|
|
|
(04-Martt-2008)Shabidyn
NÜKLEER, MERKEZKAÇ KUVVET
Bir önceki yazımda Kütle Çekim kuvvetini (gravite) anlatmıştım. Şimdi kütle çekimine tekrar dönmek üzere, “Merkez kaç” kuvvete değinmek istiyorum. Elimizde bir ip ve ucunda bir top bağlı olsun. İpi elimizde tutarken ucundaki topun ağırlığından (yani yerçekimi) dolayı ip aşağı yönde gerilir. İpe etki eden kuvvet ucundaki topun ağırlığı kadardır. Topa dokunursak sarkaç şeklinde sallanmaya başlar. Ama ona daha hızlı dokunursak top artık sarkaç olayını aşar ve ipi gererek tur atmaya başlar. Havada bir çember çizer. İpi çevirerek ucundaki topun gittikçe daha hızlı dönmesini sağlayabiliriz. Bu sırada ip gittikçe gerilir. İpi ne kadar hızlı çevirirsek ip o kadar gerilir. Hatta ipin ucunda demir bir top bağlı olsaydı ip çok daha fazla gerilecekti. İpi bu şekilde çok hızlı çevirsek ve bir anda elimizden bıraksak iple top beraber metrelerce uzağa gider. Olimpiyatlardaki çekiç atma sporundaki gibi. Dikkat ederseniz top o kadar uzağa gider ki normalde topu ip olmadan kolunuzun kuvvetiyle o kadar uzağa atamazdınız. Peki bu fırlayıp giden topa bu ek kuvvet nereden geldi? İşte bu kuvvet az önce ipi çevirdikçe onu koparırcasına geren kuvvettir ve buna “Merkez kaç kuvvet” denir. Böyle denmesinin sebebi, tahmin edileceği gibi kuvvetin merkezden dışarı doğru olmasıdır. Öyle olmasaydı ucunda top bulunan ipi çevirirken bıraktığımızda top bir yere gitmez önümüzde dönmeye devam ederdi. Türk milleti de bunu kendine eğlence yapar her yer dönen ipli toplarla dolardı. (meraklısına bilgi: merkez kaç kuvveti F = m.v^2 /R dir. “m” ipin ucundaki topun kütlesi, “v” : topun hızı, “R” : topu çeviren ipin uzunluğudur). Biz Dünya’nın yüzünde yani yeryüzünde gezerken aslında Dünya’nın dönüş hızından dolayı aynı ipin ucundaki top gibi merkezden uzaklaşıcı yönde uzaya savrulmak istiyoruz. Sirklerdeki atlıkarınca gibi, atlıkarınca dönerken bizi merkezinin dışına doğru iter, dikkat etmişsinizdir. Dünya da bizi benzer şekilde uzaya itmek ister, fakat yerçekimi çok kuvvetli olduğu için uzaya savrulmayız.
Şimdi “Merkez kaç kuvvet” ile “Yerçekimi” arasındaki ilişkiye gelelim. Bilindiği üzere, Dünya kendi ekseni etrafında da döner. Genel olarak makro alemdeki kürelerin çoğu kendi etraflarında dönerler. Güneş de kendi etrafında döner. Hatta Güneş’in yüzeyi çok sıcak ve cıvık olduğu için yüzeyi merkezdeki katı çekirdeğe göre daha geride kalır dönüş sırasında. Bu da bir dinamo etkisiyle elektromanyetik kuvvetler üretmesine neden olur. Benzer durum Dünya’nın çekirdeğinde de vardır. En içerideki çekirdek katı ama onu kılıflayan dış çekirdek sıvıdır ve orada da dönüş farkından Dünya’nın manyetik alanı oluşur. Dünya döndüğüne göre biz de onun yüzeyinde dursak bile aslında Dünya ile birlikte döneriz. Aynı ortasından şiş geçirilmiş ve üzerinde sinek duran portakal gibiyiz. Sinek portakal üzerinde hareket etmeden dursa bile biz şişi yani portakalı çevirirsek sinek de döner ama sinek portakal üzerinde bakındığı için döndüğünü anlayamaz. Bunu ancak dışarıdan biz anlarız. İnsanoğlu da benzer şekilde son yüzyıllara kadar Dünya’nın döndüğünü kendisinin de onun yüzeyinde bulunduğunu anlayamamıştır. Uzaydan bakan biri Dünya’nın aynı şişe takılmış portakal gibi belli bir eksen etrafında belli bir hızda döndüğünü rahatça görecektir. Yani biz fark etmesekte Dünya yüzeyiyle aynı hızda dönüyoruz.
Şimdi elimizdeki avokadoyu bir rokete bağlayıp uzaya gönderelim. Avokado roketin itmesiyle Dünya’dan gittikçe uzaklaşacaktır. Yukarılarda ne demiştik, kütle çekimi cisimler arasındaki uzaklık arttıkça azalır. Avokado uzaklaştıkça Dünya artık onu daha az çeker. Fakat az önce dediğimiz gibi Avokado Dünya’nın yüzeyindeyken Dünya’nın yüzeyiyle aynı hızda dönüyordu. Avokado üzerindeki bu hızın da bileşke etkisiyle Dünya’nın etrafında dönecek şekilde yörüngeye girer. Fakat avokadonun yürüngeye girmek için Dünya yüzeyindeki yatay hızı üzerinde taşıyarak uzaya çıkması yeterli değildir. Üzerine Dünya’nın çekim kuvveti etki etmeye devam eder. Bu etki küreseldir, çünkü Dünya küredir ve kütle çekim kuvveti de küresel olarak diğer cisme etki eder. Şu çok önemli, biz Dünya yüzeyinde duran avokadoyu roketle uzaya göndermekle onu Dünya yüzeyinde tutan merkez kaç kuvvetini arttırmış olduk. Avokadoya roket aracılığıyla eklediğimiz bu kuvvet o kadar büyük oldu ki artık avokado Dünya’nın yerçekimi kuvvetini yenebildi ve uzaya çıkabildi, yani tekrar Dünya yüzeyine düşmedi. Avokadoyu Dünya’nın merkezinden kaçıran (uzaya götüren) kuvvet yeterli olmasaydı avokado uzaya gidemez tekrar eğik atış şeklinde Dünya’ya düşerdi. Fakat uzaya çıktığına göre niçin hala Dünya yörüngesine giriyor da yoluna devam edip uzaya derinlerine gitmiyor? Tabii bu avokadoyu ne kadar bir kuvvetle uzaya gönderdiğimize bağlı. Avokado uzaya gitse bile Dünya onu az da olsa çekmeye devam eder demiştik. (meraklısına: avokado üzerine etkiyen kuvvetler R:Dünya’nın merkezine uzaklık, F1 = m.v^2 /r ve F2 = m.M.G/R^2 , F1:merkezkaç kuvvet, F2:yerçekimi kuvveti, F1 > F2 ise avokado Dünya’ya düşmeden uzaya çıkar ve orada kalır. Uzaya çıktıktan sonra F1 = m.v^2 /(R+h) h:Dünya’dan avokadonun uzaklaşma mesafesidir, avokadonun Dünya’ya düşmemesi için uzaya çıktıktan sonra F1=F2 olması gerekir, bu eşitlikte v^2 = (G*M)/(R+h) , yol:2*pi*(R+h) ve t=T olduğundan v = 2*pi*(R+h)/T dir ve T^2/(R+h)^3 = 4*pi^2/(G*M) çıkar, yani bu Kepler’in 3. yasasıdır ve avokadonun Dünya’ya ne kadar uzak olduğunu bilirsek Dünya’yı ne kadar zamanda dolanacağını bulabiliriz!)
Çekim kuvvetinin küresel olduğunu söylemiştik. Avokado üzerine etkiyen merkezkaç kuvvet ile yerçekimi kuvveti arasında belli bir mesafedeyken denge oluşur. İşte o mesafede avokado Dünya etrafında yörüngeye girmiş olur. Diğer yandan biz avokadoya öyle bir itme kuvveti verebiliriz ki, uzaya çok hızlı çıkar ( ya da uzaya çıktıktan sonra yedek roketleri ateşleyip yeniden avokadoyu hızlandırlabiliriz) o zaman Dünyanın çekiminden tamamen kurtulup uzayda yoluna devam edebilir. Fakat uzayda bir süre ilerlese bile mutlaka başka gezegenlerin çekim kuvvetine kapılacaktır, avokadonun yönü değişecektir ya da eğer hızı bir denge yaratıyorsa onlardan birinin yörüngesine girebilecektir. NASA gezegenler arası yolculuk yapan araştırma sistemleri (sonda) gönderdiğinde, aracın rotasını çizerken gezegenlerin Güneş sistemindeki konumlarını da hesaplar ve gezegenlerin çekim kuvvetlerini kullanarak araştırma aracının daha az yakıtla daha uzaklara gitmesini sağlar. Makro alemdeki kürelerin çoğu bu yüzden belli bir yörüngede gezerler, yörüngesiz gibi görünen (kuyruklu yıldız, meteor vb) cisimlerin dahi çok uzak merkezli yörüngeleri vardır. Örneğin Halley kuyruklu yıldızı 76 yılda bir Dünyanın yakınından geçer. Yani belli bir periyotla aynı yerlerden geçen bir cismin yörüngesi de var demektir. Bu yörünge ille elips olmak zorunda değildir, kuyruklu yıldızlarda olduğu gibi “parabol”, “hiperbol” yörüngeler de olabilir.
|
|
|
