Yağmur neden delip geçmez? | İlk yağmur nasıl yağdı?

Su döngüsünü hepimiz biliriz. Sıcaklığın etkisiyle su buharı atmosfere doğru yükselir. Yükselen su buharı soğuyarak yoğunlaşır ve su damlacıklarını oluşturur. Su damlacıkları da havada daha fazla tutunamayıp yağmur olarak yeryüzüne düşer. Düşen su, sıcaklığın etkisiyle tekrar buharlaşır ve bu döngü sürekli olarak devam eder. Peki Dünya üzerindeki ilk yağmurun nasıl yağdığını hiç merak ettiniz mi?

Büyük patlamanın ardından evrende 3 element meydana gelmiştir. Hidrojen, heylum ve lityum. Bu elementler bir arada toz bulutlarını oluşturmuşlardır. Yoğunlaşarak yıldızları meydana getirmişlerdir. İlk yıldızlar meydana geldiğinde içerdikleri hidrojen tükeninceye kadar milyarlarca yıl boyunca yandılar. Bu yanma yani füzyon sonucunda helyumdan demire kadar bu gün bildiğimiz bir çok element oluştu.^[3] Sonunda yanması biten yıldızlar ağır atomları birleştirecek güçleri sona erdiği için patlayarak söndüler. Bu patlama sonucu ortaya çıkan bulutlar birkaç farklı atomla beraber oksijen atomunu da oluşturdu. Su molekülleri de hidrojen ve oksijenin, patlama sonucu ortaya çıkardığı tozlara tutunarak oluştu. Bu gerçekleşmesi çok zor olan bir süreçti. Çünkü aynı anda oksijen ve hidrojen atomları birbirlerine tutunmalı ve etkileşime girmelilerdi. Belki de milyonlarca yıl devam eden bu süreçte toz tanecikleri birleşerek etrafındaki buz tabakasını büyütmüşlerdi. İşte uzayda buz bu şekilde oluşmuştu. Tamam buzu hallettik. Peki Dünya nerede?

Bu toz zerrecikleri birleşe birleşe yavaş yavaş büyüyerek göktaşı ve sonunda gezegen büyüklüğüne ulaştılar. Gezegenimize çarpan sayısız kuyruklu yıldız ve asteroid ise suyu getirdi. Yani bugün Güneş sistemimizdeki her şey milyarlarca yıl önce patlamış olan yıldız tozlarından oluştu. Hepimiz yıldız tozuyuz.

Dünya üzerindeki su Dünya’yı oluşturan kaya ve buz parçalarından meydana geldi.^[1] Fakat atmosfer oluşmadığı için sular kaynayıp uzaya uçuyorlardı. Buharlar uzaya doğru uçarken ağır elementler ise gezegenin merkezine doğru ilerliyordu. Bu kaos içerisinde milyonlarca yıl sonra muhteşem bir düzen oluşacaktı. 500 milyon yıl önce Dünya’nın atmosferi oluştu ısısı bir seviyede sabit kaldı.^[2] Uzaya yükselen su buharı atmosferde takılıp yoğunlaştı. Bunun sonucunda ise Dünya’da ilk yağmur yağmış oldu. Bu gün bildiğimiz su döngüsü bu şekilde başlamıştı.

Aslına bakarsanız yağmur dediğimiz şey gökten su düşmesidir. Bir şeyin gökten düşmesi korkutucu ve tehlikelidir. İlle gökten düşmesine gerek yok bir binanın yüksek katlarından birinden yere herhangi bir şeyin düşmesi bile tehlikelidir. Çünkü cisim düşerken ivmelenir. Örneğin bir camın üstüne 5cm yükseklikten küçük bir taş düşse cam direnç gösterebilir. Ancak camın üzerine birkaç metre yüksekten düşen aynı büyüklükteki bir başka taş camı kırabilir. Peki öyleyse yağmurların da felaket oluşturması gerekmez mi?

Yağmur taşıyan bulutlar olarakta bilinen nimbüs bulutlarının taban yüksekliği 600 ila 3000metre arasında değişiklik gösterebilir. Bir yağmur damlasının boyutu bulutun içinde büyür. Yerçekimine yenik düşecek bir ağırlığa ulaştığında ise buluttan ayrılır.

Dünyanın kütleçekimi bu damlaya yerçekimi ivmesi kazandırır. Hesaplamalarda yerçekimi ivmesi 9,81m/s2 olarak kabul edilir. Dünya yüzeyine tüm cisimler bu ivme ile düşerler. Yani bu düşen damlanın birim zamanda 9,81m/s2 kadar ivme ile hızlandığını gösterir. ^[4]

Herhangi bir cismin hava direncini ihmal ederek yere düştüğü hızı bulmak için bu formülü kullanırız:

2gh+v02=vs2

Yağmur damlasının 1000 metreden düştüğünü kabul edelim.

- Bu formülde g yerçekimi ivmesi olan 9,81

- H yükseklik

- V0 ilk hız

- Vs ise son hızı yani sonucu ifade eder.

Elimizdeki verileri formüle uygularsak:

(2(9,81).1000)+ilk hızımız sıfır olacağı için sıfırdır. sonucu =19.620nin karekökü olarak buluruz. Kökten dışarı çıkardığımızda ise sonuç yaklaşık 140 çıkar. Bunu da km/saat e çevirirsek saatte 504 km hızla yeryüzüne çakılması gerektiği sonucunu buluruz. Gökten saatte 504km hızla yeryüzüne çakılan damlalar olduğunu düşünün. Sanki gökten düşen milyonlarca mermi gibi muhtemelen her şeye zarar verirdi. Ancak gökten yüzlerce metre yüksekten düşmesine rağmen yağmur damlaları kimseyi yaralamıyor. Sebebi ise hava direnci.

Aslında yağmur damlalarının bir bütün olarak değil de damla damla düşmesinin sebebi de hava direncidir. Yere doğru düşen damla hava direnciyle karşı karşıya kalır ve yüzey gerilimi artar. Bu da damlanın daha küçük parçalara ayrılmasına neden olur. Bu ayrılma damlanın çapı 4,5mm olana kadar serbest düşüş boyunca devam eder. Bu sayede yağmurlar hem bir bütün olarak yağmaz hem de oluşan damla şekli sayesinde havanın sürtünme etkisi artar. Bu da damlaların belirli bir hızda düşmelerine sebebiyet verir. Bir yağmur damlasının hızı ortalama saniyede 8-10 metre ile sabittir. Hava direnci olmasaydı saatte ortalama 500km hızla yeryüzüne çarpacaklardı.^[5]

Peki hava direnci olmasaydı ne olurdu? Ya da şöyle sorayım: aynı yükseklikten bırakılan bir tüy ve bir bowling topu düşünelim. Sizce hangisi önce yere düşecektir? Tabii ki bowling topu. Peki bunu hava direnci olmayan, oksijensiz bir mekanda denesek ne olur dersiniz?

1960 lı yıllara gelmeden Galileo’nun Pisa kulesinde bir deney yaptığı söylenir. Bu deneyde Galileo ellerine ağırlıkları farklı olan birer top alır ve bunları Pisa kulesinden aşağı bırakır. Amacı ise kütlesi çok olan cisimlerin daha hızlı yere düşeceğine olan inancın aslında yanlış olduğunu kanıtlamaktır. Düşüş sürelerinin kütleden bağımsız olduğunu göstermek ister. İki topu aynı anda kulenin tepesinden yere bırakır. Tabiki kütlesi büyük olan daha önce yere çakılır. Bu sefer tekrar kulenin tepesine çıkar ve iki topu da birbirine bağlayarak yere bırakır. İkisi de birbirine bağlandığı için artık ilk baştaki kütlesi ağır olan toptan çok daha fazla kütleli bir cisim elde etmiştir. O zaman en hızlı düşüşü de bu cisim gerçekleştirmelidir diye düşünebilirsiniz ancak öyle olmuyor. Düşüş süresi iki cismin düşüş süresinin aralarında bir yerlerde oluyor. Birkaç farklı değişken olsa da esas etkisi olduğu düşünülen hava sürtünmesidir. Bunun denenmesi ise Galileo’nun ölümünden tam 329 yıl sonra, Apollo 15 in Ay görevine gittiği zaman Ay yüzeyinde denendi. Astronot Dave Scott Ay’ın havasız ortamında eline aldığı bir tüy ve bir çekiç aracılığıyla bu deneyi gerçekleştirdi. Ellerinden aynı anda bıraktığı bu cisimler, gerçekten de eşzamanlı olarak yere düştüler.

Aynı şekilde Dünya’da vakumlanmış bir odada gerçekleştirilen bir başka deney de, bir bowling topu ve bir tüyün aynı yükseklikten bırakıldığı taktirde yere aynı hızda düşeceklerini gösteriyordu.

Galileo büyük bir düşünürdü. Dünya’nın yuvarlak olduğunu ve döndüğünü kimse kabul etmezken kendisi inatla savunuyordu. Tam bir matematik hayranıydı ve evrenin matematik diliyle yazıldığına inanırdı. Gerçekten de evrenin her yerinde matematiği görmek mümkündür. İnsanoğlu da bu görünenleri deneyecek ve formülize edecektir. Dünyamızdaki fizik yasalarının tamamını biliyor muyuz bilemem. Ancak kesin olan şudur ki insanlık bir gün başka gezegene yerleşirse, Tüm kurallar baştan yazılacaktır.