KÜTLE ÇEKİM KUVVETİ

TEMEL PARÇAÇIKLAR DERSİ SUNUMU KÜTLE ÇEKİM KUVVETİ FERDA ÇİFTCİ 070101041 2011

İÇERİK • TEMEL KUVVETLER • KÜTLE ÇEKİM KUVVETİ • NEWTON’UN EVRENSEL KÜTLE ÇEKİM YASASI • Yerçekimi İvmesi • Teorik Kaygılar • Gözlemle Uyuşmazlıklar • Newton'un Şüpheleri • Einstein'ın Çözümü • GENEL GÖRELİLİK KURAMI • Öngörüler • KAYNAKLAR

TEMEL KUVVETLER • Kütle Çekim Kuvveti (~ 10^-42) • Elektromagnetik Kuvvet(~10^-2) • Zayıf Çekirdek Kuvveti(~10^-13) • Güçlü Çekirdek Kuvveti(~10)

KÜTLE ÇEKİM KUVVETİ • Newton’un Evrensel Kütle Çekim Yasası • Kütle çekimi için bilimsel bir kuram geliştiren ve bunu evreni kapsayacak kadar genişleten, büyük İngiliz bilimcisi SirIsaac Newton (1642-1727) idi. • Newton yasasına göre, cisimlerin kütleleri ne olursa olsun, birbirlerini eşit şiddette ve ters yönde çekerler. Diğer bir ifade ile kütleler arasındaki çekim yasası; a)Cisimlerin kütlelerinin çarpımlarıyla doğru orantılı,

b) Cisimlerin arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. c) Çekim kuvveti, kütleleri birleştiren doğru boyunca ve ters yönlüdür. Yani;

Dünyanın cisimlere uyguladığı çekim kuvveti dünyanın merkezine doğrudur. Bu çekim kuvvetinin şiddeti ise, cisimlerin kütlelerine göre değişiklik gösterir. Dünyanın bir cisme uyguladığı bu çekim kuvvetine cismin ağırlığı denir. Cismin kütlesi m, yer çekimi ivmesi g olduğuna göre bir cismin ağırlığı (G); G = mg' dir.

Yerçekimi İvmesi • a1’e birinci kütleye etkiyen yerçekimi ivmesi diyelim. • Aynı şekilde a2’de buna benzerdir. • Bir kütleyi dünyaya çeken kuvvet aynı zamanda dünyayı da kütleye doğru çeker.Bunların ivmeleri ise ;

Büyük bir kitle boyunca, “r”dekideğişiklikler ve yerçekimi kuvvetindeki ardı ardına değişiklikler gözle görülür bir gel-git kuvveti oluşturabilir. • Dünyanın yakın ve uzak yüzleri ile Ay arasındaki mesafe farkı 6,350 km dir. • Gel-git oluşumu meydana gelir.

Daha sonraki gelişme Newton’un şu soruyu tartışması ile başladı: Eğer cisim düz bir doğru boyunca hareket etmiyorsa ne olur? Buna verdiği yanıt da şu oldu: Hızı herhangi bir şekilde değiştirmek için kuvvet uygulamak gerekir. • Newton, bundan bir başka sonuç çıkardı: Eğer bir gezegen Güneş çevresinde bir çember boyunca gidiyorsa, onun yana doğru, teğet boyunca gitmesi içi kuvvete gerek yoktur. Eğer herhangi bir kuvvet olmasaydı başını alır giderdi.Ancak gezegen bunu yapmıyor ;kuvvetin olmaması durumunda uzaklarda değil, Güneş’e yakın bir yerde bulunuyor. Başka bir deyişle hızı ve hareketi Güneş’e doğru sapıyor.

Ancak düşme olgusu için kuvvete gereksinim vardır ve kuvvetin kökeninin Güneş’e doğru olduğu da anlaşılmıştır. Newton, eşit sürelerde eşit alan taranması kuramının, hızdaki bütün değişmelerin Güneş yönünde olduğu savının doğrudan bir sonucu olduğunu; bunun eliptik yörünge için de geçerli olduğunu göstermeyi başardı. • Bilim ilerleyip daha hassas ölçümler yapıldıkça "Newton Yasası" da daha zorlu sınamalarla karşılaştı: Jüpiter'in gezegenleri

Jüpiter’in gezegenleri, Newton Yasası ile hesaplanmış zamana göre, bazen sekiz dakika ileri, bazen sekiz dakika geri olan bir fark oluşturuyorlardı. • Danimarkalı astronom Romer(1644-1710), bu durumda ışığın Jüpiter’in gezegenlerinden Dünya’ya gelmesinin zaman aldığı gibi ilginç bir sonuç çıkardı. • Işığın hızını ölçmeyi başarmış, ışığın bir anda yayılan bir şey olmadığını da ilk kez göstermiş oldu.

Jüpiter, Satürn ve Uranüs’ün büyük gezegenler oldukları biliniyordu. • Sonuçta Jüpiter ve Satürn’ün hesaplamalara uygun hareket ettikleri; Uranüs’ün ise ‘tuhaf’ davrandığı ortaya çıktı. • Adams ve Leverrier • Uranüs’ün hareketleri görünmeyen bir gezegenden etkileniyor. • Sonuç olarak Neptün bulunuyor.

Newton’un çekim teorisi astronomik gözlemler ile uyumludur. Ancak çok yüksek çekim alanlarında ve çok büyük ölçeklerde geçerliliğini yitirir. • Teorik Kaygılar • Newton’un teorisi çekimsel kuvvetin ani iletimini gerektirir.Genel göreliliğin geliştirilmesinden önce uzay ve zamanın doğası ile ilgili yapılan klasik varsayımlar, yayılım gecikmesi kararsız yörüngelere sebep olur. • Gözlemle Uyuşmazlıklar • Newton'un teorisi gezegenlerin, özellikle Merkür’ün, yörüngelerinin güneşe en yakın noktalarının yalpalamalarını tam olarak açıklamaz.

Newton'un tahminlerle, gözlenen yalpalama arasında, diğer gezegenlerin çekimsel sürüklemelerinden kaynaklanan, 43/3600 derecelik bir uyumsuzluk bulunmaktadır. • Newton’un teorisi kullanılarak tahmin edilen sapma gözlenenin sadece yarısıdır. • Newton'un Şüpheleri • Newton kendi anıtsal çalışmasında çekim kanununu formüle edebiliyorken, kendi eşitliklerinin öne sürdüğü uzaktan etkileşim kavramı yüzünden kendini derin şekilde rahatsız hissediyordu. • Tüm diğer durumlarda, kütleler üzerine etkiyen çeşitli kuvvetlerin sebebini açıklamak için hareket olgusunu kullanmıştır, fakat çekimle ilgili durumda, çekim kuvvetini üreten hareketi deneysel olarak tanımlayamamıştı.

“Daha henüz çekimle ilgili bu özelliklerinin sebeplerini olgudan keşfedebilmiş değilim ve yalandan hipotez uydurmadım…Çekimin varlığı ve açıkladığım yasalara göre işlemesi ve uzaysal kütlelerin hesaplamasına yaptığı hizmetler yeterlidir.Bir kütle bir başkasını bir vakum içinde, başka hiçbir şeyin arabuluculuğu olmadan etkiler, etkileri ve kuvvetleri tarafından ve onların içine diğerine taşınabilmesi bence büyük bir garabettir ve bence bu yüzden, felsefi malzemelerde düşünmenin bileşen yetisine sahip hiç kimse, onun içine düşmez.”

Einstein'ın Çözümü • Bu itirazlar, Einstein’ın genel görelilik kuramı tarafından tartışılmıştır, buna göre çekim, kütleler arasında oluşan bir kuvvet olmak yerine bükülü uzayzamanın bir özelliğidir. 2) Genel Görelilik Kuramı • 1916 – Einstein • Yerçekimi (kütleçekimi) ve ivmeli hareket birbirinden ayırt edilemez.(Eşitlik ilkesi) • Kütle, içinde bulunduğumuz uzay-zaman'ı eğip bükmektedir. • Yerçekimi bir kuvvet değildir, uzay-zaman'ın geometrik eğriliğinden ortaya çıkar.

Öngörüler; • Eğer kütle uzay-zamanı geometrik olarak eğiyorsa, Güneşin çok yakınından geçip gelen uzak yıldızların ışıkları eğrilmiş olmalıdır. • Kütle uzay-zamanı eğiyorsa bu eğilmeden zaman da etkileniyor (göreceli) olmalıdır. • Hareketli büyük kütleler etraflarındaki bir kısım uzay-zamanı da sürükleyebiliyor olmalıdır. • Kütle uzay-zamanı eğiyorsa, kütle yakınındaki eğrilikten ilerleyen ışık, uzağındaki düzgün uzay-zamanda ilerleyenden daha uzun yol almalıdır. • Yüksek kütleli oluşumların ani hareketleri uzay-zamanda ani değişimlere, eğrilik dalgaları oluşmasına neden olabilir.

1919'da ilk kez İngiliz bilimciler güneş yakınından gelen ışığın eğri çizdiğini gözlemlediler. • Karadeliklerin varlığı tespit edildi. • Viking uzay araçları • 1993’de Hulse ve Taylor • Geçen yıl açıklandığı üzere çok hassas jiroskoplarla donatılmış LEGOS1 veLEGOS2 uydularının 11 yıl süren ölçümleri dünyanın etrafındaki uzay-zamanı sürüklediğini ortaya koydu. Jiroskop : yön ölçümü veya ayarlamasında kullanılan, açısal dengenin korunması ilkesiyle çalışan bir alet.

Genel göreliliğin en önemli yönü kozmoloji (evrenbilimi) için bir temel oluşturmasıdır. Bir bütün olarak evren hakkında sorular sorduğumuzda genel görelilik tüm cevabı içermese de verilen cevabın önemli bir kısmını oluşturuyor.

KAYNAKLAR • http://www.ogretmenforumu.org • http://www.zamandayolculuk.com • http://www.fizikportali.com • http://www.1insaat.com • Wikipedia • Bilim ve Teknik (Mart 2005)

KÜTLE ÇEKİM KUVVETİ