Arşimet Kimdir? Suyun Kaldırma Kuvveti

Hepimiz Arşimet’i suyun kaldırma kuvvetini bulduğunda hamamdan yarı çıplak fırlayıp koşan bir bilim insanı olarak biliyoruz. Ancak gerçekte Arşimet bunun çok daha ötesindedir. Hamamda yıkanırken keşfettiği suyun kaldırma kuvvetiyle hidrostatik biliminin oluşmasını sağladı. İntegral modellemeleri geliştirerek matematiğin çağ atlamasını sağladı.

Arşimet Hayatı

Babası astronom olan  Arşimet ‘in hayatının erken dönemlerine dair bilinenler oldukça kısıtlıdır. M.Ö. 287 yılında Sicilya’da doğmuş bir süre de Mısır’ın İskenderiye şehrinde yaşamıştır. Yapıtlarının bir kısmı Yunanlılar ve Araplar tarafından Orta Çağa kadar taşınmıştır. Romalı tarihçi Plutarch, Arşimet ‘in hayatıyla ilgili bilgilerin günümüze kadar gelmesini sağlamıştır.

Arşimet’in Çalışmaları ve Buluşları

Arşimet o kadar önemli bir bilim insanıydı ki hidrostatik alanında yaptığı keşiflerin ve çalışmaların üstüne 1500 yıldır kimse bir şey koyamadı.  “Çemberin Ölçümü” adı verilen eserinde bir çemberin çapına bölünmesiyle pi sayısını çok küçük bir yanılma payıyla (3,142) bulan ilk kişi olmuştur. Geometrik şekillerin alan ve hacimlerinin hesaplanma yöntemini ortaya koymuştur.

Tamamı kendi icadı olan, gemilerde dolan suyu tahliye etmeye yarayan Arşimet vidasını (burgusu) keşfetmiştir. Ağır yüklerin taşınması maksadıyla makara ve kaldıraç sistemlerini geliştirmiştir. Mancınığı da icat eden kişidir ve bu icadıyla Romalıların korkulu rüyası olmuştur.

Aşağıdaki videoda Arşimet vidasının çalışma şeklini görebilirsiniz.

Kendisiyle özdeşleşmiş olan suyun kaldırma kuvvetini bularak hidrostatiğin temellerini oluşturmuştur. Ütopik denemelere de imza atan bu değerli bilim insanı bir defasında evrenin kaç kum tanesi ile doldurulabileceğini hesaplamaya çalışmıştır.

Arşimet ‘in ünlü bir sözü olan “Bana bir dayanak noktası gösterin, dünyayı hareket ettireyim.”  ifadesi ile tarihe geçmiştir. Bu vaadini gerçekleştiremese de gemilerin suyun üstüne kolaylıkla inmesini sağlayan bir keşfe imza atmıştır.

Arşimet, Newton ve Gaus ile birlikte matematik ve fizik alanlarında çığır açmış bir bilim insanıdır. Kendisini bilimsel çalışmalara o kadar kaptırmıştır ki bazı zamanlar yemek yemeyi unutuyor, bulunduğu her ortamda geometrik şekiller çiziyordu.

Suyun Kaldırma Kuvveti

Arşimet ‘in  bulduğu suyun kaldırma kuvvetinin prensibine göre bir cisim suyun içerisine kısmen yada tamamen batmış ise bu cisim üzerine yer değişimine neden olduğu su miktarı kadar bir kaldırma kuvveti etki eder. Bu durum hemen hemen tüm sıvılarda ve gazlarda da geçerlidir.

Eğer bir cisim sıvının tabanına kadar batmış ise bu cisme etkiyen kaldırma kuvveti cismin ağırlığında küçüktür. Aynı hacme sahip farklı yoğunluktaki bir cisim sıvı içerisinde yüzüyorsa bu cisme etkiyen kaldırma kuvveti de cismin ağırlığına eşittir. Yoğunluk bir cismin kütlesinin hacmine bölümüdür. Bu prensip ile aynı ağırlıktaki cisimleri kullanarak hacimlerini suyun kaldırma kuvveti ile bulmuş ve bu şekilde cisimlerin türlerini kıyaslamıştır. Buna en güzel örnek ünlü taç deneyidir.

Hayatının büyük bir kısmını İtalya’nın güneyinde bir yerleşim yeri olan Sirakuza ‘da geçirmiştir. Buranın kralı olan Hierro ile yakın bir dostluğu vardı. Kral şüpheye düştüğü çoğu olay karşısında Arşimet ‘e danışır ve çözüm bulmasını isterdi. Bir defasında tacının saf altından yapılmadığını içerisine gümüş karıştırıldığından şüphelenen kral bu konun kesinliğe kavuşması için Arşimet ‘e başvurmuştur. Taca zarar gelmeden gerçek olup olmadığını öğrenmesini istemiştir.

Bunu bulmak için günlerce düşünen Arşimet, hamamda yıkanırken küvetin birinin içerisine girdiğinde bir miktar suyun taştığını görür ve bu taşan suyun da vücudun batan hacmi kadar olduğunu fark eder. Heyecanla yarı çıplak bir halde “Eureka! Eureka!” çığlıklarıyla evinin yolunu tutar.

Evinde su dolu bir kaba ayrı ayrı tacı ve tacın ağırlığına eşit saf altını batırarak taşan su hacimlerini karşılaştırır. Eğer taç gerçekse ağırlıklar aynı olduğu için yoğunluk = kütle/hacim formülünden hacimleri doğal olarak da yoğunluklarının aynı olması gerekmektedir. Taşan su miktarının hacmi, suya batırılan cismin hacmine eşittir. Bu prensiplerden hareketle Arşimet saf altının taşırdığı su miktarıyla, tacın taşırdığı su miktarının farklı olduğunu tespit etti. Bu da tacın sahte olduğunu göstermiş oldu. Tacı krala yapan kuyumcu da bu yüzden kellesinden oldu.

Sirakuza Savunması

Arşimet ‘in dehasından oldukça etkilenen Kral Hierro onun yeteneklerini askeri olarak kullanmak adına ondan şehrin savunulması için silahlar yapmasını istemiştir.  M.Ö. 212 yılında Romalı General olan Marcellus şehri ele geçirmek için harekete geçer. Şehre karadan ve denizden saldıran Roma orduları surların arkasından Arşimet ‘in tasarımı olan mancınılıkların attığı büyük taşlarla neye uğradıklarını şaşırmışlardır. Ayrıca surlar içerisinde özel bir mekanizmayla bir defada onlarca ok atan yay sistemi de Roma ordusuna ciddi kayıplar verdirmiştir.

Deniz savunmasında ise Arşimet ‘in kurdurduğu devasa aynalar güneş ışığını odaklayarak tahtadan yapılma Roma gemilerini yakarak batırmıştır. Ayrıca yine kendi olan tasarımı vinçler gemileri yakalayarak batırmıştır. Şehrin doğrudan saldırı ile alınamayacağını anlayan General Marcellus şehri kuşatmaya karar verir. Şehir de bu kuşatmaya sadece 8 ay dayanır ve Roma ordusu şehre girer.

Romalı askerler Arşimet ‘i kum üzerine şekiller çizerek çalışma yaparken bulurlar. Onu götürmek isteyen askerleri çalışmasını böldükleri için tersleyen Arşimet , bir askerin kılıç darbesiyle hayatını kaybeder. Ölümüyle ilgili çeşitli rivayetler söz konusudur. Romalı tarihçi Plutarch’a göre kendisini öldürmek için gelen Romalı bir askere hiç aldırış etmemiş ve bu askerin kılıç darbesiyle ölmüştür. Diğer bir senaryo da güneşin büyüklüğünü hesaplamak için kullandığı araç gereçler ile Sirakuza fatihi Marcellus’un huzuruna çıkmak için giderken mücevher taşıdığı zannedilerek askerler tarafından öldürülmüştür.

Arşimet ‘in yaptığı savaş makinelerini, icatlarını,keşiflerini ve yaptığı çalışmalarını gören General Marcellus bu bilim adamına çok büyük bir saygı duydu ve ona muazzam bir mezar yaptı. Önceden kaleme aldığı bir vasiyetinde mezar taşının üzerine küre içerisinde bir silindir çizilmesini istemiş ve bunların da hacimlerinin yazılmasını istemişti. Bu vasiyetini de yerine getiren Marcellus bu büyük bilim insanına karşı hürmetini sonuna kadar sunmuştur.

M.Ö. 250 yılında yaptığı “Küreler ve Silindirler Hakkında” çalışmasıyla küre ve silindirlerin hacimlerinin bulunmasını sağlayan formülü insanlığa kazandıran Arşimet  “Yüzen Cisimler” eseriyle suyun kaldırma kuvvetinin ve kendisinden yaklaşık 2 bin yıl sonra isimlendirilen integral kavramının felsefesini o dönemde keşfeden bu büyük bilim insanı yeryüzünde unutulmaz izler bırakıp bu dünyaya veda eden bilim insanlarından biridir.