Genellikle sıvılar, konuldukları kabın şeklini alan materyaller olarak tanımlanırlar. Fakat bazı koşullarda kediler de bu tanıma uyuyor gibi görünürler.

Öyle ya da böyle paradoks gibi görünen bu gözlem birkaç yıl önce online ortamda ortaya çıkmış, bu konu internette uzun uzadıya tartışılmıştı.

Bu soruyu internette ilk gördüğünde önce bir gülümseyen fizikçi, daha sonra konu üzerinde düşünmeye başlamış ve bu durumu fırsat bilerek, ilk aşamada ‘deformasyon ve akışkan maddeler konusu’ olarak tanımlanan ‘reoloji’nin merkezinde yer alan bazı problemleri sergilemek adına yeniden formülasyon yapmaya başlamış. Kedilerin reolojisi üzerine yaptığı çalışma 2017 lg Nobel Ödülü’nü kazandı.

Bu ödüller her yıl ‘Improbable Research’ adlı bilim ve mizah dalında çalışmalar yapan kuruluş tarafından veriliyor. Kuruluşun amacı, insanları önce güldüren, sonra da düşünmeye sevk eden bilimsel çalışmaları ön plana çıkarmak. Kurum, her yıl Harvard Üniversitesi’nde bir tören düzenliyor.

Sıvı Nedir?
Bir sıvının tanımının merkezinde şu hareket yatar: Bulunduğu kabın içerisine sığması için biçimini değiştirebilme özelliğine sahip olmak.  Bu hareket aynı zamanda karakteristik bir sürekliliğe sahip olmalı. Yani kısa süreli değil, uzun süreli olarak o şekilde kalmalı.

Reolojide buna ‘zaman gevşemesi’ adı verilir. Bir şeyin sıvı olup olmadığının tespiti, ‘zaman gevşemesi’ süresinden daha az ya da daha çok süreyle gözlemlenmesine bağlıdır.

Örnek olarak kedileri ele alacak olursak, yeterince zaman tanırsak vücut biçimlerini girdikleri kabın şekline göre uydurabilirler. Bu nedenle onlara sıvı olmaları için yeterli zaman verirsek, sıvı haline gelirler.

Reolojide malzemenin hali, yeterli bir özellik değildir. Ölçülmesi gereken şey, ‘durağanlaşma süresi’dir. Bunun değeri nedir, ve neye bağlıdır? Örneğin, bir kedinin durağanlaşma süresi, yaşıyla orantılı olarak değişir mi? (Buna reolojide ‘tiksotropi’ denir).

Kabın türü, bir faktör olabilir mi? (Reolojide bu konu ‘ıslatma’ problemleri alanında incelenir). Ya da bu durum kedinin gerilme derecesiyle birlikte değişiklik gösterir mi?

Tabii gerginlik derken, duygusal değil mekanik anlamda bir gerginlikten söz ediyoruz ama, her iki durum da bazen üst üste gelebilir. Yani duygusal olarak gergin olduğunuzda, vücut itibariyle de gerilebilirsiniz.

‘Deborah sayısı’ ve dağların akışı
Kedilerle ilgili örnekte iki şeyi ele almamız gerekir: Durağanlaşma süresi ve deneysel süre. Deneysel süre, kabın neden olduğu deformasyonun başlangıcından itibaren geçen süredir.

Örneğin, kedinin bir lavaboya girdiği andan itibaren geçen süre olabilir bu süre. Normal koşullarda durağanlaşma süresi, deneysel süre ile bölünür ve eğer sonuç 1’den fazla çıkarsa söz konusu materyal katı, 1’den küçük çıkarsa sıvı olarak tanımlanır.

Buna ‘Deborah sayısı’ adı verilir. Bu sayı, jeolojik oluşumların gerçekleştiği dönemlerde dağların bile akışkan olduklarına işaret eden bir rahibeden alır adını. Mesela, kısa süreli zaman aralıklarında buzulların aşamalı olarak vadilerden aşağı doğru aktıklarını görebiliriz.

Durağanlaşma süresi çok uzun olsa bile (günler, ya da yıllar), Deborah sayısı düşükse (1’e oranla), davranış biçimi bir sıvının davranış biçimiyle benzeşir.

Tersi durumu ele alacak olursak; eğer durağanlaşma süresi çok küçük olursa (milisaniye civarında), söz konusu davranış biçimi, Deborah sayısının büyük olduğu hallerde (1’e oranla), katı bir maddeninkine benzer olacaktır. Su dolu bir balonun patladığı andaki durumu, bu açıklamaya örnek olabilir.

Deborah sayısı, boyutsuz sayıya bir örnektir: Bir zaman aralığını, bir diğeriyle böldüğümüz için, elde edilen oranın herhangi bir birimi olmaz. Reolojide, ve daha genel olarak bilimde, bir materyalin ya da sistemin düzenini ya da halini belirlemek için kullanılan çok sayıda boyutsuz rakam vardır.

Kek hamurunun hızını ölçmek
Sıvılar için akışın çalkantılı, girdabımsı halde mi olacağını, yoksa içinde bulunduğu kabın hatlarından yavaşça mı akıp gideceğini (buna ‘katman halinde ya da yoğunluklu akış’ adı verilir) tahmin etmek için kullanılabilecek başka bir boyutsuz rakam vardır.

Eğer akış hızı V, kabın biçimi de akışı dik olarak kesen tipik bir h yüksekliğinde ise, hız derecesini V/h olarak tanımlayabiliriz. Bu hız derecesinin tersi, zamana denk gelir.

Bu süreklilik ve durağanlaşma süresi işlemlerini karşılaştırdığımızda, atalet halinin baskın geldiği akışkanlar durumunda (örneğin su) Reynolds sayısını, elastikliğin hakim olduğu durumlarda ise (örneğin kek hamuru) Weissenberg sayısını elde ederiz.

Eğer bu boyutsuz sayılar 1’den büyük olursa, akışın çalkantılı olması ihtimali söz konusudur. 1’den küçük olması durumunda ise katmerli, yoğun bir akış söz konusu olacaktır.

Yani kediniz çok hareketliyse ve girdiği kabın içerisine yerleşmesi uzun sürüyorsa, durağanlaşma süresi deneysel süreden büyük olacağı için sonuç 1’den küçük olacak, dolayısı ile kediniz de ‘sıvı’ olarak tanımlanmayı hakkedecektir… Cidden, kediler sıvı mıdır?