamaya çalışalım.

Bir Büyüteç İle Nasıl Ateş Yakabiliriz?

Güneş ışınlarının bir yangın başlatmak için odaklanmasını gösteren 1658 tarihli bir illüstrasyon. kaynak: https://en.wikipedia.org/

Normal koşullarda güneş ışığı belirli bir miktarda enerji taşır. Ancak dünyaya ulaşan ışınlar dağınık olduğundan bir kağıdın ya da herhangi bir yanıcı yüzeyin üzerine düştüğünde yakma potansiyeli taşımaz. Bununla birlikte, kağıt parçası ile ona doğru gelen ışınlar arasına bir büyüteç yerleştirdiğinizde işler değişir. Bu sayede ışınların birbirine yaklaşmasını ve odak noktasında birleşmesini sağlarsınız.

Bu durumda şansınız da yaver giderse küçük bir duman ve alevler ile karşılaşabilirsiniz. Peki, daha büyük şeyleri mesela bir gemiyi yakabilir miyiz?

Teorik olarak, evet… Bu prensibi kullanarak daha büyük şeyleri yakabilirsiniz. Teoride çukur ve parabolik aynalar kullanarak onlarca metre uzaklıktaki bir noktaya yeterli sürede ve miktarda ışığı yansıttığınızda cismi yakmanız mümkün. Yani Arşimet’in gemi yakma efsanesinin bazı temelleri olduğu doğrudur. Ancak pratiğe gelince aynı şeyleri söylemek biraz zor. Bunun bazı nedenleri vardır.

Arşimet Aynasının Boyutu Nasıl Olmalıdır?

Bu gravür, Arşimet’i saldırısını gerçekleştirmek için büyük, parabolik bir ayna kullandığını gösteriyor.

Günümüzün sağladığı imkanlarla da çok uzakta olmayan pek çok cismi aynalar yardımıyla kolayca yakabilirsiniz. Yani soru, güneşin yeterli ısı sağlayıp sağlayamayacağı değildir. Soru, Arşimet’in o sırada sahip olduğu araçlarla, ahşap bir geminin güvertesini ateşe vermek için yeterli güneş ışığını yoğunlaştırmak için bir mekanizma inşa edip edemeyeceğidir.

Küçük bir büyüteçle bir kağıt parçasında bir delik açmak kolaydır. Ancak önemli bir mesafeden gerçek boyutlu bir gemiyi yakmak söz konusu olduğunda, pratik olmayan bir şekilde ihtiyacınız olacak olan şey devasa bir aynadır.

Arşimet’in böyle büyük bir aynaya erişimi olduğunu varsayalım. Daha sonra, bu aynayı taşımanın ve hızlı bir şekilde hedefe yöneltmenin bir yolunu bulması gerekecekti. Bunlar tahmin edeceğiniz gibi pek kolay şeyler değil. Birçok illüstratör, Arşimet’i tek bir parabolik ayna kullanarak resmetmiştir. Bir parabolik ayna, bir ışık kaynağından (güneş gibi) gelen ışınları aynadan belirli bir mesafede (odak uzaklığı) olan tek bir noktaya (odak noktası denir) odaklayacak kavisli bir şekle sahiptir.

Sorun, tek bir aynanın belirli bir odak uzaklığına sahip olmasıdır. Bu, ateşe vermek istediğiniz geminin, planın çalışması için aynanızdan tam olarak odak uzaklığında olması gerektiği anlamına gelir. Ancak bahsettiğimiz şey denizde hareket eden ve ıslak tahtalara sahip olan bir gemidir. O zaman ikinci seçeneğe odaklanalım. Bir değil birden çok ayna kullanmak.

Bir Değil Birden Çok Ayna Kullanırsak Ne Olur?

Birden fazla düz ayna kullanan askerler ışığı bir gemiye yöneltebilir. Ancak gerçekten alev alacak kadar ısıtabilirler mi?

Bilim insanları. A. Mills ve R. Clift bu tarihi efsaneyi araştırdılar ve sonuçlarını European Journal of Physics’te yayınladılar. Küçük bir ahşap gemi modelini yakabilmek için her biri 1 m2 ayna tutan 440 adamın, 50 metre mesafeye yerleşmiş olması gerektiğini buldular. Yani Arşimet’in tek değil çoklu aynalar ile gemiyi yakabilmesi için en az 440 aynaya ve aynı sayıda adama ihtiyacı olmalıydı. Bu 440 adamın hassasiyetle bir noktaya nişan almasını sağladığınızı varsayalım. Yine de oluşacak şey kolayca söndürülebilecek küçük bir ateş olacaktır.

Discovery Channel’ın popüler bir programı olan Mythbusters, bir geminin sadece aynalar kullanılarak yakılıp yakılamayacağını anlamak için üç bölüm ayırdı. (29 Eylül 2004, 25 Ocak 2006, 8 Aralık 2010). Her üç bölümde de efsane mantıksız ilan edildi.

Gerçeklerden asla emin olamayabiliriz. Bugün sahip olduğumuz birçok gerçek, efsanenin gerçek olmadığını gösteriyor. Ancak söz konusu olan Arşimet olunca bu fikri denenmiş olabilir. Ayrıca bu fikir başarılı olmuş olsaydı muhtemel ilerleyen yıllarda tekrar kullanılmak istenecekti. Nihayetinde tarihi kazananlar yazar. Arşimet’in hikayesi biraz da bunu destekliyor gibi gözüküyor.


Kaynaklar ve İleri Okumalar:

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.
Başa dön tuşu