Accessoires DE  728x90
Yerçekimi kuvveti nedir? Cisimler üzerinde nasıl bir etki yapar?
28 12 2008

Yerçekimi kuvveti nedir? Cisimler üzerinde nasıl bir etki yapar?

Yerçekimi kuvveti nedir? Cisimler üzerinde nasıl bir etki yapar?Yerçekimi olmayan bir yerde yaşamanın getirdiği zorlukları ve kolaylıkları açıklayınız.

Yer Çekimi Kuvveti Nedir?

Bu kuvvet algılayabildiğimiz tek kuvvet olmasına rağmen, aynı zamanda da hakkında en az bilgi sahibi olduğumuz kuvvettir. Yerçekimi olarak bildiğimiz bu kuvvetin gerçek adı “kütle çekim kuvveti”dir. Şiddeti diğer kuvvetlere göre en düşük kuvvet olmasına rağmen, çok büyük kütlelerin birbirini çekmelerini sağlar.Evrendeki galaksilerin, yıldızların birbirlerinin yörüngelerinde kalmalarının nedeni bu kuvvettir.

a) Aynı Doğrultulu ve Aynı Yönlü Kuvvetlerin Bileşkesi :
Bir cisme etki eden doğrultuları ve yönleri aynı olan kuvvetlere aynı doğrultulu ve aynı yönlü kuvvetler denir.
Aynı doğrultulu ve aynı yönlü kuvvetlerin bileşke kuvvetinin büyüklüğü, kuvvetlerin büyüklüklerinin toplamına eşittir.

b) Aynı Doğrultulu ve Zıt Yönlü Kuvvetlerin Bileşkesi :
Bir cisme etki eden doğrultuları aynı yönleri ters olan kuvvetlere aynı doğrultulu ve zıt yönlü kuvvetler denir.
Aynı doğrultulu ve zıt yönlü kuvvetlerin bileşke kuvvetinin büyüklüğü, kuvvetlerin büyüklüklerinin farkına eşittir.

Dünya'nın içine girildikçe yerçekimi ivmesi neden azalır?
              

 Cevap

 

 
Kalınlığı dr olan, ince bir küresel kabuk alalım. Kabuğun kütlesel yoğunluğu, birim alanı başına ρ olsun. Kabuğun içinde kalan hacimdeki herhangi bir X noktasına,kütlesi mX olan bir cisim koyalım. Bu noktadan kabuğa zıt yönlerde küçük (diferansiyel) birer katı açı uzatalım (dω). Bu katı açının A noktası civarında kapsadığı kabuk alanı |XA|²dω, B noktası etrafında kapsadığı kabuk alanı ise |XB|²dω olur. Dolayısıyla, bu alanlara sahip olan kabuk parçalarının kütleleri MA=ρ|XA|²dω, MB=ρ|XA|²dω kadardır. Dikkat edilecek olursa, MA ve MB kütlelerinin X noktasındaki mX kütlesine etki ettirdikleri kuvvetler zıt yönlerdedir. Kütleçekimi yasası uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğundan, bu kuvvetlerin büyüklükleri; FA=G.MA.mX/|XA|² ve FB=G.MB.mX/|XB|² olur. Bu ifadelere MA= ρ|XA|²dω ve MB=ρ|XA|²dω eşitliklerini yerleştirecek olursak; FA=G.ρ|XA|²dω.mX/|XA|² =G.ρ.dω.mX ve FB=G.ρ|XB|²dω.mX/|XB|² =G.ρ.dω.mX elde ederiz. Yani FA=FB. Öte yandan, kuvvetler zıt yönlü olduklarından, birbirlerini iptal ederler. Bu durum, X noktasından küresel kabuğa zıt yönlerde uzanan tüm minik katı açı çiftleri için geçerli olduğundan, sonuç olarak; X noktasındaki mX kütlesine kabuğun tümü tarafından etki ettirilen kütleçekimi kuvveti, net olarak sıfırdır. Kabuğun kalın olması bu sonucu değiştirmez. Çünkü kalın bir kabuk, bizim ele aldığımız gibi ince kabukların içiçe diziliminden oluşur.

Kısacası, küresel bir kütle kabuğunun içindeki bir cismin üzerindeki kütleçekimi kuvveti sıfırdır. Bu, kütleçekimi kuvvetinin uzaklığın karesiyle ters orantılı olmasından kaynaklanan bir durum. Dolayısıyla, aynı şekilde davranan elektrostatik kuvvet için de geçerli. Bu yüzdendir ki, metal bir kürenin yüzeyinde yük varken, içinde elektrik alan bulunamıyor ve böyle bir koruyucu metal küreye ‘Faraday kafesi’ diyoruz. Neyse...

Sorunuzun yanıtına gelecek olursak; Dünya’nın yarıçapını R, kütlesini M ile gösterelim. Yeryüzündeki m kütleli bir cisme etki ettirdiği kuvvet, F=GMm/R² olur. Biz buradaki GM/R² çarpanını, genellikle g ile gösteriyoruz. O halde, F=mg. Bir başka gösterim biçimine daha bakalım...

Gerçi Dünya’nın yoğunluğu her yerde aynı değil. Daha yoğun olan kütleler, merkezine doğru çökmüş halde. Fakat biz yoğunluğu sabit varsayıp, ρ ile gösterecek olursak, Dünya’nın kütlesi; M=(4/3)πR³.ρ olur. O halde, F=GMm/R²= G(4/3)πR³.ρm/R² =(4πGρR/3).m. Yani, F=mg’den, g=(4πGρR/3).

Şimdi bu m kütleli cismin yeraltında, Dünya’nın merkezinden r (< R) uzaklıkta bir derinlikte olduğunu düşünelim. Cismin dışında kalan, R-r kalınlığındaki kütle kabuğunun, cisim üzerinde etki ettirdiği kütleçekim kuvveti net olarak sıfırdır. Dolayısıyla, cisim sadece, altında kalan r yarıçapındaki kürenin çekim kuvvetinin etkisi altındadır. Bu r yarıçaplı kürenin kütlesi; M’=(4/3)πr³.ρ olur. O halde, m kütleli cismimizin üzerine; F’=GM’m/r²= G(4/3)πr³.ρ.m/r² =(4πGρr/3).m büyüklüğünde bir kütleçekimi kuvveti etki ettirir. Yani, F’=mg’ olduğuna göre; g’=(4πGρr/3).

Kısacası, ivmelerin oranı g’/g=r/R. Derine inildikçe azalmasının nedeni, dışta kalan küresel kabuğun katkısının sıfır olması

İlave Bilgi

Belirli bir yükseklikten serbest bırakılan bir cisim Yer’ e düştüğüne göre, Yer’ in bu cisme bir kuvvet uygulaması gerekir. Bu kuvvete “yerçekimi kuvveti” denir. Bir cismin ağırlığı , o cisme etki eden yerçekimi kuvvetidir (G = mg ) . O halde ağırlık da bir kuvvettir.

Dünya ile dünyada bulunan cisimler birbirlerine çekim kuvveti uygular. Ancak dünyanın kütlesi, cisminkine göre çok büyük olduğundan, dünya bu çekimden etkilenmez. Dünyanın çekim alanı enlemlere göre değişir. Bu yüzden herhangi bir cismin ağırlığı, ekvatordan kutuplara doğru gittikçe artar.

Yerçekimi kuvvetinin doğrultusu düşey, yönü Yer’in merkezine doğrudur. İngiliz bilgini “Isaac Newton “ bir gün elma ağacının altında otururken bir elmanın yere düştüğünü görür. Bu olay daha sonra kendi adıyla anılan “Newton Genel Çekim kanununu” bulmasına ışık tutmuştur.

Bu kanuna göre;” bütün kütleler birbirini çeker. Bu çekme kuvveti cisimlerin kütle büyüklüklerine ve aralarındaki uzaklığa bağlıdır.”

Örneğin yer elmayı çeker, elma da yeri çeker. Ancak yerin kütlesi elmanın kütlesinden büyük olduğu için, elmaya uyguladığı çekim kuvveti de o kadar büyüktür. Bu nedenle elma yere doğru düşer.

Yerçekimi olmayan bir yerde yaşamanın getirdiği zorlukları ve kolaylıklar.

Bildiğimiz üzere uzayda yerçekimi yok. Bu durum astronotlar üzerinde birçok rahatsız edici etki oluşturuyor. Örneğin astronotların kasları ve kemiklerinde ciddi kütle azalmaları ve deformasyonlar meydana geliyor. Özellikle kas yapısı, uzayda pek de kullanılmayan bir sistem olduğu için her geçen gün eriyor. Uzayda hareket etmek oldukça kolaydır. Parmağınızla uzay mekiğinin duvarını iterseniz kendinizi ters tarafa doğru sürükleniyor halde bulursunuz. Hareket etmek için enerji pek harcanmaz, bu da kasları zayıflatır. Bu nedenledir ki astronotlar dünyaya indiklerinde kendi başlarına yürüyemezler.

    Sıfır yerçekimi, diğer adıyla mikro yerçekimi koşulları vücudu değişik şekillerde etkileyebilir. Uyuşukluk, baş ağrısı ve baş dönmesi, mide bulantısı ve kusma çok sık görülen rahatsızlıkların başında gelir. Uzay hastalığı olarak da bilinen bu sorunların geçmesi ve vücudun normale dönmesi 72 saatten fazla sürmez. Bu etkilerin en aza indirilmesi için astronotların her gün saatlerce kondisyon aletleri ve ağırlıklarla çalışması gerekmektedir. Buna rağmen kasların kütlesel azalması engellenemeyen bir durumdur.

    Gelecek yıllarda yapılması planlanan insanlı uzay seyahatlerindeki en önemli tıbbi sorun sıfır yerçekiminin olumsuz etkileri olarak gözüküyor. Her ne kadar dünyaya döndükten kısa bir süre vücudun eski yapısına tamamen kavuşması mümkünse de önemli uzay görevlerinde bu dezavantaj yok edilmeli. Bunun için ilk akla gelen çözüm, uzay gemilerinde yapay bir yerçekimi oluşturulması. Böyle bir teknolojiden faydalanmak için henüz oldukça erken ama bir çok teori de mevcut. Yapay yer çekiminin oluşturulması için kullanılabilecek bazı yöntemler var. Geminin belirli bir bölümümün kendi etrafında sürekli dönüşü, çok yoğun kütle kullanımı, manyetik alan oluşturma ve yer çekimi jeneratörleri bu yöntemlerde en önemlileri.

    Uzayın yan etkileri bununla da bitmek bilmiyor. Sadece fiziksel sorunlar değil ciddi psikolojik problemler de ortaya çıkabilir. Yalnızlık hissi, kapalı yer korkusu astronotların baş etmek zorunda kaldıkları diğer problemler. Aynı yerde uzun bir süre birlikte kalmak, astronotlar arasında gerilime ve çeşitli çatışmalara yol açabiliyor.

    Nasa'nın insanlı Mars uçuşları planladığını ve bu hayali gerçekleştirmeye 2015'den sonra ağırlık vereceğini biliyoruz. Bunun için de yerçekimi olmayan bir mekik yerine aslında suni yerçekimi kullanılabilecek mekikler üzerinde çeşitli araştırmalar yapılıyor. Mars'a yapılacak yolculuğa yetişir mi bilinmez ama suni yerçekimi teknolojisine sahip uzay gemileri, Samanyolu Galaksisi'nin dışına yapılacak uzak yolculuklarda işimize çok yarayacak.

    Acaba uzayın bu kadar çok olumsuz etkisinin olması ve insanoğlunu uzay yolculuklarında bu kadar zorlamasının bir nedeni olabilir mi? Belki de oraya çıkmamız istenmiyordur. Belki de dünya üzerinde kalmamız gerekiyor. Dünya'da bütün fizik kuralları bizim lehimize iken uzayda bunun tam tersinin olması bunun bir kanıtı değil midir? Hem insanlar birbirlerini öldürürken, devletler birbirlerine bomba yağdırırken uzaya çıksak veya Mars'a gitsek ne fayda? Yoksa insanoğlu kendine yeni bir gezegen mi aramaya başladı? Demek ki bu dünyayı artık sevmiyoruz; sevmediğimiz için de onu yok etmeye çalışıyoruz. Ama her zaman olduğu gibi kendimize sormamız gereken asıl soruyu unutuyoruz: Ağaçlar bir gün oksijen üretmeyi keserlerse, yer çekimi artık işlevini yerine getirmeyi bırakırsa, ozon tabakası kendiliğinden kalkarsa insanoğlu ne yapacak? Derhal gezegenimizin gönlünü almaya başlamamız gerekiyor. Bu işe de bahçenize bir fidan dikerek başlayabilirsiniz.

2079
0
0
Yorum Yaz
banner banner_beyaz_esya_160x600 Image Banner
Siberailem_banner kirmizi120x600 Image Banner
toplist - evden eve nakliyat - msn
Zirve100 Toplist
site ekle