Fizik

Spagetti Çubuğunu Neden İki Parçaya Ayıramayız?

Evinizde bir kutu spagetti varsa, şu deneyi deneyin: Tek bir spagetti çubuğunu her iki ucundan tutun. Şimdi kırılana kadar bükün. Kaç parçaya ayrıldı? Cevap üç veya daha fazlaysa, başka bir çubuk ile tekrardan deneyin. Sonuçta her seferde 3 veya daha fazla parçaya ayrıldığını göreceksiniz. Peki, neden pişmemiş spagetti büküldüğünde ikiye değil, üçe, dörde ve hatta bazen on parçaya bölünür?

Spagetti ile kim uğraşır ki diyebilirsiniz. Ancak yanılıyorsunuz. Fizikçi Richard Feynman’ın da bir gecesini makarna kırarak geçirdiği ve çubukların neden ikiye ayrılmayı reddettiğine dair teorik bir açıklama aradığı bilinen hikayeler arasında. Bu sorunun cevabı 2005 yılına kadar çözümsüz kaldı. Sonunda, iki Fransız bilim insanı Basile Audoly ve Sebastien Neukirch, kafalarda soru işareti bırakan spagetti problemini çözmeyi başardı. Kırılan spagettiyi modellemek için, ilk olarak 1850’de Gustav Kirchhoff tarafından geliştirilen bir diferansiyel denklem kullandılar. İkili bu buluşları ile 2006 Ig Nobel Ödülü’nü kazandı. 

Spagettiyi ikiye bölmek mümkün mü?

Bir parça kuru spagettiyi iki ucundan tutup bükmeye başladığınızda eğriliğini artırmış olursunuz. Eğrilik spagetti parçası için gereğinden fazla olduğunda, en zayıf noktasından kopacaktır. Spagetti kırılmaya başladığı ilk anda, orta kısmının geriye doğru esnemesiyle iki parçaya da dalga gönderecektir. Sezgisel olarak, bu dalgaların yavaş yavaş azaldığını, böylece iki yarının sonunda düz bir biçimde durduğunu düşünebilirsiniz. Ancak Audoly ve Neukirch’e göre tam tersi oluyordu.

Kirchhoff denklemindeki bilinmeyen şey, ilk kırılmadan sonra parçanın iki yarısının eğriliğidir. Bunu çözdüklerinde, Audoly ve Neukirch, eğriliğin azalmak ve sonunda sıfıra inmek yerine, iki yarının bazı bölümlerinde arttığını ve zayıf noktalarda daha fazla kırılmaya neden olduğunu buldular. Sonuçta, bu yeni kırılmalar da başka dalga hareketlerinin oluşmasına neden oluyordu. Sonuçta da bir zincirleme reaksiyon ortaya çıkarak bir sürü spagetti parçacığının oluşmasına neden oluyordu. Neden kırıldığını anladıktan sonra geriye bir tek sorun kalmıştı. Spagettiyi sadece iki parçaya kırmak mümkün mü? Neyse ki bilim bu noktada da imdadımıza yetişti. Sonunda bu sorun da çözüldü.

2018 yılında yüzlerce spagetti çubuğu üzerinde, özel aparatlar kullanılarak yapılan bir araştırma yapıldı. Spagetti belirli bir noktaya kadar döndürülüp, sonra yavaşça bükülürse gerçekten iki düzgün parçaya ayrılabiliyordu. Araştırma iki öğrenci, Ronald Heisser ve Vishal Patil tarafından yapıldı. Heisser, bükülmenin spagettinin kırılma şeklini etkileyebileceğini varsaydı ve elleriyle makarnayı bükmeyi denedi. Bu yaklaşımın laboratuvarda elbette kısıtlamaları vardı. Bu yüzden daha sonra bükme ve ikiye ayırma eyleminin ince ayarlanabileceği bir aparat tasarladılar. Sonuçta da bir matematiksel model geliştirdiler.

Spagetti Deneyi Sonucu

Çalışmanın yapıldığı düzenek

Tüm bunların sonucunda araştırmacılar, spagettiyi 270 derece döndürmenin, ardından uçları saniyede 3 milimetre hızla bükmenin spagettiyi iki eşit yarıya böldüğünü keşfettiler. Bunun nedeni, bükülmenin, bu ilk geri tepmenin yoğunluğunu zayıflattığı için geri tepme etkisini ve bükülme dalgalarını azaltmasıydı. Ancak küçük bir hatırlatma yapalım: Bulgular, sadece iki tür spagetti arasında tutarlı: farklı çaplara sahip Barilla No. 5 ve Barilla No. 7. Yani aynı deneyi Filiz makarna ile denerseniz başarılı olamayabilirsiniz. PNAS dergisinde yayınlanan bu araştırma sürecinde yüzlerce spagetti parçası zarar gördü.

Spagetti deneyi sonucunda akla gelecek olası soru neden olacaktır. Sonuçta spagetti yemeği severiz ancak bu kadar çabanın ne faydası var? Aslında var. Gerek doğal gerekse insan yapımı olsun uzun ve ince direkler, daha ağır yapıları desteklemek için sıklıkla kullanılır. Köprüleri tutan çelik yapılar buna bir örnektir. Spagettinin kırılması, bu tip yapıların gerilim altında nasıl davrandığını anlamamıza yarar. Araştırmacılar, sonuçların çok lifli yapılar, mühendislik ürünü nanotüpler ve hatta hücrelerdeki mikrotübüller gibi diğer çubuk benzeri malzemelerdeki kırıkların nasıl kontrol edileceği gibi uygulamaları olabileceğini söylüyorlar. Belki de gelecekteki birçok felaket makarnayla önlenebilir

Kaynaklar ve ileri okumalar:

  • Michelle Starr; MIT Scientists Have Finally Figured Out How to Break Spaghetti Into Just Two Pieces; Yayınlanma Tarihi: 14 Ağustos 2018; Yayınladığı Yer: Sciencealert.; Bağlantı: https://www.sciencealert.com/
  • Jennifer Chu; MIT mathematicians solve age-old spaghetti mystery; Yayınlanma Tarihi: 13 Ağustos 2018; Yayınladığı Yer:news.mit; Bağlantı: https://news.mit.edu

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.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu