Günümüzün renkli oyuncakları ile karşılaştırıldığında, bir çoğumuzun çocukluğunun klasik oyuncakları bugünün çocuklarına sıkıcı gelebilir. Ama aslında, bu oyuncaklar göründükleri kadar sıradan değillerdir, çoğu önemli fiziksel kavramları bünyesinde barındırır. Gelin şimdi klasikleşmiş bazı oyuncaklara ve arka planlarında işleyen fizik kurallarına göz atalım…
Topaç
Dünya kültürlerinin çoğunda ve hatta antik arkeolojik kalıntılar arasında bulunan bir oyuncak olan topaç, bazı önemli fiziksel ilkeleri bünyesinde barındırır. Topacın hareketinin ardında açısal momentum olarak adlandırılan bir güç var. Bu güç dışarıdan müdahale eden bir kuvvet olmadıkça, dönen bir cismin dönmeye devam etmesini sağlıyor.
Topacı çevirip üst kısmına hareket verdiğiniz zaman büyük miktarda güç uygulamış oluyorsunuz ve bu güç açısal momentumu açığa çıkarır. Topaç, küçük bir nokta üzerinde dengelendiği için, altındaki yüzeyle minimum miktarda sürtünme yaşar ve böylece dönme hareketine uzun süre devam eder.
Topaç hızla dönerken dik durmaya devam eder çünkü uygulanan tork yer-çekimine karsı koyar ve hareketin yönü değişmez. Ama üst kısmı hava direnci nedeniyle yavaşlamaya başladığında yerçekimi etki etmeye başlar, sonunda topacı yavaşlatır, kararsız hale gelir ve topaç yalpalamaya başlar. Bu durum kısa süre içinde yere devrilmesiyle son bulur
Plazma lambaları
Küre şeklinde bir cam içine sıkıştırılmış helyum, neon ve kripton gibi bir takım gazlar bize büyülü bir madde gibi görünür. Bu fikrin babası da Nikola Tesla’dır. Kürenin içinde bulunan karışım, atmosferin yüzde birinden bile az olacak şekilde düşük bir basınç meydana getirir.
Lambanın merkezinde de bir elektrot vardır. Lamba fişe takıldığında, elektrik akımı bu elektrota ulaşıp buradan da küreyi dolduran gazlara yayılıyor. Akım, atomları iyonize ederek elektriksel bir yük verir ve aynı anda ışık yanıp sönmelerine neden olur. Bu iyonize olmuş gaz plazma olarak adlandırılır.
O esnada elektronlar da birbirlerini iterek merkezden mümkün olduğunca uzağa hareket etme eğiliminde oldukları için biz plazma içinde dışa doğru oluşan bu hareketi gözlemleyebiliriz. Lamba çalışır durumdayken elinizi kürenin dışına değdirdiğiniz anda merkezi elektrot ile cam küre arasında bulunan elektrik alanını değişir. Bu elektronların hareketini güçlendirir ve elinize doğru hareket etmelerini sağlar.
Slinky oyuncağı (Stres Yayı)
Stres yayı” olarak da bilinen Slinky’nin mucidi Richard T. James, bu metal yayın eğlence amacıyla kullanılabileceğini 1940’ların başlarında savaş gemisi mühendisi olarak çalışırken keşfetti. Aslında James, okyanus gemilerinde ekipmanları yerlerine sabitlemek için kullanılan, “gergi yayı” denilen metal bobinler geliştiriyordu.
Masasında çalışırken bu yaylardan biri yere düşüp “yürümeye” başladı. Gergi yayını oyuncak olarak pazarlama potansiyelini görünce bu fikri karısı Betty ile paylaştı. Betty sözlüğü karıştırdıktan sonra Slinky adında karar kıldı. 1945’te James, Slinky’nin tasarımına son halini verdi.
Stres yayı isminden de anlaşılacağı gibi bir tür yaydır. Kapalı haldeki stres yayını açmak için bir kuvvet uygulamak gerekir. Stres yayı bir ucundan tutulup serbest bırakıldığında yayın ağırlığının etkisiyle gerilerek uzar. Ne kadar uzayacağı kütleçekim kuvvetinin büyüklüğüne bağlıdır.
Stres yayı havada asılı haldeyken yaya etki eden yerçekimi kuvveti ile gerilme kuvveti birbirini dengeler. Stres yayı ile ilgili ilginç bir durum yayı elinizden bıraktığınız zaman gerçekleşir. Düşme sürecinde stres yayının üst kısmının aşağı doğru hareket etmeye başladığını, bu sırada alt kısmının bir süre havada asılı kaldığını, yay tam olarak kapandıktan sonra ise bütün olarak aşağı doğru düştüğünü görebilirsiniz.
Newton Beşiği
Genelde ofislerde rastladığımız bu oyuncağın çalışmasının ardında enerjinin korunumu yasası var. Bu yasa belli bir enerjinin yoktan var olamayacağını ve varsa ortadan kaybolmayacağını söyler. Ama enerji türü dönüşüp değişime uğrayabilir.
İlk topu kaldırdığınızda, ona enerji vermiş olursunuz. Top diğer topa doğru gittiğinde, bu enerji kinetik enerjiye ve hıza dönüşür. İlk top ikinci topa çarptığında, momentumu ikinciye geçer; sonra üçüncü, dördüncü ve en sonuncu topa kadar ulaşır. Tüm bu işlem o kadar hızlı olur ki, biz ortadaki üç topu hareketsiz olarak görürüz.
Kağıt Uçak
Bugün yaptıklarımıza benzeyen kâğıt uçaklar ilk olarak 20. yüzyılın başında tasarlanmaya başlandı. Uçak deyince akla ilk olarak elbette Wright Kardeşler gelir. Kendilerinin evlerinde çok sayıda ve çeşitli kağıt uçak modelleri inşa ettikleri ve bunları yine evlerinde inşa ettikleri bir rüzgar tünelinde test ederek, uçuş sırasında meydana gelen kuvvetleri anlamaya çalıştıkları bilinmektedir.
Kağıt uçaklar aerodinamik yasalarının nasıl çalıştığını öğrenmemizi sağlar. Bir uçak, kağıttan ya da metalden yapılmasına aldırmaksızın aynı ilkelere bağlı kalarak uçar. Bunun için olmazsa olmaz iki şeye ihtiyacı vardır: havalanabilme ve denge. Kanatlar uçağın kalkıştan sonra dengeli bir şekilde uçabilmesini sağlar. Bu sırada yerçekimini yenmeye yetecek oranda bir yükselme gücü oluşur. Bu durum sürdükçe uçağın dengesi bozulmaz ancak hızı düşerse yerçekimi baskın gelir ve uçak düşer. Daha fazlası için bu yazımıza göz atabilirsiniz: Kolaydan Zora Kağıt Uçak Yapımını Öğrenelim
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- The Cool Physics of 7 Classic Toys; Yayınlanma tarihi: 2 Aralık 2011; Bağlantı: https://www.livescience.com/
- Something amazing happens when you drop a stretched-out Slinky. Yayınlanma tarihi: 22 temmuz 2015; Bağlantı: https://www.businessinsider.com/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
