Tekerlekler Şaşırtıcı Bir Sorunu Çözmek İçin İcat Edilmiş Olabilir

Tekerleğin ölçülemez etkisi olmasına rağmen, onu kimin icat ettiği, ne zaman ve nerede ilk kez tasarlandığı kesin olarak bilinmemektedir. Yukarıda anlatılan varsayımsal senaryo, 2015 yılında ortaya atılan, Karpat Dağları'ndaki madencilerin (bugünkü Macaristan) yaklaşık 6.000 yıl önce bakır cevherini taşımak için tekerleği icat ettikleri teorisine dayanmaktadır.

Bu teori, bölgede çalışan arkeologlar tarafından keşfedilen 150'den fazla minyatür vagonla desteklenmektedir. Bu minik, dört tekerlekli modeller kilden yapılmış ve dış yüzeylerine, o dönemde madencilik toplulukları tarafından kullanılan sepetçilik işçiliğini anımsatan bir hasır işçiliği deseni oyulmuştur.

Karbon tarihleme, bu vagonların bugüne kadar bilinen en eski tekerlekli ulaşım araçları olduğunu ortaya çıkarmıştır.

Bu teori, mühendislik tasarımı bilimini inceleyen bir havacılık mühendisi olarak benim için özellikle ilgi çekici bir soruyu da gündeme getiriyor. Eski Mısırlılar gibi çok gelişmiş medeniyetler tekerleği keşfedememişken, bilinmeyen, bilimsel açıdan naif bir madencilik toplumu tekerleği nasıl keşfetti?

 

Tartışmalı Bir Fikir

Uzun zamandır tekerleklerin basit tahta silindirlerden evrimleştiği varsayılıyordu. Ancak yakın zamana kadar kimse bu dönüşümün nasıl ve neden gerçekleştiğini açıklayamıyordu. Dahası, 1960'lardan itibaren bazı araştırmacılar, silindirden tekerleğe geçiş teorisi hakkında güçlü şüpheler dile getirmeye başladı.

Sonuçta, silindirlerin kullanışlı olabilmesi için düz, sağlam bir zemin ve eğim ve keskin virajların olmadığı bir yol gerekir. Ayrıca, araba silindirleri geçtikten sonra, yükün hareket etmesini sağlamak için kullanılmış silindirlerin sürekli olarak sıranın önüne getirilmesi gerekir.

Tüm bu nedenlerden dolayı, antik dünyada makaralar nadiren kullanılıyordu. Şüphecilere göre, makaralar çok nadir ve pratik olmadıkları için tekerleğin evriminin başlangıç noktası olamazlardı.

Ancak, kapalı, insan yapımı geçitleri olan bir maden, makaralar için uygun koşullar sağlayabilirdi. Bu faktör, diğer faktörlerin yanı sıra, ekibimi makara hipotezini yeniden gözden geçirmeye zorladı.

 

Bir Dönüm Noktası

Silindirlerden tekerleklere geçiş için iki önemli yenilik gereklidir. İlki, yükü taşıyan arabanın değiştirilmesidir. Arabanın tabanı, silindirleri yerinde tutan yarım daire şeklinde yuvalarla donatılmalıdır. Böylelikle, operatör arabayı çekerken silindirler de onunla birlikte çekilir.

Bu yenilik, maden ortamının darlığı nedeniyle, kullanılmış tekerlekleri periyodik olarak arabanın önüne geri taşımak zorunda kalmanın özellikle zahmetli olması nedeniyle ortaya çıkmış olabilir.

Yuva tekerleklerinin keşfi, tekerleğin evriminde bir dönüm noktası oldu ve ikinci ve en önemli yeniliğin önünü açtı.

Bir sonraki adım, silindirlerin kendisinde bir değişiklik yapılmasını içeriyordu. Bu değişikliğin nasıl ve neden gerçekleştiğini anlamak için fizik ve bilgisayar destekli mühendisliğe başvurdum.

 

Tekerleğin Evrimini Simüle Etmek

Araştırmamıza başlamak için, silindirden tekerleğe evrimi simüle etmek üzere tasarlanmış bir bilgisayar programı oluşturduk. Hipotezimiz, bu dönüşümün “mekanik avantaj” adı verilen bir fenomen tarafından yönlendirildiği yönündeydi.

Aynı prensip, penseye ek bir kaldıraç gücü sağlayarak kullanıcının kavrama gücünü artırır. Benzer şekilde, silindirin şeklini mekanik avantaj sağlayacak şekilde değiştirebilirsek, bu kullanıcının itme gücünü artıracak ve arabayı ilerletmeyi kolaylaştıracaktır.

Algoritmamız, yüzlerce potansiyel silindir şeklini modelleyerek ve her birinin mekanik avantaj ve yapısal güç açısından performansını değerlendirerek çalıştı.

İkincisi, belirli bir silindirin yükün ağırlığı altında kırılıp kırılmayacağını belirlemek için kullanıldı. Tahmin edildiği gibi, algoritma nihayetinde en uygun olduğu belirlenen tanıdık tekerlek ve aks şekline ulaştı.

Algoritmanın yürütülmesi sırasında, her yeni tasarım bir öncekinden biraz daha iyi performans gösterdi. 6.000 yıl önce madencilerde de benzer bir evrim süreci yaşandığını düşünüyoruz.

Madencilerin başlangıçta alternatif silindir şekillerini keşfetmeye iten şeyin ne olduğu belirsizdir. Bir olasılık, silindir-yuva arayüzündeki sürtünmenin çevredeki ahşabı aşındırarak temas noktasında silindirin hafifçe daralmasına neden olmasıdır.

Diğer bir teori ise madencilerin, arabalarının zemindeki küçük engelleri geçebilmesi için silindirleri inceltmeye başladıklarıdır.

Her iki durumda da, mekanik avantaj sayesinde, aks bölgesinin daralması arabaların itilmesini kolaylaştırdı. Zaman geçtikçe, daha iyi performans gösteren tasarımlar diğerlerine göre tekrar tekrar tercih edildi ve bu en iyi performans gösterenleri taklit etmek için yeni silindirler üretildi.

Sonuç olarak, silindirler giderek daha da daraldı, ta ki geriye her iki ucunda büyük disklerle kaplı ince bir çubuk kalana kadar. Bu ilkel yapı, bugün “tekerlek” olarak adlandırdığımız şeyin doğuşunu işaret eder.

Teorimize göre, tekerleğin icat edildiği kesin bir an yoktur. Aksine, türlerin evrimi gibi, tekerlek de küçük iyileştirmelerin birikmesiyle yavaş yavaş ortaya çıkmıştır.

Bu, tekerleğin uzun ve devam eden evrimindeki birçok bölümden sadece biridir. Karpat madencilerinin katkılarının üzerinden 5.000 yıldan fazla bir süre geçtikten sonra, Parisli bir bisiklet tamircisi radyal bilyalı rulmanları icat etti ve bu da tekerlekli ulaşımda bir kez daha devrim yarattı.

İronik bir şekilde, bilyalı rulmanlar kavramsal olarak tekerleğin evrimsel öncülü olan makaralarla aynıdır. Bilyalı rulmanlar, aksın etrafında bir halka oluşturarak aks ile tekerlek göbeği arasında yuvarlanma arayüzü oluşturur ve böylece sürtünmeyi önler. Bu yenilikle, tekerleğin evrimi tam bir döngü tamamladı.

Bu örnek, tekerleğin evriminin, ikonik şekli gibi, net bir başlangıcı ve sonu olmayan, yol boyunca sayısız sessiz devrimle dolu dolambaçlı bir yol izlediğini de göstermektedir.

Kai James, Georgia Teknoloji Enstitüsü Havacılık ve Uzay Mühendisliği Profesörü

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.