Yerçekimi Nedir Nasıl Oluşur

Yerçekimi Nedir Nasıl Oluşur

Dünyanın, yakınında bulunan bütün cisimleri kendi merkezine doğru çeken kuvvetine yerçekimi denir. Atmosferi, okyanusları ve yeryüzündeki öbür cisimleri tutan kuvvet bu yerçekimidir. Ay ve öteki yapma uyduların kendi yörüngelerinde dönmelerini sağlayan etken yine yerçekimidir.
Çekme kuvveti yalnız Dünyaya özgü değildir. Bir kütleye sahip her cisim, örneğin, dağ, kaya, toplu iğne, hatta bir atom, öbür maddeler üzerine çekim kuvveti uygular. Güneş, Dünyayı ve öbür gezegenleri yörüngelerinde tutmayı kendi çekim kuvveti ile başarmaktadır. Güneşin de ait bulunduğu, milyonlarca yıldız, gaz ve tozdan oluşan ve Galaksi denilen sistem de bu kütlelerin karşılıklı çekim kuvvetleriyle ayakta durur.
Bir cismin çekim kuvveti, o cismin kütlesiyle artar. Kütle bir cismi oluşturan madde miktarıdır, örneğin, Güneşin kütlesi Dünyanın kütlesinden daha büyüktür ve bu nedenle Güneşin çekim kuvveti Dünyanın çekim kuvvetinden daha fazladır.
Maddenin kütlesini ölçmekte kilogram ya da gram birimleri kullanılır. Bir cismin kütlesi arttıkça, onu harekete geçirmek zorlaşır. Düz yolda 10 tonluk bir kamyonu itmek, bir otomobili itmekten daha zordur. Tekerlekler sürtünmesiz dönse bile, bu kural geçerlidir. Bu durumda, kamyonun kütlesi otomobilin kütlesinden daha büyüktür, denir. Lokomotif çok daha büyük bir kütleye sahiptir. Onu harekete geçirmek hem kamyon, hem de otomobili harekete geçirmekten daha zordur.
Bir cismin kütlesi bulunduğu yere bağlı olmayıp Ay ya da herhangi bir gezegen üzerinde aynı değere sahiptir. Ay üzerinde düz bir yolda bir kamyonu itebilmek için gerekli kuvvet, Dünya üzerinde harcanması gereken kuvvete eşittir. Fakat, bir cismin ağırlığı bulunduğu yere bağlıdır. Otomobil, kamyon ve lokomotif Ay üzerinde daha hafif gelirler (Dünyadaki ağırlıklarının altıda biri).
Dünya, kütlesi daha büyük olan cismi daha büyük bir kuvvetle çeker. Lokomotife, kamyondan daha büyük bir çekim kuvveti uygulanmaktadır. Çekim kuvvetinin büyüklüğü nasıl anlaşılır? Lokomotifi kaldırmak için kullanılan vinç, kamyonu kaldırmakta kullanılandan daha güçlü olur. Bir yokuşu tırmanırken, kamyonun harcadığı enerji, otomobilin harcadığından daha çoktur. Dünyanın cisimlere uyguladığı çekim kuvvetinin büyüklüğü dinamometre denilen yaylı terazilerle ölçülür. Bilim adamlarının kullandıkları kuvvet birimine newton denir. Bir kilogramlık bir şişe Dünyanın merkezine doğru yaklaşık 10 newtonluk bir kuvvetle çekilir. Bu kuvvete o cismin ağırlığı adı verilir.
Ay tarafından, kendi yüzeyinde bulunan bir cisme uygulanan çekim kuvveti Dünya yüzeyinde aynı cisme uygulanan yerçekiminden daha azdır. Bu nedenle lokomotif, kamyon ve otomobilin Ay üzerindeki ağırlıkları daha küçüktür. Ancak, yine de lokomotif kamyondan, kamyon da otomobilden daha ağır olacaktır.
Bir cismin kütlesi, öbür cisimler tarafından ona uygulanan çekim kuvvetini belirtmekle kalmaz, o cismin öbür cisimlere uyguladığı çekim kuvvetinin büyüklüğünü de belirler. Cismin kütlesi ne kadar büyükse, öbür cisimleri de o büyüklükte bir kuvvetle çeker. Kütlesi daha büyük olduğundan, Dünyanın yerçekimi Ayın yerçekiminden daha büyüktür. Güneş ise, kütlesi Dünya kütlesinin 300 000 katı olduğundan, hepsinden daha büyük bir çekim gücüne sahiptir. Sonuç olarak, bir gezegenin yüzeyinde bulunan bir cismin ağırlığı, hem kendi kütlesine hem de gezegenin kütlesine bağlıdır.
100 gramlık bir elma, Dünya tarafından çekilirken, elma da Dünyayı yukarı çekmektedir. Gerçekte bu iki karşıt kuvvet birbirine eşittir. Dünyanın büyük yerçekimi elmanın küçük kütlesine etkirken, elmanın küçük çekim kuvveti de Dünyanın dev kütlesine etkimektedir. Sonuç olarak, Dünya elmayı ne kadarlık bir kuvvetle çekiyorsa, elma da Dünyayı buna tam eşit bir kuvvetle çekmektedir.
Ay da Dünyayı çekmektedir ve bu kuvvet Dünya yerçekiminin Ay üzerindeki değerine eşittir. Bu çekim kuvveti bir elmanınkinden çok daha büyüktür ve dolayısıyla, gözlenebilen etkiler yapar. Her 29 günde Dünya çevresinde bir dönüş yapan Ay, Dünyanın kendi yörüngesi üzerinde çok küçük salınımlar yapmasına yol açar, öte yandan, Ay çekimi etkisiyle okyanuslarda Dünya-Ay doğrultusunda kabarmalar olur. Bu da deniz düzeyinin her gün düzenli olarak metrelerce alçalıp yükselmesine yol açar. Buna gelgit olayı denir.
Dünyanın yerçekimi alanı çok uzak yıldızlara ulaşır. Ancak, Dünyadan uzaklaştıkça bu etki azalır. Birkaç milyar kilometre uzaklıkta bu etki gözlenemez olur.
Kütlesi daha büyük olan cismin hem ağırlığı, hem de çevresindeki öbür cisimlere uyguladığı çekim kuvveti daha büyüktür. Bu özellikten yararlanarak, yani öbür cisimleri ne kadar çektiklerini ölçerek, bir kamyon ya da lokomotifi tartmak mümkündür.
Kamyon büyük bir kantar üzerine getirilerek tartılabilir. Buna karşılık, bir dağın kantar üzerine çıkarılması olanaksızdır. Bir dağın ağırlığını bulmak için onun, çevresindeki cisimlere uyguladığı çekme kuvvetinden yararlanılabilir. Bunun için, bir ipin ucuna asılı bir kurşun kütlesinin dağ yakınında düşey doğrultudan ne kadar saptığını ölçmek yeterlidir.
Halk arasında genellikle, ağır cisimlerin hafiflere oranla daha çabuk düştüğüne inanılır. İlk bakışta bunun doğru olduğu sanılabilir. Gerçekten de, kâğıt, tüy gibi hafif cisimler bir tuğla parçasından daha geç düşmektedirler. Ancak düşen bir cisim üzerinde havanın direnci önemli rol oynar. Hava direncinin büyüklüğü cismin geometrik biçimine bağlıdır. Aynı geometrik biçimdeki hafif ve ağır iki cisim üzerine etkiyen hava direnci birbirine eşittir. Havası boşaltılmış bir tüp içinde yapılan deneylerde, hafif ve ağır cisimlerin aynı sürede düştükleri görülür. Atmosferi olmayan Ay üzerinde de, hafif ve ağır cisimler aynı yükseklikten aynı sürede düşerler. Bunun nedeni, ağır cisimlerin kütlelerinin büyük oluşudur. Böylece, harekete geçmeye karşı daha büyük direnç gösterirler. Gerçi ağır cisim üzerine etkiyen çekim kuvveti daha büyüktür, ancak harekete karşı gösterdiği direnç de aynı oranda büyüdüğü için, sonuçta düşme süresi her kütle için aynı kalır.
Düşen bir cisim ivme kazanır, yani hızı gittikçe artar. Dünya üzerinde düşen cisimler, havanın direnci göz önünde tutulmazsa her saniyede hızlarında 980 cm./saniyelik bir artış kazanırlar. Bu durumda, yerçekimi ivmesinin değeri 980 santimetre/saniye/saniyedir.
Dünya üzerinden 40 000 km./saatlik (11 km./saniye) bir hızla fırlatılan her cisim bir daha geri dönmez. Yerçekimi kuvveti artık onu tekrar Dünya üzerine düşürmeye yetmez. Bu hız değerine Dünyadan kurtulma hızı denir. Mars’dan kurtulma hızı 5 km./saniye, Aydan kurtulma hızı ise sadece 2,5 km./saniyedir.
Bir Apollo uzay gemisi Ay yolu üzerindeyken, belirli bir yerde motorlar durdurulur. Gemi Aya doğru inmeye devam eder, ancak Dünyanın ters yöne çekimi nedeniyle gittikçe yavaşlar. Ancak yavaşlama ölü noktaya yaklaştığında Ayın çekim alanının ağır bastığı bölgeye ulaşılmış olur. Böylece.. gemi Aya doğru iner. Bütün bu süre içinde motorların çalışmasına gerek yoktur, sadece ufak yörünge düzeltmeleri yapılır. Uzay gemisinin hareketi yalnız çekim kuvvetleriyle sağlanır. Bu duruma “serbest düşme” denir.
Serbest düşmede uzay gemisi ve ekibi, hava direnci bulunmuyorsa, tıpkı yeryüzünde düşen cisimler gibi, boşlukta birlikte hareket ederler. Bu nedenle geminin içindekiler ağırlıksızdır. Roket Dünyadan ateşlendiğinde, motorlar gemiyi ve gemideki ekibi iterek harekete geçirirler. Fakat serbest düşmede, ekibi tutan ya da iten bir etki yoktur. Bu ise bir ağırlıksız durumdur.
1687’de Isaac Newton kütlelerin evrensel çekim kuramını yayımladı. Newton, gezegenlerin ve Ayın hareketini, denizlerdeki gelgit olayını bu kuramında açıklamayı başarmıştı. 200 yıl boyunca bu kurama yeni bir şey eklenemedi.
XX. yüzyılda ise Albert Einstein yerçekimi hak-kındaki bütün bilgileri altüst etti. Einstein, kütlelerin çekim kuvvetlerinin zaman ve yer ölçmeleri üzerinde etkisi olduğunu gösterdi, örnek olarak, ışık ışınlarının kütlelerin yakınından geçerken doğru çizgiden saptırılacağım ileri sürdü. Bu savın doğruluğu daha sonra astronomi uzmanlarının gözlemleriyle doğrulanmıştır. Bilim adamları bu amaçla Güneşe yakın yıldızları gözlediler. Güneş bu yıldızların önünden geçerken, onlardan gelen ışınların bükülmesine yol açar.

Yorum yazın