Hava Basıncı

Dünya, kalınlığı 800 km kadar olan bir hava katmanı ile çevrili. Biz, üzerimize bir basınç uygulayan, atmosfer dediğimiz bu akışkan katmanın dibinde yaşıyoruz. Aristo’nun doğada boşluğun varolmayacağı iddiasına 17. yüzyılda havaya ve gazlara ilişkin kuramların geliştirilmesine katkıda bulunan Galileo Galilei, Evangelista Torricelli, Blaise Pascal ve Otto Von Guericke gibi bilim adamlarınca karşı çıkıldı.

Bu bilim adamları, dünya atmosferinin bir basınç oluşturduğunu kanıtladılar ve küçük kaplardaki havayı boşaltabilen pompalar yaparak laboratuvarlarda ürettikleri 'boşluk'üzerine araştırmalar yaptılar. Bu bilim adamlarından bazıları, boşluğun, organizmaların hayatına yardımcı olup olamayacağı veya ışığı ya da sesi geçirip geçiremeyeceğini öğrenmeye çalışırken diğerleri de, boşluğunu olası işlevsel uygulamalarını bulmaya çalıştılar.

Boşluk kavramından işlevsel amaçlarla yararlanmaya çalışanlardan biri de Fransız bilim adamı Denis Papin'di. Denis Papin (1647-1712), silindirlerin ve pistonların içindeki havayı boşaltarak buharla ilgili deneyler yapan ilk bilim adamlarındandı.

Papin, Hollandalı bilim adamı Christian Huygens'in önerileri üzerine yaptığı ilk deneylerde, bir piston ve bir valfa bağlanmış olan dikey bir silindirin içindeki havayı boşaltmak için az miktarda barutla elde edilen patlamadan yararlanmıştı. Patlayan barutun pistonu hareket ettirmesi beklenmiyordu; burada Papin'in patlamayla amaçladığı şey, silindirin içindeki havadan kurtulmaktı; böylelikle pistonun kısmi olarak havası alınmış uzama doğru aşağıya inmesine neden olacaktı. Ama barutun patlamasıyla arta kalan gazımsı maddeler, Papin'in silindirinde mükemmele yakın bir boşluğun oluşmasını imkansız kılmışlardı. Bu nedenle Papin, bir sonraki deneyde düzeneğinde buhar kullanmaya karar verdi.

Madencilikte en büyük sorun, maden ya da kömürün çıkarılması değil, ocakta biriken suyun boşaltılmasıydı. 1630 yılında Galile, bu sorunu çözmek için ilk tulumba düzeneğini (vakum pompası) kurdu. Bir boruyu toprağın içine gömüp tahta bir pistonu bunun içine yerleştirdi. Bu ilk vakum pompasının gerektiği gibi çalıştığı söylenemez. Ama gizin perdesi açılmıştı.

1644 yılında Galile'nin öğrencilerinden Evangelista Torricelli (1608-1647), su yerine yoğunluğu suyunkinden 13.6 kat büyük olan civayı, ustasının silindiri yerine de cam boru koyarak gerçekleştirdiği benzer bir deney sonucu ilk civalı barometreyi buldu. Civanın ya da suyun cam boruda yükselmesinin nedeni atmosfer basıncıydı.

Toriçelli, bir metre kadar uzunlukta, bir ucu kapatılmış bir cam tüp aldı, civa ile doldurdu, açık ucunu da civa çanağı içine dikkatlice daldırdı ve tüpü dik olarak tuttu. Civanın bir kısmı civa çanağına aktı ve tüpün kapalı ucunda bir "boşluk" ortaya çıktı. Öyle ya tüpün üst ucu atmosfere kapalıydı ve cam çeperler ile civa içinden hava geçemeyeceğine göre bu üst uç tam bir boşluk olmalıydı.

Toriçelli de böyle düşünüyordu. Bu deneyi ile Toriçelli, atmosfer basıncını ölçtü ve bu basıncın, 10.3 metrelik su sütunu ile ya da 760 milimetrelik civa sütunu ile dengelendiğini buldu. Civanın üstünlüğü, çok kısa bir tüp gerektirmesidir.

Blaise Pascal (1623-1662), 1648 yılında yaptığı deneyle, Toriçelli'nin çalışmalarını bir adım daha ileri götürdü. Pascal, civalı bir baromatreyi, dağın eteğinde diğerini dağın doruğunda tutarak, atmosfer basıncının yükseklikle değiştiğini gösterdi. Dağın dibindeki ve tepesindeki hava sütununun ağırlığı farklıydı. Bu nedenle doruktaki basınç düşüktü.

Dünya üzerinde en yüksek dağ zirvesi Everest (8,848 metre), en çukur okyanus dibi (Mariana çukuru 11 035 metre) arasında yaklaşık 20 kilometrelik düzey farkı vardır.

Barometre o zamanlardan bu yana, meteoroloji biliminin vazgeçilmez aracı olarak kullanılılıyor. Blaise Pascal’ın Roma ile Mısır arasındaki talihsiz küçük savaşla (İ.Ö. 31: Actium Savaşı) ilgili olarak söylediği ilginçtir: " Kleopatra’nın burnu biraz daha küçük olsaydı, bütün dünya tarihi daha farklı olabilirdi."

Vakumda Yaşam Var mı?

Guericke'nin hava pompasının gelişmesine katkısı yadsınamaz; ancak ona bir deha gözüyle bakamayız. O, olsa olsa iyi bir teknisyen sıfatını hak etmiştir. Hava pompasından daha fazla nasıl yararlanılabileceğini göstermek, birinci sınıf bir deha olan Robert Boyle'a (1627-1691) kalmıştı.

Boyle, havası boşaltılmış kap içine koyduğu çeşitli nesneler üzerinde havasızlığın etkisini belirleme yoluna gitti. Boyle'un hava pompasıyla ilgili ilk deneyleri 1658-59 yıllarına rastlar. Sonuçlar, 1660'ta yayınlandı. Kendi dönemindeki pek çok bilim adamında görüldüğü gibi, Boyle'un da bilim sevgisi, bilimin önemli pratik yararlar sağlayacağı inancıyla pekişmişti.

Nitekim kitabında, başta gelen amacının, "solunum üzerinde daha iyi bilgi edinerek insaoğlunun sağlıklı yaşamına yardımcı olmaktı" diyor. Öte yandan kitabı okuyanlar, pratik yarar kaygısının ötesinde, ondan daha güçlü başka bir ilginin varlığını sezmekte gecikmezler. Bu da, Boyle'un katıksız bilgi arayışı, deneysel yöntemle yeni şeyler keşfetme tutkusudur.

Kullandığı yöntem temelde çok basitti: Aklına gelen değişik nesneleri, havası boşaltılmış kaba koymak, havasızlığın bunlar üzerindeki etkisini saptamak.

Örneğin ince bir ipliğe bağladığı saati kabın içine sarkıttı. Kabın havası henüz boşaltılmadan saatin tik tak seslerini duymakta bir güçlük yoktu. Ama kabın havası boşaltılınca tik tak sesleri giderek zayıfladı ve kayboldu. Oysa saatin çalıştığı, akrep ve yelkovanından bellidir.

Boyle bu deneyle, sesin iletilmesi için havanın gerekli olduğunu göstermiştir. Daha doğrusu, şimdi bildiğimiz gibi, ses, dalgalar halinde havada yayılır. Havasız bir yerde ses yayılamaz ve duyulamaz. Burada bir şey daha var; biraz önce havasız ortamda saatin kollarının hareket ettiğinin görüldüğü söylemiştik. Demek ki havasızlık, sesin duyulmasını engellediği halde, görmeyi yani ışığın yayılmasını engellememiştir.

Boyle, ışık gibi manyetik çekimin de havaya bağımlı olmadığını belirlemiştir. Kimya biliminin kurucularından Robert Boyle da kalın cam kürelerle su barometresi denebilecek vakum oluşturdu. Cam kürenin içine kuş, fare ya da benzeri deney hayvanları koyarak vakum ortamında canlıların yaşayamayacağını gösterdi.

Hava boşaltıldığında, hayvanların solunum güçlüğü çektiği ve çok geçmeden öldüğü görülüyordu. Böylece havanın solunum ve yaşam için gerekli olduğu anlaşıldı. Yine vakum ortamında ateş de yanmıyordu.

Boyle bir adım daha ileri gitti. Solunum ve yanma havaya bağımlıydı. Buna göre bu iki olgu arasında ortak özellik olduğu sonucu kolayca çıkmaz mıydı? Bu soruyu çekinerek ortaya atar; ama şimdi onun haklı olduğunu iyice biliyoruz. Her ikisi de oksijen gazının ortamda varlığı ya da yokluğuyla ilgilidir.

Bildiğiniz gibi yanan bir madde oksijenle birleşir; solunumda da oksjien gazı, kan aracılığıyla vücudun diğer bölümlerine taşınır ve gittiği yerde diğer maddelerle birleşir. Solunum, bir tür yavaş yanma olayıdır. Bu noktanın açıklığa kavuşması insanoğlunun yüz yıldan çok zamanını almıştır. Boyle'un bu deneyleri kimya alanında hava ve gazların özelliklerinin araştırılmasının başlangıcını oluşturma açısından da değer taşıyor.

Boyle, hava pompasıyla bir dizi deney yapmıştı. O'nun adıyla anılan gaz yasasına, Boyle Yasası'na değinmeden geçemeyiz: Miktarı ve sıcaklığı sabit tutulan bir gazın hacmi ile basıncı ters orantılı olarak değişir.