Bir arabayı spagetti ile çekerek kaldırabilir miyiz?

Spagetti dolu bir arabayı kaldırmak mümkün olabilir mi? Olası bir mekanik sorun mudur? Ve genel olarak biz teknisyenler, bir malzemenin beklenen ağırlığı destekleyip desteklemeyeceğini değerlendirmek için ne yaparız?

Genellikle hangi malzemelerin direnebileceğine dair sezgisel bir fikrimiz vardır ve aynı şey nesnelerin ağırlığı konusunda da başımıza gelir. Önerdiğimiz deneyde, pek dayanıklı görünmeyen bir şey (spagetti) ve çok ağır bir şey (araba) var. Ayrıca birçok mühendis ve mimarın her gün karşılaştığı bir zorluğa da çözüm getiriyor: Ağır yükleri taşıyabilecek malzemelerle kullanışlı yapılar üretmek.

Epilasyon balmumu ile sıkışmış

Deneyi kurarak başlıyoruz. Örneğin: iki adet delinmiş metal levhayı paralel olarak yerleştiriyoruz. Daha sonra spagettileri tek tek yerleştirip bu plakaların üzerine küçük kalıplar yerleştirip spagettiyi plakalara tutturacak yapıştırıcıyı ekliyoruz.

Spagetti ticari formatta, pişmemiş olmalıdır.

Yapıştırıcı olarak birçok profesyonel reçineyi test ettik. Tüy dökücü ağdanın (daha fazla ayrıntı için aloe veralı) ideal ağda olduğu sonucuna varabiliriz. Epilasyon mumu sağlamdır, her spagettiyi güvenli bir şekilde tutacak kadar serttir, amaçlanan yükü destekler ve tüm spagettilerin aynı anda çalışmasını sağlar.

Yapışkan spagettiye yapışıyor ve her şey plakaların üzerinde kalıyor. Kaldırma işleminin büyük bir özen ve sabırla yapılması çok önemlidir.

Ne yanlış gidebilir? İşe yarayabilir…

Şimdi kendimize en önemli soruyu soruyoruz: Arabayı kaldırmak için ne kadar spagetti kullanmalıyız?

Spagettinin kırılganlığı

Deneyimlerimize göre, hatırı sayılır bir ağırlığa sahip bir arabayı, sertleştirilmiş buğday irmiği makarnasından yapılmış spagetti ile ilişkilendiriyoruz; bu kırılganlık, ağırlıkları desteklemeyi işe yaramaz hale getiriyor. Sonuçta ellerimizin hafif bir baskısıyla onu kırabiliyoruz.

Ancak basit ve temel bir fiziksel kavramı hesaba katmıyoruz: Spagetti’nin dayanabileceği mekanik stres, mühendislerin normal stres dediği şey.

Çekiş kuvveti: uçlarını çekiyoruz

Bir çubuğu uçlarından tutup kuvvet uygulayarak ayırmaya çalışırsak, onu uzunlamasına ekseni boyunca çekme gerilimine maruz bırakırız.

Hemen hemen hepimiz bir noktada arkadaşlarımızla oynamışızdır, bir ipin ucundan tutup onları kendimize doğru çekmeye çalışırız. Denge durumunda, ipte oluşan gerilimin değeri, ipi çekerek uyguladığımız kuvvetin kesitine bölünmesine eşittir.

Spagetti dairesel kesitli çubuklardır. Kalibresine göre 1,5 ya da 2 mm çapında, 500 gramlık kutularda ya da 1 kilogramlık paketlerde piyasada bulabiliyoruz. Yalnızca bir gram ağırlığındaki her spagetti, bir yükü taşıyabilecek belirli bir kapasiteye sahiptir.

Bu çubuklardan birini elimize aldığımızda, eğer onları bükmeye çalışırsak, yani bina kirişlerinde görülene benzer bir bükme kuvveti uyguladığımızda, olağanüstü kolaylıkla kırıldıklarını fark ederiz.

Ancak uçlarından çekilerek çekişe maruz bırakılmaya çalışıldığında direnç hissi artar. Bu, çubukların kuvvetin uygulanma şekline duyarlı olduğunu gösterir. Bu durumda spagettiyi bir arabayı çekmek için kullanmak istersek onu bükemeyiz: Malzemenin avantaj sağladığı çekme mukavemetinden yararlanmak zorunda kalacağız.

Sezgi bize, Galileo Galilei’nin ilk kez 1638’de önerdiği gibi, çubuğun kesiti büyüdükçe yüke dayanma kapasitesinin arttığını söylüyor. Buna karşılık, çubuk yüklendiğinde aynı zamanda uzar. Deformasyonları bizim için neredeyse algılanamaz, ancak onları ölçersek yük ile deformasyon arasında bir orantı olduğunu keşfederiz.

Elastik dediğimiz bu davranış ilk kez 1679 yılında Robert Hooke tarafından dile getirilmiştir. Galileo ve Hooke bu bilim dalının öncüleridir.

Şimdi, gergin durumdaki spagettinin yük kapasitesi nedir? Kullanılabilir olacak mı? Ve her malzeme türü için bu değeri yeterli kesinlikle nasıl belirleyebiliriz?

Bir malzemenin dayanabileceği stresi nasıl öğreniriz?

Mekanik laboratuvarlarında, belirli bir kesitteki bir malzemenin taşıyabileceği maksimum yük, nasıl deforme olduğu veya uygulanan kuvvet ile ortaya çıkardığı deformasyon arasındaki ilişkinin ne olduğu hakkında bize veri sağlayan test makineleri bulunmaktadır.

Genellikle her malzemenin beklenen davranışını yeniden üretmesiyle çok sayıda test gerçekleştirilir ve yeterli istatistiksel örnekleme yoluyla mekanik özelliklerini hassasiyetle elde ederiz.

Bu makinelerle spagetti desteklerinde kullanılan buğday irmiğinin çekme testinde malzemenin kopma gerilimi dediğimiz yaklaşık 160 kp/cm² (yani 1,6 kp/mm²) normal gerilime sahip olduğunu deneysel olarak belirledik.

Bu sayının yorumu basittir: Eğer 1 cm²’lik (bir kalemin kesiti) bir spagettimiz olsaydı, onu 160 kiloluk bir kuvvetle (iki yakışıklı adamın ağırlığı) çekebilirdik. Bu yükün aşılması halinde çökebilir yani çubuk kırılabilir.

Çözüm: Bir araba spagetti ile kaldırılabilir mi?

Ticari formattaki spagetti ile bir arabayı kaldırıp kaldıramayacağımızı öğrenmek için bazı basit sayılar yaparak başlayabiliriz.

2 mm çaplı bir spagetti çok hassas bir silindir şekline sahiptir. Alanı 3,14 mm² olup, kesiti ile kırılma gerilimi çarpılarak yük kapasitesi bulunur. Yaklaşık 5 kp olacaktır (3,14 mm² x 1,6 kp/mm² = 5,02 kp)

Bir ticari arabanın ağırlığı yaklaşık 1000 kp’dir. Bu şekilde, yalnızca çekiş için gerekli olduklarını ve hepsinin arabanın kaldırılmasına eşit katkıda bulunduğunu (spagetti başına 1.000 kp / 5 kp = 200 spagetti) temin edebilirsek en az 200 spagettiye ihtiyacımız olduğunu biliyoruz.

Yaptık. Çubukların bükülmesini önleyerek ve yavaş yavaş ağırlığı desteklemelerini sağlayarak aracı çok dikkatli çekmeye başladık ve görebildik ki… araba yükseliyor!

Yalnızca yarım kutu 500 gramlık Spaghettoni No. 7 (sadece yaklaşık 250 gram) ile 1.000 kp ağırlığındaki bir arabayı güvenli bir şekilde kaldırabiliriz. Ve makarnanın geri kalanı lezzetli bir yemek pişirmek ve onu kutlamak için kullanılabilir.

Hile veya karton yok. Bu sadece basit mekanik gerilim kavramının doğrudan bir uygulamasıdır.