İcatlar

[CaKaLBoT]

Barut’ un icadı
Barut güherçile, kükürt ve kömür tozundan meydana gelmiş patlayıcı bir maddedir. Ateşli silahlarla mermiyi atmak için kullanılır. Çok kez, “karabarut” adıyla anılır. Barutun çok eski bîr tarihi vardır. M.Ö. 1000 yıllarında, Çinliler, ateşi bir savaş silahı olarak kullanırlardı. Gerek Doğu’da, gerekse Batı’da, alev ve ateşten savaşlarda da yararlanılıyordu. Özellikle Çin ordusunda, dehşet saçan savaş arabaları vardı ki, bunların görevi çömlek ve güllelerin içindeki ateşi düşman ordusuna atmaktı.

Batılılaın, ateşli silahları Doğululardan öğrendikleri sanılıyor. Ancak, tarihçi Home-ros’un (M.Ö. IX. yüzyıl) eserlerinde, ateşli silahlar üzerinde herhangi bir bilgiye rastlanmamaktadır. Peloppones Savaşları’nda (M.O. 428-424) içlerinde kömür, kükürt ve zift gibi yanıcı maddeler bulunan toprak kapların mancınıklarla atıldığı biliniyor. Ne var ki, bu yoldan çıkarılan yangınlar, üzerine toprak atmakla kolaylıkla söndürülebiliyor, büyük bir zarara yol açması önleniyordu.

Bunun sonucu olarak, daha etkili yanıcı maddeler aranmaya başlandı. Yanmak için gerekli oksijeni havadan değil de, kendi bünyesinden alabilen yanıcı maddeler en iyisiydi. Yani, ateşin üstü örtü ise bile, sondürülememeli, alevler çıkmaya devam etmeliydi. İşte böylece de, ateşli silahlardan patlayıcı silahlara geçilmiş oldu. Bu işte ilk olarak, güherçile kullanıldı. Güherçile, beyaz renkte, ince billurlar halinde bir maddedir. Kimyasal adı “potasyum azotat”tır.

Doğu’da, Çinliler, güherçileyi biliyorlardı. Abdullah adında Malaga’lı (İspanya’nın güneyi) bir Arap yazarı (1200 yılları), güherçileden söz ederken, “Çin karı” deyimini kullanmıştır. İranlı yazarlar ise, güherçileye “Hint karı” derlerdi. Böylece, güherçile, XIII. yüzyılın ortalarına doğru. Doğu’dan İslam ülkelerine geçti. Anlaşıldığına göre, Çinliler barut yapmayı biliyorlardı. Ancak, barutu, “maytap” ve “kestane fişeği” dediğimiz biçimde kullanmışlardır. Büyük İskender Hindistan’a gittiği sıralarda, barut Hindistan’da da biliniyordu. Marco Polo, Çin’e yaptığı uzun gezisinde, Çinli rahiplerin geceleri havada baruttu fişeklerle şenlikler yaptığını görmüştü.

Avrupa’da barutu ilk bulanın ise, Friburglu Berthold Schwartz (1318-1384) adında bir Alman rahip ve filozofu olduğu sanılıyor. Schwartz, Venediklilerin kullandıkları ilk topları dökmüş, bu toplarla gülleleri uzağa fırlatmak için de, baruttan yararlanmıştı. Ancak, kimi tarihçiler de, Avrupa’da barutun icadı şerefini, Roger Bacon (1224-1294) adındaki İngiliz bilginine verirler.

Avrupa’da, ateşli silahlarla barut, ilk kez XIII. yüzyılda kullanılmaya başlanmıştır. XIV. yüzyılda da, barutun topçuluk alanında kullanılması geliştirilmiştir. Barutun, bugünkü anlamıyla, ilk olarak. İngilizlerle Fransızlar arasındaki Cressy Savaşı’nda (1346) kullanıldığı sanılıyor.

Kimya alanındaki ilerlemeler sonucunda, nitrosellüloz ve nitrogliserinin elde edilmesiyle, hafif dumanlı barutlar kullanılmaya başlanmıştır. Eskiden, barut çok miktarda duman yaptığı için, ateş eden topun yeri hemen belli oluyor, üstelik, bu, top namlusunün kalın bir is tabakasıyla örtülmesine de yol açıyordu. Paul Vieille adındaki Fransız mühendisi (1854-1934) dumansız barutu icat ettikten sonra İse, silahlarda yalnız bu çeşit barut kullanılmaya başlandı (1886). Bundan birkaç yıl sonra da, İsveçli kimyager Alfred Nobel (1833-1896) daha yüksek nitelikte patlayıcı bir madde olan nitrogliserinil barutu keşfetti. Zamanla, barut geliştirilerek, değişik silahlarda, istenilen biçimde kullanılabilecek duruma getirildi.

Barut Nasıl Elde Edilir?

Barutun karışımında, %70 - 80 potasyum nitrat (NOs), %12-20 odun kömürü, %3-14 de kükürt vardır. Bu karışımdaki potasyum nitrat, kömürle kükürtün yanması için gerekli olan oksijeni verir; kükürt de, barutun kolayca tutuşmasını sağlar ve yakılınca çok miktarda gaz çıkartır. Barutu meydana getiren maddelerden kömürün yanmasıyla, karbon dioksit (CO2), kükürtün yanmasıyla da, kükürt dioksit (SO2) gazları oluşur. Geriye, potasyum sülfat, potasyum karbonat, potasyum sülfür kalır ki, bunların gazları yüksek bir basınç meydana getirir. Bu basınç da, ateşli silahlarda, merminin ileriye fırlatılmasını sağlar.

Teknikteki ilerlemelere rağmen, barut, bugün de, pek az bir farkla, eskiden elde edildiği yollardan elde edilir: Karışımı meydana getiren maddeler, önce ayrı ayrı, sonra da bir arada öğütülerek, karıştırılır. Bu karışım, basınçla, hamur haline getirilir; sarsıntılı eleklerden geçirilerek, tozundan ayrılır. Bu işlemin sonunda, tane halinde barut elde edilmiş olur. Bu hamur, borulara basılarak, çubuk halinde barut haline getirilir; buna, “makarna barutu” adı verilir. Ayrıca, küp, prizma, vb. gibi biçimlerde kaplar kullanılarak, istenilen biçimde barut da elde edilebilir.

Bugün, karabarut, şistli killer, kaya tuzları gibi, ötekilere oranla yumuşakça kütlelerin atılmasında kullanılmaktadır. Çok duman çıkarttığından, askerlik alanında artık büyük bir önemi kalmamıştır. Bugün için, ateşli silahlarda, daha çok “dumansız barut”, daha doğru bir deyişle, “az dumanlı barut” kullanılmaktadır. Dumansız barut kolodyum, trinitro gliserin, trinitro tolüen gibi patlayıcı maddelerin karışımıdır.

Bugün, bu patlayıcı maddeleri yapabilmek için, çok miktarda potasyum nitrata ihtiyaç vardır. Oysa, bu madde, yeryüzünde pek az bulunur. Yalnız, Güney Amerika’da, And Dağları’nın denize bakan kıyılarında, kuşların bıraktığı gübreler, bu madde bakımından son derece zengindir. O dolaylarda, bu gübreyi temizleyecek kadar bol yağmur da yağmadığı İçin, “guana” adı verilen bu gübreler, uzun süre, bozulmadan kalabilir. Bu gübreler, genişliği 3 kilometre, uzunluğu 300 kilometre olan bir alanı kaplamış durumdadır. Gübre tabakasının kalınlığı da 1,5 metreyi bulur. İşte, bu çevre uzun süre, devletlerin barut yapması için gerekli olan ham maddeyi sağlamıştır.

Bütün devletler, Şili’den gübre satın almak zorunda kalmıştır. Yalnız Almanya, 1913 yılında, Birinci Dünya Savaşı’ndan önce, bu gübrelerden tam 750.000 ton satın almıştı. İngiltere de aynı miktar gübre almış ve bu iki ülke, bu maddelerden yaptıkları barutları birbirlerine karşı kullanmışlardı. Ancak, Almanlar, savaş sırasında, havadan aldıkları azotla, potasyum nitrat yapmayı başardılar. Böylece, barut yapımı için, Şili’deki gübreler yerine, bitmek tükenmek bilmeyen havadan yararlanılmaya başlandı.

[CaKaLBoT]

Ateşli tulumbalar’ ın icadı
İngiltere’deki kömür madenlerinde durum gittikçe daha tehlikeli bir hal alıyordu. Sürekli artan kömür talebi, kuyuların daha çok derinleştirilmesini gerektiriyor, dolan suları boşaltmak gittikçe güçleşiyordu. Britanya ekonomisinin en önemli sorunu durumuna gelen suları boşaltma işi için bütün mühendisler seferber olmuşlardı.

XVII. yüzyılın sonlarında bu mühendislerden biri, Thomas Savery (1650-1715), bilim yayınlarına göz gezdirirken Hook’un, Papin’in makinesinden söz eden bir yazısına rastladı. Savery, Hook’un eleştirmelerine rağmen, icadın işe yarar olabileceğini tahmin etti. Bunun için de, ne gibi yenilikler getirilmesi gerektiğini tasarlayarak hemen işe koyuldu.

Savery, pratik bir buhar makinesinin ihtira beratını, (patent) 1698′de aldıktan sonra makineyi önce kralın, ertesi yıl da Royal Society önünde denedi. Papin’in makinesine, musluğa bağlı boruyla, istenildiği anda eksilen suyun yenilenebileceği büyük bir kazan eklemişti. Burada kaynatılan su, ani bir soğuk su akımıyla sıvılaştırılıyor, böylece borunun içinde boşluk meydana geliyor, sonra dışarı atılacak su bu boşluğa doğru akıyordu. Bundan sonra kazan yeniden ısıtılıyor ve işlem tekrarlanıyordu.

Papin’in makinesindeki gibi piston yoktu ve mekanizması da daha sadeydi. Ağır işlemekle birlikte (dakikada dört darbe), hiç değilse düzgün çalışıyordu. Ancak, iki büyük sakıncası vardı. Önce çok masraflıydı (75 lire suyu bir metre kaldırmak için 16 kilo kömür yakmak gerekiyordu), sonra, tulumba ne kadar yüksekse, buhar basıncının da o oranda yüksek olması gerekiyordu. Oysa basınç 8-10 atmosferi bulduğunda ısı öylesine yükseliyordu ki, lehimler eriyor, yarattığı gücün etkisiyle kazan patlıyordu.

Savery, patlamayı güven altına almak ve kazandaki basıncı kontrol edebilmek için Denis Papin’in 17 yıl önce Londra’dayken icat ettiği aygıtı kullanmayı düşünememişti. Fransız bilgini 1681′de, en sert etleri bile kısa zamanda pişirmeye yarayacak bir tencere icat etmişti. Bu, aslında, bugün kullandığımız “düdüklü tencere”nin ta kendisiydi. İçindeki basıncı bilmek için bir supap yerleştirmiş, basıncı bir ağırlıkla dengelemişti. Bu gerçek bir “güvenlik supabı”ydı ve kapsamı tencerenin yararını çok aşıyordu.

Burada Papin ve Savery’nin amaçlarının ayrı olduğuna işaret etmemiz yerinde olur. Savery bir teknisyendi ve maden ocaklarındaki suların boşaltılması gibi somut bir soruna eğilmişti. Bunu çözümleyince, daha öteye gitmek aklından geçmiyordu. Papin, onun tersine, bir bilgindi. Huygens’in kendisine aktardığı pratik sorun, (Seine’in sularını Versay sarayının parklarına kadar yükseltmek) onun için bir hareket noktası olmuş, dehası gittikçe genişleyen bir alanda icatlara yönelmişti. Kısacası, Savery ile Papin arasında, yarar gözeten bir uygulamacıyla bir anda dünyayı sarsabilecek bir bilim adamının bütün özellikleri vardı.

1707′de altmışına varmış, hayal kırıklığına uğramış, bezgin ve kırgın bir insan olan Denis Papin, eski sorunu, Savery’nin eserinin ışığında çözümlemeye koyuldu. O sırada Savery’nin makinesi madenlerdeki suları boşaltmakta kullanılıyordu; ama suyu dışarı atacağına hidrolik bir çarkın kanatlarının üstüne akıtıyordu. Papin’in meydana getirdiği gülünç makine karmaşık ruhunun bir aynasıydı sanki Bir tek güç kullanacağına (sözgelişi bir buhar), buhar, hava basıncı ve ağırlıktan yararlanıyordu.

Bilgin, yine de bunu bir gemiye monte edip küreklerini çektirmeyi başardı. Gemi, Fulda üzerinde Cassel’de gerçekten işledi, ama bir defaya mahsus, göstermelikti bu. Papin, kararsız kişiliğine kapılıp Londra’ya yerleşmek üzere Almanya’dan ayrıldı. Weser’deki takacılar, kendi kendine giden bu gemiyi öfkelerinden paramparça ettiler. Parasız kalan zavallı Fransız da yoksulluk ve unutmuşluk içinde yaşlanmaya boyun eğmek zorunda kaldı. Ne zaman öldüğü bile tam olarak bilinmeyecek kadar unutuldu…

Savery’nin makinesi suyu 17.50 metre yüksekliğe çıkardığı ve son derece ekonomik işlediği halde, maden işletmecileri tarafından beğenilmemişti. Çünkü madenler çok derin kazıldığından her 17.50 metreye bir makine yerleştirmek gerekiyordu. Ayrıca bunların işletilmesi göze alınamayacak kadar büyük masraflara yol açacaktı.

Dartmouth’da (Devonshire) işleyen bu tür bir makine Thomas Newcomen (1663-1729) adlı bir çilingirin dikkatini çekti. Tasarılarını kendisine yakınlık gösteren büyük fizikçi Robert Hook’a açarak ondan kendisine öğüt vermesini diledi.

Günümüzde, basit bir çilingirin ünlü fizikçilerden birine baş vurması ve onun tarafından da ciddiye alınması pek olağan değildir. O zamanlarda böyle şeylere hiç kimse şaşmazdı. Bir icadın, bilginden çok, usta ve zeki bir işçinin eseri olabileceği akla yakın görülüyordu. Bilim ve tekniğin işbirliği yeni yeni kurulmaktaydı ve Kolomb’un yumurtası hikâyesi her gün tekrarlanıp duruyordu. Öte yandan, bilim adamları da kendilerine fazlaca güvenen bilgiçler olmasa gerekti; hatta tarihçilerin, kişiliğini alabildiğine kötüledikleri Hook bile…

Böylece Newcomen, Newton’un eşiti büyük bilgine danışmaktan çekinmedi. Sonra da arkadaşı camcı John Cawley ile birlikte, Savery’nin ateşli tulumbasının neden bunca güçsüz ve masraflı işlediği konusunda kafa patlatmaya başladılar. İlk kusuru, buhar basıncının yetersiz olmasındandı. Basıncı artırmak için ısıyı yükseltmek, kazanın patlamasını önlemek için de daha kalın imal etmek gerekiyordu. Ancak, bu kalın kazan daha geç soğuyacak, yani tulumba daha ağır işleyecek dolayısıyla verim düşecekti. Makine de bu yüzden masraflıydı zaten. Isıtmak için bir yığın kömür yaktıktan sonra soğutmak için çırpınmak, olur iş değildi doğrusu.

Newcomen, Papin’in ve Savery’nin makinelerini inceledikten sonra, ikisi ortasını buldu. İkincinin kazanını, .birincinin de pistonlu silindirini aldı. Hem kazan, hem de tulumba gövdesi olarak tek bir kap kullanacağına, iki ayrı kaptan yararlanmayı düşündü. Böylece, soğutmaya ihtiyaç kalmayacağından kazanı gereğince kalın imal edilebilecek; doğrudan doğruya ısıtılmayacağına göre silindirin de soğutulması kolay olacaktı.

Newcomen’in projesi 1705′te gün ışığına çıktı. Makine şöyle işliyordu: Kazanda oluşan buhar, bir silindire giderek pistonu kaldırıyor; piston dibine kadar iyice itildikten sonra soğuk su veriliyor; buhar sıvılaşınca silindirde hava boşluğu elde ediliyor; o zaman hava basıncı bütün gücüyle etki yaparak pistonu aşağıya itiyordu. Sonra silindire yeniden buhar gönderiliyor işlem böylece sürüp gidiyordu. Piston sürekli olarak inip kalkacağından, bunu bir çubukla, işletilecek tulumbaya bağlamak yeterliydi.

Savery gibi Newcomen de makinesini yalnız tulumbalarda kullanmayı düşünmekte, bunun suyu yükseğe çıkarmaktan başka bir şeye elverişli olabileceğini aklının ucundan geçirmemekteydi. Her ikisinin de tek kaygısı, suyu 10.33 metreden yukarıya çıkarmaktı. Newcomen’in makinesi, tam anlamıyla bir buhar makinesi değildi. Çünkü bunda itici güç buhar değil, hava basıncıydı. Ancak bu nokta kullananları ilgilendirmiyordu. Bu makine Savery’ninkinden daha güçlü, daha az masraflıydı ya, onlar için de önemli olan buydu. Önceleri dakikada altı iniş-çıkış yaparken sonra bu on ikiye yükseltildi ve gücü de 100 beygiri buldu.

Makinenin ilk alıcısı Wolferhamptonlu bir kömür madeninin sahibiydi. Makine büyük bir başarıyla görevinin üstesinden gelince, öteki maden şirketleri de art arda satiri almaya başladılar. Geliştirilmeye son derece elverişli oluşu makinenin satışını artırıyordu.

Gerçekten, 1713′te ‘prototipi’ son derece ilkel olmakla birlikte hızla gelişti; yüzyılın ortalarına doğru enikonu mükemmel bir araç haline geldi. Bu gelişmelerden ilki musluklarda oldu. Üç musluktan biri silindire buhar yolluyor, ikincisi soğuk su akıtıyor, üçüncüsü de suları boşaltıyordu. Muslukların elle işlemesi bir sakıncaydı elbet, çünkü bir işçinin yalnız bu işle sürekli uğraşması gerekiyordu. Ancak otomatikleştirme işini Newcomen mi, yoksa, Potter adlı bir işçi mi gerçekleştirdi, bilemiyoruz. 1713′te bu musluklar bir sicimle makinenin düzgün hareketini sağlayacak ‘denge düzenleyicisi’ne (balansiye) bağlanarak işletilmeye başlandı. 1718′de Beighton adlı bir teknisyen bu ipi söküp yerine, ince bir çubuk yerleştirdi. Böylece makine kendi kendine işler duruma geldi.

Bundan sonra, kazanın geliştirilmesi işi ele alındı. Alman Jacob Leupold (1674-1727), basıncı artırmayı (1725) ve İngiliz James Brindley de (1716-1772), kazanın beslenmesini düzenli hale sokmayı başardılar/İngiliz John Smeaton (1724-1792), buharın kaybolmasını önlemek için silindirin ve pistonun daha iyi perdahlanmasını sağladı. Kısacası, yaratılmasından bu yana yarım yüzyıl geçmeden Newcomen’in makinesi bütün Avrupa’yı fethetti. Fransa’da ilk olarak 1732′de maden ocaklarındaki suların boşaltılmasında kullanıldı. Hollanda’da denizden kazanılan yerlerde aynı amaca hizmet etti. Bazı ülkelerde de şehirlere su verme ya da toprakları sulama işine yarıyordu, İngiltere’de yüzlercesi işlemekteydi. Bunlar, koca bir bina büyüklüğünde dev makinelerdi. Ağır ağır gidip gelen hantal sarkacın çevresine bir yığın seyirci toplanıyordu.

Newcomen’in makinesi son 1934′te hizmetten çekildi. 1787′de yapılmış olan bu saygıdeğer kalıntı halen Barnsley (Yorkshire) adlı İngiliz köyünde bulunmaktadır. Sarkacı 7, silindiri de 3.30 metre yüksekliğindedir.

1951′de, Büyük Britanya festivalinde işletilmesi kolay olmadı. Piston bazen inadı tutup yükselmiyor, bazen inmeyi unutuyor, bazen de yorgunluktan poflaya tıslaya duruveriyordu. Bunu da 147 yıllık hizmetten sonra hoş görmek gerekir. En iyi işlediği günlerde, makine, her iniş-çıkışında 227 ‘litre suyu 40 metre yükseğe çıkartmaktaydı.