Evliya menkıbelerinde, bir keramet olarak, su üzerinde yürümekten bahsedilir. Fizik kurallarına aykırı bu durum, tabiî ki dinleyenler tarafından şaşkınlıkla karşılanır. Harikulade olan bu durum, bazı hayvanlar için gayet normal bir hayat tarzıdır. Uzun bacaklı su gezginleri olarak bilinen (Gerris sp.) böcekler grubu, sakin gölet ve nehirlerin su yüzeyinde sanki karadaymış gibi gezebilirler.
Su üzerinde hız yapmaya uygun bir yapıda yaratılmış bu kahverengi böcekler, genellikle hareketsiz durmalarına rağmen, herhangi bir uyarana bağlı olarak ani hareketler yaparlar. Bu esnada arkalarından dışarıya doğru yayılan küçük su dalgaları oluşur. Akıllara takılan soru şudur: Su üzerinde nasıl dururlar?
Burada işin sırrı, vücut boyutlarının ve bacaklarının, suya verilmiş bazı özelliklerden faydalanmalarına imkân verecek şekilde yaratılmalarında gizlidir. Özgül ağırlığı sudan yüksek olan cisimler batar, sudan daha az özgül ağırlığı olan maddeler (odun, yağ gibi) suyun üstünde kalır ve batmazlar. Su yüzeyindeki moleküller arasında zayıf bir çekim kuvveti vardır, fakat yüzey gerilimi olarak adlandırılan bu zayıf kuvvet, bir insanı taşıyacak kadar güçlü değildir.
Bir su gezgininin yalnızca üç susam tanesi kadar ağırlığa sahip olması, su yüzeylerini bükmek için yeterli olsa da kıramaz. Böylece yüzey gerilimi, su gezgininin ağırlığını destekler (1. Şekil). Su gezginleri, ölçeklenmenin fizikîneticeleri sebebiyle bizden farklı bir hayat yaşarlar. Su üzerinde gezebilecek bir hayvanın vücut büyüklüğü yanında ayakları arasındaki açıklık, yani ağırlık yüzeyinin genişliğinin büyük önemi vardır.
Yüzey genişledikçe yapılan basınç azalır. Mesela, bıçak bilendiğinde kesme yüzeyi çok azaldığından hafif bir basınçla bile bastırılan cismi keser. Fakat kesme yüzeyi genişlerse, yani bıçak körelirse kesmek için çok bastırmak gerekir. Benzer şekilde bir insan, su üzerinde bir su gezgini gibi yürümeyi deneseydi, su gezgininin ağırlığının yaklaşık 10.000.000 katı olan vücut ağırlığını, yüzey geriliminin desteklemesi için, yaklaşık 10 kilometre genişliğinde ayaklara ihtiyacı olurdu.
Su gezginleri, su üzerinde kürekli kayıklara benzerler. Bacaklar su yüzeyine temas ettiğinde, gümüşî bir hava tabakasıyla kaplanırlar. Su gezginlerinin bacaklarının bir milimetresinde 10.000 kadar çok küçük kıl bulunur. Bizim başımızdaki saçların yoğunluğundan bir milyon kat daha yoğun kıllı bacaklara sahiptirler. Hava bu kılların arasına hapsedilir. Üstelik bu mikroskobik kıllar, onları daha da su geçirmez hâle getiren oyuklarla kaplıdır. Kitin maddesinden yapılmış bu kıllar, su iticiliğini artırmada önemli bir fonksiyona sahiptir ve bacağın yüzey alanını artırarak kuru kalmalarını sağlar. Kıllar arasında tutulan hava tabakası, uzun mesafeler boyunca suyun üzerinde batmadan kaymalarına vesile olur. Yetişkin su gezginleri, “kürek çekme” sırasında saniyede, vücut uzunluğunun 50 misli kadar mesafe kat edebilir. Bu durum, bir insanın saniyede 100 metre koşmasına eş değerdir.
Peki, bir su gezgini ilk hareketine nasıl başlar? Hidrodinamik teoriler, yüzey dalgalarının, ancak bir hayvanın bacaklarını yeterince hızlı hareket ettirebilmesi durumunda üretilebileceğini söyler. Sabit hızda ve düz çizgide hareket için bu minimum hız, saniyede 23 santimetre (bir karış kadar) olup küvette veya yüzme havuzunda test edilebilecek kadar düşük bir hızdır. Yetişkin olanların bacakları bir santimetre uzunluğundayken, yavru su gezginlerinin bacakları ancak bir milimetre uzunluğundadır. Bebek su gezginlerinin gerekli hıza ulaşabilmesi için bacaklarını saniyede 1000 devirden daha yüksek hızlarda, yani bisiklet üzerinde pedal çevirme hızımızdan 500 kat daha hızlı döndürmeleri gerekir ki bu durum, onlara zarar verebilir. Fakat bebek su gezginlerinin de ilk hareketi başlatarak su üzerinde sürdürebildikleri bilindiğine göre, farklı bir mekanizma olmalıdır.
Bu mekanizmayı ortaya çıkarmak için bilim insanları su örümceklerini incelediler. Örümceklerin su yüzeyinde hareket ederken arkalarında dalgalar ürettikleri fark edildi. Bu gözlemden sonra, su gezginleri hassas kayıt yapabilen cihazlarla seyredildi. Kürek çekme vuruşunun tamamı, saniyenin yüzde biri kadar sürüyordu. (Tek bir göz kırpmaya 30 kürek vuruşu sığdırabiliriz). Su gezginlerinin orta bacakları ile böyle bir frekansla kürek çektikleri, ileri ve yukarı doğru hareket edebildikleri görüldü. Arkada kalan su yüzeyi, trambolin gibi dalgalanıyordu. Fakat yapılan analizler, dalgalı trambolinin ileri doğru iten tek sebep olamayacağını söylüyordu.
Laboratuvarda, su gezginlerinin kürek çekmeleri, renkli boyalar kullanarak takip edildiğinde oluşan dalgaların sadece kürek vuruşunun kısa bir görüntüsü olduğu anlaşılmıştır (2. Şekil). Asıl oluşan dalgalar ise hızla gelip giden mekanik gücün hâsıl ettiği titreşimlerdi. Esas dikkat çeken şey, her iki bacağın arkasında bulunan kelebek şeklindeki, çift kutuplu girdaplardı. Bebek su gezginleri bile, kürek çekme hareketiyle girdap oluşturabiliyordu. Su gezgininin ileri doğru hareketi, bir sıvı paketini geriye doğru itmeye dayanır. Sıvıyı geriye doğru iterek kendilerini ileri itiyor ve momentumlarını koruyorlardı. Havada asılı kalacak şekilde kanatlarını çırpan bir sinek kuşunun seviyesini koruyabilmesi için, hava sudan 1000 kat daha hafif olduğundan, sürekli aşağıya doğru oldukça yüksek bir hızla havayı itmesi gerekir. Aşağıya itilen havanın, kütlesi ile hızının çarpımına eşit olan belirli bir momentumu vardır. Dolayısıyla havada kalabilmesi için, momentumun, aşağı doğru itilme hızının kuşun ağırlığına eşit olması gerekir. Helikopter de aynı şekilde çalışır: Dönen pervaneler havayı iterek hız kazandırır, böylece momentumu artırır ve ardından havayı mümkün olduğunca sıkıştırılmış hâlde aşağıya doğru bastırır.
Bir balığın ileriye doğru yüzebilmesi için de momentumunu koruması gerekir. İleri doğru giderken, yüzgeçleri ve kuyruğu yardımıyla ters yönde hareket eder ve yaklaşık olarak kendi büyüklüğünde bir iz oluşturur. Momentumun korunumu gereği bu iz, balığın ters yönünde ilerler. Suda beliren iz genellikle yapılan hareketin tarzına bağlıdır. Düşük hızlarda uçan kuşlar, her kanat çırpışta bir girdap oluştururlar. Suda koştururken Basilisk kertenkelesi (Basiliscus plumbifrons) ağırlığını desteklemek ve itme kuvveti oluşturmak için aşağıya doğru baskı yaparken geriye doğru hareket eden girdaplar oluşur. Suda hareket eden kuş, balık, kertenkele gibi canlılar, bu girdapları oluşturacak kabiliyette yaratılmıştır.
Bir su gezgini, karpuz çekirdeği büyüklüğünde girdaplar oluşturabilir. Kürek olarak sadece altı bacağından iki ince bacağını kullanır. Bacaklarının çapı, girdabın genişliğinden 50 kat daha ince olduğundan, ince bacaklarıyla sıvıyı hareket ettirebilmeleri yüzey gerilimi sayesinde olur. Bir su gezgini su yüzeyine oturduğunda, su yüzeyinde çukurlar oluşturur. Bacaklarını oynatırken, su yüzeyinde kırılma olmadan bu çukurlar korunur. Havayla dolu olan, fakat yüzey gerilimiyle bir arada tutulan çukurlar, böceğin ince bacaklarıyla yapabileceğinden daha fazla suyu yakalayıp itmek için kullanılan kürekler gibidir.
Mekanik bir robotik su gezgini yapmanın en zor kısmı, su üzerinde dengede durabilecek kadar hafif olması gereğidir. İnsana benzer robotlardan biri, Asimo adlı yürüyen robottur. 130 cm boyunda ve yaklaşık 55 kilogram ağırlığındadır. Bir su gezgini ise, tel ataşın 100’de biri ağırlığındadır. Fakat dünyanın en büyük su gezgini olan Gigantometra gigas’ı gözlemleyen bilim insanları, hafif bir robot inşa edebilmenin bir yolu olduğunu düşünmeye başladılar. Gigantometra gigas’ın vücudu, normal bir su gezginininkinden üç kat daha uzundur ve bacakları neredeyse bir ayak genişliğindedir. Buna rağmen sadece 1 gram, yani bir tel ataşın ağırlığındadır.
Piyasadaki en hafif ve maliyeti en uygun metallerden biri alüminyumdur. İnce olmasının yanında dayanıklı olması, alüminyumun bu maksatla kullanılabileceğini akıllara getirmiştir. Buradan hareketle laboratuvarda yapılan mekanik gezginin bacakları suyu tutmayan (hidrofobik) özellikte ve gövdesi alüminyumdan yapılmıştır.
Bir uçağın gövdesindeki fazla ağırlık, kaldırma kuvveti oluşturmak için daha uzun kanatlar gerektirir. Benzer şekilde, suda yürüyecek mekanik gezgin ne kadar ağırsa, su üzerindeki ağırlığını taşıyabilmesi için bacaklarının da o kadar uzun olması gerekir.
Mekanik gezgin inşa edildikten sonra suyun yüzeyine bırakıldı ve birkaç su dalgası görüldü. Mekanik gezgin yavaşça ileri doğru kaydı ve su yüzeyinde hareket etmeye başladı.
Allah’ın yarattıklarından ilham aldığımız takdirde, tabiatta daha pek çok teknolojik yeniliğe model olabilecek canlı bulabiliriz. İleride belki insanların suda yürümesi bile mümkün olabilecektir. Kâinat kitabını bu nazarla okumayı başarabilsek, hayvanlardan ve bitkilerden istifade ederek insan hayatını kolaylaştıracak birçok yeniliği geliştirebiliriz.
Kaynak: David L. Hu, How to Walk on Water and Climb up Walls, New Jersey: Princeton University Press, 2018.
