Sabit Süratli ve Sabit Hızlı Hareket; Bitki ve Hayvanlarda Üreme, Büyüme ve Gelişme

Evden okula giderken izlediğin yolu düşün: sokaklardan dönerek, belki parkın içinden geçerek yürürsün. Yürüdüğün bu yolun toplam uzunluğuna alınan yol denir. Oysa evinle okulun arasındaki en kısa uzaklık, bir kuşun uçarak gideceği dümdüz çizgidir. Başlangıç noktası ile bitiş noktası arasındaki bu en kısa, dümdüz uzaklığa yer değiştirme denir. Yer değiştirmenin bir de yönü vardır; bu yüzden “Evden okula doğru, kuzeye 400 m yer değiştirdim.” deriz.

Düz bir yolda yön değiştirmeden ilerleyen bir cisim için alınan yol ile yer değiştirmenin büyüklüğü eşittir. Yol dolambaçlıysa alınan yol, yer değiştirmeden büyük olur. Koşu pistinde bir tur atıp başladığın yere dönersen aldığın yol pistin uzunluğu kadardır; ama başladığın yerdesin, yani yer değiştirmen sıfırdır.

Bir cismin ne kadar çabuk yol aldığını anlatmak için sürat kavramını kullanırız. Sürat, birim zamanda alınan yoldur; yani cismin 1 saniyede ya da 1 saatte kaç metre ya da kaç kilometre yol aldığını söyler. Alınan yol geçen süreye bölünerek bulunur: sürat = alınan yol / geçen süre. Örneğin 120 m’lik yolu 60 saniyede koşan bir öğrencinin sürati 120 m / 60 s = 2 m/s’dir; yani öğrenci her saniyede 2 m yol almıştır.

Süratin birimi, yolun ve zamanın birimlerinden oluşur. Yol metre, zaman saniye ile ölçülmüşse birim m/s (metre bölü saniye); yol kilometre, zaman saat ile ölçülmüşse birim km/h (kilometre bölü saat) olur. Yürüyen bir insanın sürati 1 m/s dolayındadır; şehir içinde giden bir otomobilin sürati ise yaklaşık 50 km/h’tir. Bu hafta birimleri birbirine dönüştürmeyeceğiz; önemli olan, süratin bir sayı ile bir birimden oluştuğunu bilmek. Dikkat et: süratin yönü yoktur. “Bisikletin sürati 5 m/s.” demek için bisikletin hangi yöne gittiğini bilmemize gerek yoktur.

Bir arkadaşın sana telefonda “Bisikletle 5 m/s ile geliyorum.” dese ne kadar çabuk geldiğini anlarsın ama hangi yöne gittiğini anlayamazsın. “Okula doğru, kuzeye 5 m/s ile geliyorum.” derse hem çabukluğunu hem yönünü bilirsin. İşte hız budur: hız, birim zamanda yapılan yer değiştirmedir ve yer değiştirme gibi yönü vardır. Hızı söylerken her zaman yönü de söyleriz: doğuya 2 m/s, güneye 60 km/h gibi.

Hız ile sürat aynı birimlerle, m/s ve km/h ile ifade edilir. Düz bir yolda yön değiştirmeden ilerleyen bir cismin aldığı yol ile yer değiştirmesi eşit olduğundan süratinin değeri ile hızının büyüklüğü de eşittir. Düz bir caddede doğuya doğru her saniye 2 m yürüyen birinin sürati 2 m/s, hızı doğuya 2 m/s’dir. Bu yüzden günlük konuşmada iki kelime çoğu zaman birbirinin yerine kullanılır; fen dersinde ise aralarındaki farkı gözetiriz.

Fark, yön değiştiğinde ortaya çıkar. Pistteki dönemeci her saniye 2 m yol alarak dönen koşucunun sürati hiç değişmez; ama her an biraz daha farklı bir yöne koştuğu için hızı sürekli değişir. Sürat yalnızca ne kadar çabuk gidildiğini anlatan bir değerdir; hız ise bu değerle birlikte yönü de taşır. Aşağıdaki tablo iki kavramın benzer ve farklı yanlarını bir arada gösteriyor.

Bir cisim eşit zaman aralıklarında eşit yol alıyorsa hareketi sabit süratli harekettir. Aşağıdaki tabloda iki koşucunun 10 saniyelik aralıklarda aldığı yollar verilmiştir. A koşucusu her 10 saniyede 20 m alıyor; sürati hiç değişmiyor, hareketi sabit süratli. B koşucusu ise aynı sürelerde kimi zaman 30 m, kimi zaman 10 m alıyor; sürati değişiyor, hareketi sabit süratli değil.

Sabit süratli hareket eden bir cismin yönü değişebilir. A koşucusu pistin düz kısmında da dönemecinde de her 10 saniyede 20 m alıyorsa sürati sabittir; ama dönemeçte yönü değiştiğinden hızı sabit değildir. Hem sürati hem de yönü değişmeyen cismin hareketine ise sabit hızlı hareket denir. Sabit hızlı hareket düz bir doğru boyunca olur: yürüyen merdiven, düz raylarda aynı süratle ilerleyen tren ve fabrikadaki yürüyen bant sabit hızlı hareket eder.

Demek ki sabit hızlı hareket eden her cisim aynı zamanda sabit süratlidir; ama sabit süratli her hareket sabit hızlı değildir. Dönme dolap, atlıkarınca ya da saatin yelkovanının ucu aynı süratle döner; fakat yönleri sürekli değiştiği için hızları sabit değildir. Duraktan kalkan bir otobüs ise giderek hızlanır; onun ne sürati ne de hızı sabittir.

Bu konu, geçen haftalarda öğrendiğin kuvvetlerle de bağlantılıdır. Hareket hâlindeki bir cisme etki eden kuvvetler dengelenmişse cisim hareketini aynı süratle ve aynı yönde sürdürür; yani sabit hızlı hareket eder. Süratinin ya da yönünün değişmesi için dengelenmemiş bir kuvvet gerekir: fren yapan otobüsü yavaşlatan da dönemeçteki arabanın yönünü değiştiren de dengelenmemiş kuvvettir.

Haftanın ikinci konusu, kuvvetten çok uzak görünen bir soruyla başlıyor: Dünyadaki bakteriler, çiçekler, balıklar ve insanlar bunca yıldır nasıl tükenmedi? Cevap üremede. Üreme, canlıların kendilerine benzer yeni canlılar meydana getirmesidir ve türün devamını sağlar. Her canlı bir gün ölür; ama üreme sayesinde tür yaşamaya devam eder. Beslenme, solunum ve boşaltım gibi üreme de canlıların ortak özelliklerindendir.

Yeni oluşan canlı genellikle küçüktür; zamanla büyür ve gelişir. Büyüme, canlının hücre sayısının artması ve hücrelerinin irileşmesiyle boyutunun ve kütlesinin artmasıdır. Fasulye fidesinin boyunun uzaması ya da yavru kedinin irileşmesi büyümedir. Gelişme ise canlının yapısının olgunlaşması, yeni özellikler ve yetenekler kazanmasıdır. Tohumun çimlenip fide olması, fidenin çiçek açması, iribaşın bacak çıkarıp kurbağaya dönüşmesi, bebeğin yürümeyi öğrenmesi gelişmedir.

Büyüme ile gelişme birlikte yürür ama aynı şey değildir. Bir bitki yalnızca boy atıyorsa büyüyor demektir; tomurcuk verip çiçek açtığında artık gelişmiştir de. Bitkilerde ve hayvanlarda büyüme ve gelişmeyi önümüzdeki haftalarda ayrı ayrı inceleyeceğiz. Bu hafta ise işin başındaki soruyla ilgileniyoruz: yeni canlı nasıl oluşur? Bunun iki yolu vardır: eşeyli üreme ve eşeysiz üreme.

Eşeyli üremede yeni canlının oluşması için biri dişi, biri erkek iki ata gerekir. Dişi ata yumurta, erkek ata sperm adı verilen üreme hücrelerini üretir. Yumurta ile spermin birleşmesine döllenme denir; döllenmiş yumurtadan yeni canlı gelişir. Yavru, özelliklerinin bir kısmını annesinden, bir kısmını babasından aldığı için ikisine de benzer ama hiçbirinin tıpatıp aynısı olmaz. Aynı anne babadan doğan kedi yavrularının tüy renklerinin bile farklı olmasının nedeni budur. İnsan, kedi, köpek, kuşlar, balıklar, kurbağalar ve tohumla çoğalan çiçekli bitkiler eşeyli ürer; çiçekli bitkilerde tohum, döllenme sonucunda oluşur.

Eşeysiz üremede ise tek bir ata yeterlidir. Üreme hücresi oluşmaz, döllenme olmaz; yeni canlı doğrudan ata canlının bölünmesiyle ya da vücudunun bir parçasından meydana gelir. Yavrunun bütün kalıtsal bilgisi tek atadan geldiği için yavru, atasının kalıtsal olarak tıpatıp aynısıdır. Bakteriler, amip gibi tek hücreliler, hidra, deniz yıldızı ile patates ve çilek gibi pek çok bitki eşeysiz üreyebilir. Eşeysiz üreme genellikle hızlıdır ve kısa sürede çok sayıda yavru verir.

İki üreme biçiminin ortak yanları da vardır. İkisinde de yeni canlılar oluşur ve türün devamı sağlanır; ikisinde de kalıtsal bilgi atadan yavruya aktarılır; ikisi de hem bitkilerde hem hayvanlarda görülür. Farklar ise ata sayısında, döllenmenin olup olmamasında ve yavruların ataya ne kadar benzediğinde toplanır. Aşağıdaki tablo bu benzerlik ve farklılıkları özetliyor.

Bazı canlılar duruma göre iki yolu da kullanır. Hidra uygun koşullarda tomurcuklanarak, koşullar zorlaştığında eşeyli ürer. Çilek hem çiçeklerinde tohum oluşturur hem de sürünücü gövdesiyle yeni bitkiler verir. Patates bitkisi tohum da verir; ama tarlalara genellikle yumru parçaları ekilir, çünkü böylece tıpatıp aynı özellikte, bol ürün elde edilir.

Eşeysiz üreme canlıdan canlıya farklı biçimlerde gerçekleşir. Bölünme ile üreme tek hücreli canlılarda görülür: bakteri, amip, öglena ve paramesyum gibi canlılar belli bir büyüklüğe ulaşınca ikiye bölünür ve ortaya birbirinin aynısı iki yeni canlı çıkar. Bakteriler uygun ortamda çok kısa sürede bölünebildiği için sayıları hızla artar; bir yiyeceğin sıcakta çabucak bozulmasının nedeni budur.

Tomurcuklanma ile üremede ata canlının vücudunda küçük bir çıkıntı, yani tomurcuk oluşur. Tomurcuk büyür; sonra ata canlıdan ayrılıp bağımsız yaşamaya başlar ya da ona bağlı kalarak topluluklar oluşturur. Ekmek hamurunu kabartan bira mayası, tatlı sularda yaşayan hidra, süngerler ve mercanlar tomurcuklanarak ürer.

Vejetatif üreme bitkilere özgüdür: tohum olmadan, bitkinin kök, gövde ya da yaprak gibi bir parçasından yeni bir bitki gelişir. Patatesin yumru gövdesi üzerindeki gözlerden yeni patates bitkileri çıkar; çilek, toprak üzerinde uzanan sürünücü gövdesiyle yeni çilek bitkileri verir; soğan ile sarımsak toprak altındaki soğanlı gövdelerinden, menekşe yaprağından, gül ve söğüt ise toprağa dikilen dal parçalarından, yani çelikten üretilir. Bahçıvanlar beğendikleri bir bitkinin tıpatıp aynısını elde etmek için bu yolu seçer.

Rejenerasyon, yani yenilenme ile üremede canlının kopan bir parçasından yeni ve tam bir canlı oluşur. Deniz yıldızının kopan bir kolu eksik kısımlarını tamamlayarak yeni bir deniz yıldızına dönüşebilir; eski gövde de kopan kolunu yeniler. Planarya adlı yassı solucan ikiye kesilirse her parça eksik kısmını tamamlayıp ayrı bir planarya olur. Dikkat: kertenkelenin kopan kuyruğunu yenilemesi, yengecin yeni kıskaç çıkarması ya da derimizdeki bir yaranın kapanması da yenilenmedir; ama bunlarda yeni bir canlı oluşmadığı için üreme sayılmaz.