Yer çekimi nedir?

Newton’un evrensel çekim yasası ne söyler?

Isaac Newton, 1687’de yayımladığı Philosophiae Naturalis Principia Mathematica adlı eserinde, yere düşen bir elmayı ve Dünya çevresinde dolanan Ay’ı aynı kuvvetin yönettiğini matematiksel olarak gösterdi. Bu yasaya göre evrendeki her iki cisim birbirini, kütlelerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı bir kuvvetle çeker.

Yasa şu formülle ifade edilir: F = G · m₁ · m₂ / r². Burada F çekim kuvvetini, m₁ ve m₂ cisimlerin kütlelerini, r cisimlerin merkezleri arasındaki uzaklığı, G ise evrensel çekim sabitini gösterir. G’nin değeri yaklaşık 6,674 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²’dir. Bu sayının çok küçük olması, gündelik nesneler arasındaki çekimin neden fark edilmediğini açıklar; çekim ancak gezegen büyüklüğünde kütlelerde belirgin hâle gelir.

Uzaklığın karesiyle ters orantı önemli bir sonuç doğurur: İki cisim arasındaki uzaklık iki katına çıkarsa çekim kuvveti dörtte birine, üç katına çıkarsa dokuzda birine düşer.

Çekim kuvveti karşılıklıdır: Dünya bir elmayı ne kadar kuvvetle çekiyorsa elma da Dünya’yı aynı büyüklükte bir kuvvetle çeker. Ancak Dünya’nın kütlesi çok büyük olduğu için bu kuvvetin Dünya’da oluşturduğu hareket fark edilemez. Aynı karşılıklı çekim, denizlerdeki gelgitlerin de başlıca nedenidir. Ay’ın Dünya’nın kendisine yakın ve uzak yüzlerine uyguladığı çekimin farklı olması, okyanus sularının iki tarafta kabarmasına yol açar.

Çekim sabiti nasıl ölçüldü?

Newton yasayı ortaya koymuş, ancak G’nin sayısal değerini ölçememişti. Bu ölçümü yasanın yayımlanmasından yaklaşık yüz on yıl sonra, 1798’de İngiliz bilim insanı Henry Cavendish yaptı. Cavendish, ince bir tele asılı çubuğun uçlarındaki küçük kurşun kürelerin, yakınlarına konan büyük kurşun kürelere doğru ne kadar döndüğünü ölçtü. Bu “burulma terazisi” deneyi, laboratuvarda iki cisim arasındaki çekimi ölçen ilk deney oldu. G’nin bilinmesi, Dünya’nın kütlesinin hesaplanmasını da mümkün kıldı. Cavendish, Dünya’nın ortalama yoğunluğunu suyun yaklaşık 5,5 katı olarak buldu; bu sonuç günümüzde kabul edilen değere oldukça yakındır.

Kütle ile ağırlık arasındaki fark nedir?

Gündelik dilde sıkça karıştırılsa da kütle ve ağırlık farklı büyüklüklerdir. Kütle, bir cismin içerdiği madde miktarının ölçüsüdür ve bulunduğu yere göre değişmez. Ağırlık ise o cisme etki eden çekim kuvvetidir ve kütle ile yer çekimi ivmesinin çarpımına eşittir (ağırlık = m · g).

Örneğin kütlesi 50 kg olan bir cismin yeryüzündeki ağırlığı yaklaşık 50 × 9,8 = 490 newtondur. Aynı cisim çekimin daha zayıf olduğu bir yere götürülse kütlesi yine 50 kg kalır, fakat ağırlığı azalır.

Yer çekimi ivmesi her yerde aynı mıdır?

Hesaplarda genellikle 9,8 m/s² ya da kolaylık için 10 m/s² kullanılır; standart değer olarak 9,80665 m/s² kabul edilmiştir. Ancak gerçek değer yeryüzünün her noktasında aynı değildir. Dünya tam bir küre değildir, kutuplardan basık ve ekvatordan şişkindir; ayrıca kendi ekseni çevresinde döner. Bu nedenlerle yer çekimi ivmesi ekvatorda yaklaşık 9,78 m/s², kutuplarda ise yaklaşık 9,83 m/s² olarak ölçülür. Yüksek dağların tepesinde, merkezden uzaklık arttığı için değer biraz daha azalır. Yer altındaki kayaçların yoğunluk farkları da küçük sapmalara yol açar; jeologlar bu farkları ölçerek maden ve yer altı yapılarını araştırır.

Einstein yer çekimini nasıl açıkladı?

Newton’un yasası, kuvvetin nasıl hesaplanacağını son derece başarılı biçimde gösterir; ancak çekimin uzaktaki cisimlere nasıl etki ettiğini açıklamaz. Albert Einstein, 1915’te tamamladığı genel görelilik kuramıyla yer çekimini bir kuvvetten çok, kütle ve enerjinin uzay-zamanı bükmesinin sonucu olarak yorumladı. Bu görüşe göre cisimler, bükülmüş uzay-zamanda izlenebilecek en doğal yolları izler ve bu hareket bize çekim olarak görünür.

Gündelik hızlarda ve zayıf çekim alanlarında Newton’un yasası ile Einstein’ın kuramı neredeyse aynı sonuçları verir. Bu yüzden köprü, bina ya da araç tasarımı gibi pek çok mühendislik hesabında Newton’un yasası kullanılmaya devam eder. Çok güçlü çekim alanlarında ve çok hassas ölçümlerde ise genel görelilik gerekir.

Yer çekimiyle ilgili sık yapılan yanılgılar

• “Ağır cisimler hafif cisimlerden daha hızlı düşer.” Hava direnci olmadığında bütün cisimler aynı ivmeyle düşer. Gündelik hayatta tüyün yavaş düşmesinin nedeni çekim değil, hava direncidir. Bu konuyu ilk kez sistemli deneylerle inceleyenlerden biri Galileo Galilei’dir.
• “Yer çekimi yalnızca Dünya’ya özgüdür.” Kütlesi olan her cisim çekim uygular; bir masa ile bir kalem de birbirini çeker, ancak bu kuvvet ölçülemeyecek kadar küçüktür.
• “Kütle ile ağırlık aynı şeydir.” Kütle kilogramla, ağırlık newtonla ölçülür; tartıların gösterdiği kilogram değeri aslında ağırlıktan hesaplanan kütledir.