Spagetti Çubuklarının İki Ucundan Tutulduğunda İki Parçadan Fazlaya Bölünme Gizemi
bir spagetti çubuğunu iki ucundan tutup bükmeye yeltenirseniz ve 2 parçaya ayırmaya çalışırsanız, bu işlemin göründüğü kadar kolay olmadığını göreceksiniz. bunu evde denemek bedava. ki genelde spagetti çubuğu 2 den fazla parçaya (3-4 parça gibi) ayrılacaktır.
spagetti gizemi olarak adlandırılabilecek bu olay, çubukların 2'ye ayrılmakta direnmesine dair teorik bir açıklama getirmeye çalışan ünlü fizikçi richard feynman'ın bile kafasını karıştırmıştır.
feynman'ın bu mutfak deneyi, 2005'e kadar yanıtsız kalmıştı. fransa'dan bazı fizikçiler toplanıp, bu süreçte spagetti çubuğuna etkiyen kuvvetleri ortaya koymaya çalıştılar.
bir spagetti çubuğu, her iki uçtan eşit olarak büküldüğünde, en kavisli olduğu merkezine yakın bir noktadan kırılacağını keşfettiler. bu ilk kırılma, bir snap-back etkisi yaratıyor ve çubuğun daha fazla sayıda kırılmasına yol açan bir bükülme dalgasını ve titreşimi tetikliyordu.
2006 lg nobel ödülü'nü (lg nobel ödülleri; harvard üniversitesi tarafından nobel'in bir parodisi olarak anlamsız-gereksiz sayılabilecek ve yeniden üretilmeyecek, üretilmemesi gereken bilimsel çalışmalara verilen ödüllerdir- https://g.co/kgs/wu8uvd) kazanan teorileri, feynman'ın yap-bozununu çözmüş görünüyordu. ancak geriye cevaplanması gereken bir soru kaldı: spagetti ikiye hiç ayrılamaz mıydı?
sorunun cevabını mit'deki araştırmacılar verdi. yayınladıkları makalede, araştırmacılar, hem bükerek hem de kıvırarak, spagetti'yi ikiye ayırmanın bir yolunu bulduklarını gösterdiler. yüzlerce spagetti çubuğu ile deneyler gerçekleştirdiler, çubukları özellikle bu amaç için ürettikleri bir aparatla kıvırıp, büktüler. ekip, eğer bir çubuk belli bir kritik dereceye kadar kıvrılıp daha sonra, yavaşça ikiye bükülürse her şeye rağmen 2'ye bölünebiliyordu.
araştırmacılar, sonuçların, kırık oluşumuna dair bir iç görü geliştirmek ve çok lifli yapılar, nanotüpler, hatta hücrelerdeki mikrotübüller (mikrotübüller, hücre iskeletini oluşturan yapılardan olup, reseptörleri tutarlar veya serbest bırakırlar. protein yapıda olup, uzun, içi boş silindirik yapılardır- https://g.co/kgs/lwe6us) gibi diğer çubuk benzeri materyallerdeki kırıkların nasıl kontrol edileceği gibi mutfak dışı uygulamalarda kullanılabileceğini belirtiyorlar.
yukarıdaki gif'te gösterildiği gibi, deneyler (yukarıda) ve simülasyonlar (aşağıda) spagetti'nin iki veya daha fazla parçaya nasıl bölünebilineceğini gösteriyor.
araştırmacılar, bazı manuel testler yaptılar ve sonunda spagettiyi gerçekten sert bir şekilde kıvırıp ve uçlarını bir araya getirdiklerinde (bükme işlemi) bunun işe yaradığı ve iki parçaya ayrıldığını gösterdiler. şunu belirtmeden geçmeyelim; çubuğun ilk başta gerçekten güçlü bir şekilde kıvrılması gerekiyor.
araştırmacılar, olayı otomatiğe bağlamak amacıyla, yüzlerce spagetti çubuğunu kıvırıp bükmek için bir cihaz kullandılar ve tüm parçalama işlemini bir kamerayla saniyede bir milyon kareye kadar kaydettiler. sonunda, spagetti'yi neredeyse 360 derece kıvırarak (döndürerek) , ardından iki ucu bükmek için yavaşça bir araya getirerek, çubuğun tam olarak ikiye kırılabildiğini gördüler. kullandıkları spagettiler barilla no: 5 ve barilla no: 7 idi. bu iki spagettinin çapları biraz farklı olmasına rağmen ikisinde de bunun işe yaradığını gösterdiler.
aşağıdaki gif'te bu ikiye bölünmeyi görebilirsiniz:
araştırmacılar, bu kıvırma-döndürme işleminin çubuğu ikiye bölmesine dair bir matematiksel model geliştirmeye çalıştılar.
kıvırma işleminin, çubuk bükülürken yayılan kuvvetleri nasıl etkilediğini araştırdılar. 10 inçlik bir spagetti çubuğunun ilk önce yaklaşık 270 dereceye kıvrıldığı ve daha sonra büküldüğü takdirde, iki etki nedeniyle 2'ye bölünebildiğini gösterdiler. bunlardan ilki snap-back diğeri ise twist-back etkisidir.
çubuğun büküldüğü yöne zıt yönde olan eski şeklini geri almasını ifade eden geri bükülme kuvveti olan snap-back etkisi, çubuğun kıvrılması durumunda zayıflar.
twist-back etkisi ise çubuğun orijinal düz durumuna geri gevşeme isteğini ifade eder. çubuktan enerjiyi serbest bırakan bu etki, ek kırılmaları önler. yani çubuk bir kez bozulduğunda, hala bir snap-back etkisi var çünkü çubuk düz olmak istiyor, ama aynı zamanda kıvrılmak da istemiyor.
snap-back etkisi, çubuğun ileri geri titreyeceği bir bükülme dalgası yaratırken, twist-back de çubuğun ileriye ve geriye doğru sarmal olarak kıvrılacağı (türbüşon şekli gibi) bir dalga yaratır. kıvrılma dalgası, bükülme dalgasından daha hızlı hareket eder, bu da enerjiyi dağıtır, böylece sonraki kırılmalara neden olabilecek ek gerilim birikimleri oluşmaz. böylece çubuk 2'den fazla parçaya ayrılmaz. yani 2 parçaya ayrılabilir.
burada snap-back'i kısaca geri bükme etkisi, twist-back'i de geri kıvırma etkisi olarak düşünebilirsiniz.
kafa karıştırmamak adına twist'in yani kıvrılmanın aynı eksen etrafında (x ekseni) bir nevi çubuğu döndürme demek olduğunu, bending'in yani bükmenin de çubuğu ters eksende (y ekseni) bükme yani bir nevi çubuğu kırma işlemi olduğunu unutmayın.
başta önemsiz gibi gözüken bu deneyler, belki ileriki araştırmalar için ve başka buluşlar için temel oluşturabilir, ne de olsa hiçbir bilgi gereksiz değildir.