Her yerin kar ile kaplı olduğu bir coğrafyada barınma ihtiyacınızı nasıl giderirsiniz? Muhtemel vereceğiniz cevap bir iglo yaparak biçiminde olacaktır. İglolar gerçekten de mimari harikalardır. Bu evler yüzyıllardır Arktik bölgelerdeki yerli halklar tarafından geçici barınaklar olarak kullanılıyor. Ancak bu yazıda bizim olduğumuz şey igloların mimarisinden ziyade arka plandaki bilim olacak.
Bir iglonun ne olduğunu düşündüğünüzde siz de şaşırtıcı bir gerçek ile karşı karşıya olduğunuzu anlarsınız. Sonuçta iglolar kardan yapılır. Peki görünüşte kırılgan olan bu kar yapıları dondurucu soğuklarda içindekileri nasıl sıcak tutar? Aslında bu sorunun cevabını anlamak için öncelikle neden üşüdüğümüzü anlamamız gerekecek.
Isı, bir nesneden diğerine aktarılabilen bir enerji şeklidir. Isı enerjisi, iki bölgenin sıcaklıkları eşitlenip termal denge sağlanana kadar yüksek sıcaklıktaki bölgelerden düşük sıcaklıktaki bölgelere doğru hareket eder. Isının bu hareketi üç şekilde gerçekleşir.
- İletim: Bu yöntemde temas halinde olan iki ya da daha fazla nesne vardır. Isı, iletim yoluyla sıcak olan nesneden soğuk olana geçer ve denge sağlanır. Sıcak bir tavaya dokunursanız ısı tavadan elinize iletim yoluyla aktarılacağından elleriniz yanar.
- Konveksiyon: Bu yöntem sadece sıvılar ve gazlar için geçerlidir. Çünkü ısınan maddenin yer değiştirmesi söz konusudur. Buna örnek olarak doğal gaz peteklerini verebiliriz. Petekler yere yakın konumlandırılır. Çünkü aşağıdaki hava ısındıkça yoğunluğu düşer. Yoğunluğu düşen sıcak hava yükselir, soğuk hava ise alçalır. Böylece oda eşit bir şekilde ısınmış olur.
- Radyasyon ( Işıma): Radyasyon, ısının elektromanyetik radyasyon biçiminde aktarılmasıdır. Mutlaka bir ortama ihtiyaç duymaz. Bir nesne kızılötesi ışıma yaptığında diğer nesneler bu radyasyonu emer. Güneş, ısıyı radyasyon yoluyla uzaya aktardığı için güneş ışığının sıcaklığını hissederiz.
İglo Nasıl Sıcak Tutar?
Isı kaybeden cisimler soğurken, ısı kazanan cisimler ısınacaktır. Yani üşüdüğünüzde sadece ısınızı kaybedersiniz. Bu üç mekanizmanın etkileşimi bir iglonun içinin sıcak kalmasını sağlayacaktır.
Soğuk bir sabahta küçük bir battaniye parçası kendimizi bizi sıcak ve rahat hissettirecektir. Bunun nedeni vücudumuzdan ısının kaçmasını engellemesidir. Bir iglo da benzer bir prensiple çalışır ve kişinin vücut ısısını duvarlarının içinde hapseder.
İglolar sıkıştırılmış kardan yapılır. Kompakt sertleşmiş kar, mükemmel bir ısı yalıtkanıdır çünkü kar, yaklaşık %95’i sıkışmış hava içeren yarı donmuş sudan başka bir şey değildir. Minik buz kristalleri arasında sıkışıp kalan hava molekülleri hava cepleri oluşturur. Bu cepler, konveksiyon nedeniyle ısı kaybını önleyen mükemmel yalıtkanlar olarak görev yaparlar. Bu sayede, vücudumuzdan kaçan ısı, konveksiyon yoluyla iglonun içindeki havanın bir kısmını ısıtır.
Soğuk hava, sıcak havadan daha yoğun olduğundan, soğuk hava iglonun alt kısmına yerleşir, sıcak hava ise yapının tepesine doğru hareket eder. Bu nedenle bir iglonun içi basamaklar halinde inşa edilmektedir. İnsanlar oturmak ve uyumak için yerden temaslarını keserler. Doğru şekilde inşa edildiği takdirde bir iglo, yalnızca vücut ısısını kullanarak iç ortamı ile dış ortamı arasında yaklaşık 40°C’lik bir fark yaratacaktır.
Bir İglonun Şekli İçinin Sıcaklığını Etkiler mi?
Bir iglonun içinin sıcak kalmasının temel nedenlerinden biri de şeklidir. Biz bir kubbe gibi düşünsek de şekli aslında bir katenar eğrisidir. Katener eğrisi, parabolik bir kemere benzeyen ama parabol olmayan U benzeri bir şekildedir. Bu eğrinin tam olarak ne olduğunu anlamak için şöyle düşünün.
Bir zinciri iki kancadan astığınızda tanımladığı eğriye zincir eğrisi denir. Herhangi bir asılı zincir, doğal olarak, (zinciri yukarı tutan kancalardan gelen) gerilim kuvvetlerinin ve aşağı doğru çeken yerçekimi kuvvetinin tam olarak dengelendiğinde bu şekli bulacaktır.
Bu şekil ters çevrildiğinde eğri önemli bir avantaja sahip olur. Bu şekil hem kendi ağırlığını kolayca taşır hem de en az malzemeyi kullanmış olursunuz. Şekli mimaride ve özellikle köprü yapımında sıkça karşımıza çıkması bu avantajın bir sonucudur. Bu özel şekil, sıcaklığın korunmasında ek bir fayda sağlamasa da kardan yapılmış bir yapının sağlam bir biçimde çökmeden ayakta kalmasını sağlar. Bu şekil de aşağıdaki görselde de gördüğünüz gibi spiraller çizerek karların istiflenmesi ile elde edilecektir.
Ayrıca iglonun dış duvarları örülürken, üst kısımda bir hava ve ışık giriş-çıkışını sağlayan bir ventilasyon açıklığı, dışarı gözetleyebilmek için bir pencere açıklığı ve insan giriş-çıkışını mümkün kılacak biçimde bir kapı tüneli de açılır. Tüm bunlar, aşağıdaki görselde özetlenmektedir:
Sonuç Olarak
Bir iglo yalnızca yapı malzemesi açısından değil tam anlamıyla bir mühendislik harikasıdır. Arktik bölgelerdeki yerli halkların, arkasında yatan matematik veya fizik hakkında herhangi bir farkındalığa sahip olmadan, deneme yanılma yoluyla sıcak ve istikrarlı bir inşaat yöntemine ulaşmayı başarmaları da oldukça şaşırtıcı ve etkileyicidir.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- How Does An Igloo Keep You Warm? Yayınlanma tarihi: 16 Kasım 2021. Kaynak site: Science ABC. Bağlantı: How Does An Igloo Keep You Warm?
- Why Igloos Work: Catenoids, Crystal Structures, and the 61-Degree Melt Point. Yayınlanma tarihi: 11 Şubat 2016. Kaynak site: Inverse. Bağlantı: Why Igloos Work: Catenoids, Crystal Structures, and the 61-Degree Melt Point
- González-Espada, Wilson & Bryan, Lynn & Kang, Nam-Hwa. (2001). The intriguing physics inside an igloo. Physics Education. 36. 290-292. 10.1088/0031-9120/36/4/301.
- Handy, Richard. L.. “The Igloo and the Natural Bridge as Ultimate Structures.” Arctic 26 (1973): 276-281.
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
