El-Cezeri’nin Krank Milinden Watt’ın Buhar Makinesine

2019 yılı Prof. Dr. Fuat Sezgin Yılı olarak ilan edildi. Bilim Genç olarak, 2019 yılı boyunca Prof. Dr. Fuat Sezgin’in İslam bilim ve teknoloji tarihine katkılarını farklı yazılarla ele alacağız. Prof. Dr. Fuat Sezgin anısına hazırladığımız diğer yazılara ulaşmak için tıklayın.

James Watt’ın buhar motorunu keşfetmesi Sanayi Devrimi’nin başlangıcı olarak kabul edilir. Daha önce üretim insan gücüne dayandığı için maliyetli ve zaman alıcıydı. 18. yüzyılın ikinci yarısında İngiltere’de meydana gelen bu önemli gelişme sonrasında motor gücüne dayalı sanayileşme hızla gelişti.

James Watt, buhar motorunu madenlerde ortaya çıkan suyun dışarı pompalanması için etkili bir yöntem ararken geliştirdi. Eskiden bu amaçla atlar tarafından çalıştırılan bir sistem kullanılıyordu. Atların beslenme, barınma ve bakım maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle bu sorunun çözülmesi için tasarlanan düzenekler sonunda Watt’ın çığır açıcı icadına zemin hazırladı. Ancak suyun yukarı doğru çıkmasını sağlamak amacıyla geliştirilen sistemlerin geçmişi çok daha eskilere dayanıyor.

Akarsuların tarımda ve günlük hayatta kullanılmasının kolaylaştırılması için suyun yukarı taşınması gerekir. Suyun kaplara doldurularak taşınması en basit çözüm olsa da hem zaman hem de enerji kaybına yol açar. Bu soruna çözüm bulmak için geliştirilen ilk sistemler akan suyun hareketinden faydalanarak suyun yukarı taşınmasına dayanıyordu.

Prof. Dr. Fuat Sezgin, suyu yukarı taşımak amacıyla geliştirilen mekanizmaların atası olarak Arşimet’in helezonlu pompasını gösteriyor.

Arşimet’in helezonlu pompası. Helezonlu pompada ahşap bir silindirin içine yerleştirilmiş vida bulunur. Vida nehir akıntısıyla çalışan bir çark sayesinde hareket eder. Vida dönerken su nehirden daha yüksek bir düzeye taşınır. Bu sistem günümüzde su taşıma sistemlerinde, beton karıştırıcı gibi düzeneklerde kullanılmaya devam ediliyor.

Arşimet’in helezonlu pompasını, Mısır seyahati sırasında icat ettiğini söyleyen bazı kaynaklar var. Ancak Prof. Dr. Fuat Sezgin İslam Uygarlığında Mimari, Geometri, Fizik, Kimya, Tıp kitabında Mısırlıların piramitlerin yapımında eğik düzlem kullanmaları ve maden ocaklarından su çıkarma konusundaki tecrübeleri nedeniyle bu mekanizmanın Mısır’da çok eski zamanlardan beri kullanılmış olabileceğini, Arşimet’in bu mekanizmanın önemini anlayarak Avrupa’da tanınmasını sağlamış olabileceğini belirtiyor.

12. yüzyılın sonları ve 13. yüzyılın başlarında Diyarbakır ve Cizre’de yaşayan bilgin el-Cezeri, büyük miktarlarda suyu yukarı taşımak amacıyla beş düzenek tasarlamıştı. Bu düzeneklerden üçü hayvan gücüyle çalışırken ikisi kendi kendine işler, yani otomatiktir. El-Cezeri bu çalışmaları sırasında krank milini ilk kez kullanmıştı. Dönme hareketini doğrusal harekete dönüştüren krank mili, tarihteki en önemli keşiflerden biri olarak kabul ediliyor. Günümüzde otomobillerden lokomotiflere pek çok alanda kullanılıyor.

El-Cezeri’nin su gücüyle çalışan pompa düzeneğinde dişli çarklar, bakır pistonlar, emme ve iletme amaçlı borular ve tek yönlü sürgülü vanalar kullanılıyordu. Bu düzenek suyu emerek yaklaşık on iki metre yukarı taşıyabiliyordu. Prof. Dr. Fuat Sezgin İslam Uygarlığında Mimari, Geometri, Fizik, Kimya, Tıp kitabında bu düzeneğin çalışma prensibini şöyle açıklıyor:

El Cezeri’nin pistonlu pompasını gösteren el yazması

Akıntı su çarkını çevirdiğinde su çarkı mili döner. Su çarkı miline bağlı bir çark eksen miline bağlı başka bir çarka dönme hareketini aktarır. Eksen miline bağlı olarak hareket eden krank mili dönme hareketini doğrusal harekete çevirir. Krank miline bağlı iki pistondan biri suyu emerek pistonun haznesine taşınmasını sağlarken, diğer piston suyun buradan çıkış borusuna basılmasını sağlar. Su daha sonra çıkış borusundan kullanılacağı yere aktarılacağı bir depoya iletilir.

Suyun yukarı taşınması ile ilgili çalışmaları ile bilinen bir diğer bilgin ise 16. yüzyılda yaşamış Osmanlı mühendisi Takiyüddin’dir. Takiyüddin’in tasarımlarından biri iki silindirli, diğeri ise altı silindirli su pompasıdır. 1001 İcat: Dünyamızda İslam Mirası kitabında altı silindirli pompanın çalışma mekanizması şöyle açıklanıyor:

Takiyüddin’in altı silindirli su pompası

Altı silindirli pompada, üzerinde altı tane kam bulunan uzun yatay bir eksene (kam mili olarak isimlendirilir) bağlı bir su çarkı bulunur. Akıntı su çarkını çevirdiğinde kam mili döner. Kam mili üzerindeki her bir kam bir bağlantı çubuğunu aşağıya bastırır. Tüm bağlantı çubukları merkez eksende birleşecek şekilde yerleştirilmiştir. Bağlantı çubuklarının diğer ucunda, yukarı kalktığında pistonu beraberinde yukarı çeken bir kurşun ağırlık bulunur. Bu sırada piston silindirinin içinde oluşan vakum nedeniyle su emilerek piston silindirine aktarılır. Kam belirli bir açıda döndükten sonra kam bağlantı çubuğunu serbest bırakır, böylece pistonun bir devri tamamlanır. Kurşun ağırlık yerçekimi etkisiyle aşağı inerken silindirin içinde suyun emildiği bölümdeki kapakçık kapanır ve su, çıkış borusu üzerinden yukarı doğru pompalanır.

Kaynaklar:

• Sezgin, F., İslam Uygarlığında Mimari, Geometri, Fizik, Kimya, Tıp, Boyut Yayınları, 2012.
• 1001 İcat: Dünyamızda İslam Mirası, Ed. Salim T S Al-Hassani, Foundation for Science Tecnology and Civilisation, 2010.
• https://www.egr.msu.edu/~lira/supp/steam/
• https://etc.usf.edu/clipart/36300/36331/pulley_sys_36331.htm