Bilimin Bile Açıklayamadığı, Çok Sayıda Kum Taneciğinin Bir Araya Gelmesiyle Oluşan Gariplikler

kum, fiziksel özellikleri oldukça ilginç olan malzeme. yoğun madde fizikçileri arasında hayatını kum gibi küçük ama klasik (kuantum olmayan) parçacıklardan oluşan sistemleri inceleyerek geçiren epey bir insan var, konuya granular materials diye daha saygı uyandıran bir isim bulmuşlar. böylece 'kum üzerine çalışıyorum', 'amele misin?' diyalogu ortaya çıkmadan engellenmiş.

efendim neymiş bu ilginç özellikler, onları biraz anlatayım, bu granular materialcı arkadaşların işi ne derece zor anlayın.

kumun sıkıştırılabilirliği

bir şişeye kum doldurun, etrafta kum saati varsa o da olur, kumun seviyesini işaretleyin. şimdi alttan pıt diye vurun, seviye biraz aşağı indi. bir sonraki vuruşunuzda biraz daha aşağı inecek, ama ilkine göre daha az, hatta ilk seferki kadar indirmek için pıt pıt diye iki kere vurmalıydınız. yani sıkışma vurma sayısı ile üssel olarak azalıyor. ama bu her zaman doğru değil, pıt diye değil pat diye vurup abanırsanız kumun seviyesini yükseltmeniz bile mümkün. pıt ile pat arasındaki çizgi neye göre değişiyor açıklanmış değil. pıt pıtların seviye azaltma hızının neye bağlı olduğu da açık değil her zaman.

duvarlardaki yük

efendim tam olarak kum olmasa da buğday, arpa vb. taneleri de granuler akışkan madde oluşturuyor. hububat biriktirilen siloların patlama sorunu varmış, duvarlarının özelliği olmayan bir noktası bir anda bam diye açılıp içindekileri saçabiliyormuş dışarı. uzun süre niye olduğu anlaşılamıyan bu olay ancak geçen on yıl içinde kum gibi malzemelerin kendilerini nasıl taşıdığı öğrenilince açıklandı. efendim bir sıvı veya gaz alsanız, yukarıdan aşağıya doğru basınç artar, altaki moleküller yukarıdakilerin ağırlığını hisseder, ama her molekül bunu eşit bölüşür. kumda böyle olmuyor, yukarıdaki parçacıkların ağırlığı 'kuvvet zincirleri' halinde sadece belirli parçacıkalar tarafından iletiliyor aşağıya. yani kumda bir paçacacık hemen hemen hiç yük hissetmezken üzerinde yan komşusu hayvani bir ağırlık taşıyor olabiliyor. bu kuvvet zincirleri duvarlarda sonlanabildiği için duvarlara çok yük binmesi mümkün oluyor. siloları beton yapmalarının bir sebebi var.

fraktal yük dağılımı ve takılma

kum genelde akışkandır, ama kum saati bile bazen anlamsız şekilde akmayı durdurabilir, akış takılabilir. bu teknik tabirle jamming durumu biraz önce anlattığım yük zincirlerinin birbirine dolanması ile oluyor, ama yük zincirlerinin dallanması ve yayılması fraktal bir yapı oluşturduğundan bu takılmanın ne zaman olacağı kestirilemiyor.

karışma

iki cins kum alın, biri kırmızı renk diğeri beyaz olsun, dökün bir şişenin içine sallayın. genelde pembembsi bir kum oluşur, ama küçük bir bölgeye bakarsanız sırf beyaz veya sırf kırmızı tanelerden oluşmuş bölgeler görebilirsiniz. iki granuler maddenin birbirine karışması problemi epey zor. uygulama olarak da pek önemli, ilaç hazırlanırken bir çuval etken maddenin tozu ile beş çuval dolgu malzemesinin tozunu karıştırabilirsiniz, sonra bu karışımdan sadece küçük bir miktar alıp hapın içine doldurunca o bire beş oranının korunmasının garantisi yok. ilaç ve petrokimya şirketleri epey bir para akıtıyor bu araştırmaya.

brezilya fındığı etkisi

bu brezilya fındığı denen yemiş pek tatlı olmasının yanında boyut olarak da diğer çerezlere göre epey büyüktür. karışık fındık fıstık kutusunu açan bir fizikçi bu brezilya fındıklarının hep kutunun üstüne çıktığını gözlemiş, sonra da gitmiş kumun içine büyükçe bir top koyup deney yapmış. hakkaten kumu salladıkça top aşağı değil yukarı çıkmış. bazı durumlarda tersi de olabiliyor, ama hangi şartlar büyük fındığın yukarı mı aşağı mı gideceğini belirliyor anlaşılmış değil.

-------------------------------
sonuç olarak kum tanecikleri ve iki kum taneciğinin etkileşimi hakkında bilmediğimiz yok, hatta üniversite bir fiziği almışsanız f=ma ve sürtünme kuvveti biliyorsanız sizin de bilmediğiniz yok. ama çok sayıda kum taneciği bir araya gelince oluşan sıvının hareketini öngöremiyoruz, alın size emergence.

bir sürü insan kum için hidrodinamik denklemler çıkartmak, hatta inşaat mühendislerinin soil mechanics adı altında kullandığı empirik kuralları f=ma dan bulabilmek için uğraşıyor. demek ki neymiş, fizikçiler sadece öyle uçuk kaçık, 'iyi de günlük hayatta ne işimize yarayacak' dedirten islerle uğraşmıyormuş.