Merdiven Çıkamayan Karıncalar

Her ne kadar bir probleme yaklaşmanın ilk adımı ağır fizik ve matematik araçları kullanmadan ne kadarının çözülebileceğini görmek olsa da bazı gözlemlerimizde hataya düşeriz. Mesela bir pirenin kendi uzunluğunun 350 katı kadar zıplayabiliyor olması bize onların çok daha çevik olduğunu düşündürebilir. Yahut bir insan kendi ağırlığının yalnızca yarısını kaldırabilirken bir karıncanın kendi ağırlığının yaklaşık üç katını kaldırabilmesi karıncaları gözümüzde daha güçlü varlıklar yapabilir. Peki gerçekten böyle midir? Karıncalar gerçekten de insanlardan daha mı güçlüdür?

Bu ve bunun gibi birçok sorunun cevabı, biyomekaniğin konularından biri olan ölçeklendirme ile açıklanır. Ölçeklendirmeye giriş yapmadan önce mekanik ve biyomekanik kavramları üzerinde kısaca duralım.

Mekanik, fizik biliminin bir alt dalı olmakla birlikte en genel haliyle kuvvetlerin etkisindeki maddelerin hareketlerini, durağanlıklarını ve şekil değişimlerini inceler. Biyomekanik ise biyomühendisliğin bir alt dalıdır ve mekanik ilkelerinin canlı dokulara ve organ sistemlerine uygulanmasıyla ortaya çıkmıştır.

Ölçeklendirmeye bir canlının işlevi ile büyüklüğü arasındaki ilişkiyi açıklamak ve farklı iki canlı arasında doğru kıyaslar yapabilmek için biyomekanikte kullanılan bir yöntem olarak bakılmalıdır. Bir hücrenin neden bölündüğünü, bir insana verilmesi gereken ilaç dozlarının ne kadar olması gerektiğini, vücudun su kaybetme hızını yahut oksijen ihtiyacını ölçeklendirme yöntemi ile belirleriz.

Aynı şekilde bir futbolcunun quadriceps kasında oluşan kuvvetin büyüklüğünü yahut ayağını savurduğu zaman topa vuramadığında niçin tendon kopması meydana geldiğini, güreş karşılaşmalarında gruplandırmaların neden boya göre değil de ağırlığa göre yapıldığını bize söyleyen de ölçeklendirmedir.

Ölçeklendirme, görünen köyün bazen kılavuz istediğinin kanıtıdır da diyebiliriz. Peki bu kılavuz ne tür bir içeriğe sahiptir?

Ölçeklendirme ilkelerine göre farklı büyüklükteki iki canlı kıyaslanırken biri diğerinin belirli bir oranda büyütülmüş yahut küçültülmüş şekli olarak kabul edilir. Karşılaştırmaya iki canlı üzerinde karşılık gelen bir uzunlukla başlanır. Farklı boyuttaki benzer şekilleri kıyaslamada kullanılan bu uzunluk genel lineer boyut (d), benzer iki şeklin genel lineer boyut uzunlukları arasındaki oran ise ölçek çarpanı (L) olarak adlandırılır. Göz önünde bulundurulan canlıların boyları ölçek çarpanı, yüzeyleri ölçek çarpanının karesi ve hacimleri ölçek çarpanının küpüyle değişir. Alanlarının hacimlerine oranı ise 1/L şeklinde gösterilir.

Bu bilgiler ışığında sorumuza dönelim: Karıncalar gerçekten de insanlardan daha mı güçlüdür?

Bir insan ağırlığının yarısını kaldırabilirken, bir karıncanın ağırlığının üç katını kaldırabildiğini söylemiştik. Canlının kaldırabileceği ağırlığı, canlının vücut ağırlığına oranladığımızda karşımıza bağıl kuvvet çıkar. Yani bir insanın bağıl kuvveti 0,5 iken bir karıncanın bağıl kuvveti 3’tür. Bir karıncanın yaklaşık 1,2 cm, bir insanın ise yaklaşık 180 cm olduğu kabul edildiğinde insan boyutundaki bir karıncanın (180 cm), normal bir karıncaya (1,2 cm) göre ölçek çarpanı 150 bulunur. Doğru bir hesaplama yapabilmek için bir karıncanın insan kadar büyütülmüş olduğu varsayılmalıdır.

Hesaplamaların devamında görülür ki, insan boyutundaki bir karıncanın bağıl kuvveti (0,02), insanın bağıl kuvvetinin (0,5) yirmi beşte biri kadardır.

Yani bir insan vücut ağırlığının yarısını kaldırabiliyorken, insan boyutuna kadar büyütülmüş bir karınca vücut ağırlığının yalnızca elli de birini kaldırabilir. Bu nedenle insan boyutundaki bir karınca biyolojik olarak uygun bir canlı değildir. Çünkü karşısına çıkan bir merdiveni tırmanmak için kendi bacaklarını bile kaldıramayacak kadar güçsüz olacaktır.

Normal boyutlardaki bir karıncanın vücudunun küçüklüğünden ötürü büyük bir bağıl kuvvete sahip olduğu unutulmamalıdır.

Sizinle aynı boyutlara sahip bir karınca bir merdiven basamağında bile takılıp kalırken, sizin onlarca merdiven basamağını zorlanmadan çıkabilmeniz biraz da olsa güçlü hissettirdi değil mi?

Biyomühendis
Fâtıma Aslan

Yorum Yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir