Evrensel çekim yasası nedir? Evrensel çekim yasasının örneklerle açıklaması, günlük hayattan örnekler, çekim yasasının kullanım alanları.
Evrensel Çekim Yasası
Newton’dan öğrendiğimiz kadarıyla kütleçekimini büyük oranda kütle belirler. Kütleçekimi iki nesne arasındaki çekimin ölçüsü olarak düşünülebilir. Bir nesnenin kütlesi ne kadar büyükse çekimi, yani kütleçekim kuvveti o kadar büyüktür. Ayrıca, iki nesne arasındaki uzaklık ne kadar azsa kütleçekim kuvveti o kadar güçlüdür. Bu çekim kuvveti nesneleri bir cismin kütle merkezine doğru emer. Küresel yapıdaki Dünya’mızın cisimleri kuvvetle çekirdeğine doğru çekmesinin nedeni budur. Ortaya çıkan çekim gücü, bizi uzaya doğru uçup gitmekten alıkoyan yerçekimidir. Yasa, evrenin neresinde bulunulduğuna bakılmaksızın değişmez olduğundan evrensel kabul edilir. Diğer tüm gezegenler ve gökcisimlerinde olduğu gibi Dünya’nın da kütleçekimi vardır.
PARABOLİK EĞRİ
Parabolik eğrinin ne olduğunu kavramak istiyorsanız bir beyzbol topunu fırlatın. Fırlattığınız bir topun yere düşene kadar çizdiği yol, bir paraboldür ve yerçekiminden dolayı oldukça eğri bir yaydır. Bu eğriyi, yani yörüngeyi hesaplamak için bize iki şeyin bilgisi gerekir: Sabit bir nokta (Odak: Elin ya da topun sopaya değdiği nokta) ve sabit bir hat (Doğrultman:Topun aldığı yol).Yörünge üzerindeki herhangi bir noktanın doğrultmana ve odak noktasına uzaklıkları eşittir.
Bu neden önem taşır? Sayı atışının ne kadar uzağa gittiğini hesaplayabilmenin ötesinde, parabol eğrileri sayesinde asma köprülerden araba farlarına ve uydu antenlerine kadar pek çok alanda önemli çıkarımlarda bulunabiliriz. Kemerli yapıların çoğu parabolik eğrileri andırır ancak bunlar gerçek parabol değildir çünkü matematiksel olarak üzerlerindeki noktalar bir doğrultmana ve odağa eşit mesafede olmaz, Paris’teki Arc de Triumph, gerçekte parabolik eğri olmamasına rağmen öyleymiş gibi görünen bir kemere örnek gösterilebilir.
MERMİ YÖRÜNGELERİ
Merminin silahtan ayrıldığında takip ettiği yola merminin yörüngesi denir. Yere paralel ateş edildiğinde, mermi silahtan ayrıldıktan sonra yükselmez, yani kavis çizmez. Aksine yerçekimi etkisiyle derhal düşmeye başlar ve havadaki sürtünme nedeniyle de yavaşlar Peki silahla ateş eden kişi hedefi vurmayı nasıl başarır? Mermi kavis çizerek ilerlemese bile atışı yapan kişinin hesaba katması gereken bir kavis vardır. Silahla atışta usta olanlar, namluyu mükemmel bir düzgünlükte tutarken genelde hedefin az üstünde bir noktaya nişan alırlar (tecrübesiz atıcılarsa namluyu hafif yukarı kalkık tutup biraz aşağıda bir noktaya nişan alırlar). Bu nokta hesaplanabilir-örneğin, ileri teknoloji askeri ağır silahlar için hesaplanıyor- ancak hiç kimse atış poligonunda bu tür bir hesap yapmaya zaman ayırmaz. Bu yetenek, çalışma ve deneme-yanılmayla edinilir.
GEZEGENLERİN ELİPTİK YÖRÜNGELERİ
Gezegenlerin yörüngesi neden dairesel değil de eliptik olur? Bunun nedeni kütleçekimidir. Gezegenlerin yörüngelerinin eliptik olduğu ilk olarak Johannes Kepler tarafından, üç yasadan oluşan gezegensel hareket yasalarında ortaya atıldı. Ancak Newton evrensel çekim yasasını geliştirene kadar bunun nedenini anlamak mümkün olmadı.
Eliptik yörünge, Güneş ve gezegenler gibi farklı gökcisimlerinin çekim kuvvetleri arasındaki karmaşık bir rekabetin sonucudur. Gök cismi ne kadar büyükse, çevresindeki daha küçük cisimler üzerinde çekim kuvveti o kadar fazla olur. Tek başına kütlesi çok büyük bir cisim etki etmiş olsaydı, bu durumda yörünge dairesel olabilirdi. Ancak, bizim Güneş Sistemi’mizdeki gibi, birden fazla büyük kütle varsa yörünge çizen her cismin eliptik bir yörüngesi olur. Ayrıca bir gezegen Güneş’ten ne denli uzaktaysa Güneş’in çekim kuvvetle o denli az hisseder.
Newton’in açıklamasını daha sonra uzay-zaman bükülmesi etkisini ekleyerek geliştiren Einstein’ın kısmen açıkladığı üzere, bazı gezegenlerin yörüngesi diğerlerinden daha karmaşıktır. Güneş gibi kütleli bir cismin kütlesi, uzay zamanı bükerek uzayın eğrilmesine neden olur. Kepler, Newton ve Einstein’ın çalışmaları, gezegenlerin yörüngesine dair karmaşık matematiği anlamamızı sağladı. Ayrıca bir gezegenin yörüngesi değişebilir. Bütün gökcisimleri hareket halindedir, bu nedenle çekim kuvveti değiştiğinde hız ve kütledeki değişimlere bağlı olarak cisimler gittikçe artan basıklıkta yörüngelere sahip olabilirler.
YÜRÜYEN MERDİVEN
Yürüyen merdiven basamaklı bir taşıma bandıdır. Her iki ucunda, makara benzeri bir sistemle zincir takımlarını yürüten iki dişli bulunun Basamaklarda da kendi iç rayları boyunca hareket eden iki takım dişli vardır ve bunlar basamaklar düzgün duracak şekilde yerleştirilmiştin. Aslında yerçekimi üzerinizde sabit bir kuvvet uygular.
Ancak yürüyen merdivenin sizi yukarı ya da aşağı taşırken yarattığı kuvvet, yerçekimine mükemmel bir şekilde karşı koyarak basamağın üstünde durmanızı sağlar. Bu taşıma bandı teknolojisi -yıllar boyunca kömür, kum, maya yaramıştır- insan taşıyan bir başka alette daha kullanılır.
Yürüyen bantlar, yürüyen merdivenlerin yatay versiyonudur, aynen onlar gibi trabzanları ve diğer güvenlik donanımları da vardır.
ASANSÖR
Asansörün en ilginç -ve önemli- parçası kendi üstünde değildir Asansörü asansör yapan, karşı ağırlıktır. Karşı ağırlık, makara sisteminin aksi yönüne asılır ve insanların bindiği kabinin ağırlığını ve ek olarak kabin ağırlığının % 40-45 kadarını dengeler tren sistemli bir elektrik motoru, kablo ve makaralardan oluşan bir düzeneği hareket ettirir. Geleneksel asansör tasarımı bazı açılardan gerçekten yetersizdir. Gönümüzde eski makaraların yerini hidrolik sistemler almıştır. Bazen, örneğin asansörde kimse olmadığında, ta ağırlık kaldırdığı kabine oranla daha ağır olur. Bu düzenek, ısı olarak boşa harcanan fazla bir enerji açığa çıkarır. Günümüzdeki tasarımlar, asansörlerin yerçekimi kuvvetinden yararlanacakları ve bu enerjiyi binaların elektrik hattına aktarabilecekleri şekilde yapılmaktadır.
ASMA KÖPRÜ
Köprü denilince genelde akla asma köprü gelir Bu yapıların narin, zarif tasarımlarına şöyle bir baktığınızda üzerlerindeki trafiği kaldırmak bir yana nasıl ayakta durduklarını merak edersiniz.
Geçmişi 15. yüzyıla dayanan asma köprü, tabliye, iki uçta birer kule (köprü ayağı) ve parabolik bir eğri yapan kablolar ağından oluşur (parabol, üzerindeki herhangi bir noktanın sabit bir noktadan ve sabit bir doğrudan eşit uzaklıkta olduğu bir eğridir).
Ana kablo bir ayaktan diğerine yatay olarak uzanırken dikey halatlar da tabliyenin ağırlığını destekleyip ayaklara aktaracak şekilde ana kabloya bağlanır. Ana kablo köprü yapısının basınç kuvvetiyle çökmesine engel olmak için köprü ayaklarının ilerisine sabitlenir. Köprünün kendi ağırlığı (ölü ağırlık) kulelerin üstünde içe doğru baskı yapar. Ancak, halatlar buna karşı eşit bir kuvvetle karşı koyar. Başka bir deyişle, köprü tahliyesinin yarattığı basınç ve halatların çekme kuvveti birbirini dengeler
Tasarımlarından ötürü asma köprüler diğer köprülere oranla pek çok avantaja sahiptir. Öncelikle uzun mesafelere kurulabilirler. Dünyanın en uzun asma köprüsü Japonya’daki Akashi-Kaiyko Köprüsü’dür ve 39 10 metre gibi etkileyici bir mesafede uzanır. Ancak, asma köprülerde de mühendislerin hesaba katması gereken bazı dezavantajlar vardır. Örneğin ana kablo zincir halkalarından ya da tek bir halat kordonundan yapılırsa ve zincirin bir halkası ya da halat koparsa, köprü gerilimini yitirip yıkılabilir. Ayrıca köprünün tabliyesi çok inceyse, şiddetli rüzgârlarda dengesini yitirip 1940 yılında Tacoma Narrows Köprüsü’nde olduğu gibi sallantıyla kendi kendine parçalanabilir
GELGİTLER
Gelgitlerin yükselip çekilmesi kanıksadığımız bir şey, ama yerçekimi olmasaydı gelgitler de olmazdı. Bir günlük zaman dilimi içinde, iki kez yüksek, iki kez de alçak gelgit olur.
Gelgit her gün yaşanır ancak suyun hangi saatte yükselip alçalacağı durgunluk süresine -iki gelgit arasında suyun sabit olduğu zaman dilimine- göre değişir. Durgunluk süresinin ne kadar süreceği Ay’ın çekim kuvvetine bağlıdır. Ay’ın çekim kuvveti Dünya’nınkinin on milyonda biri kadar olsa da, Dünya’nın merkezkaç kuvvetiyle birleşerek gelgitleri yaratır. Gelgitler üzerinde Ay’ın etkisinin gücü, bulunduğu evreye (dolunay ya da yeni ay olmasına) ve yörüngeleri üzerindeki Dünya, Güneş ve Ay’ın birbirlerine olan uzaklıklarına göre değişir. Dünya, Güneş ve Ay aynı hizaya geldiklerinde gelgitler maksimum düzeydedir Nova Scotia’daki Fundy Körfezi, denizin kabarması ve alçalması arasındaki 13,5 metre farkla dünyanın en büyük gelgitlerinin görüldüğü yer olmasıyla ünlüdür.
GELGİT ENERJİSİ JENERATÖRÜ
Yükselip geri çekilen gelgitlerin gücü, antik Romalıların da çok iyi farkına vardığı gibi, enerji üretiminde kullanılabilir Gelgit havzasına, hidroelektrik baraja benzer bir bariyer kurulur Gelgit yükselirken su havzaya ırak türbinleri döndürür ve enerji üretir. Alüvyon yığılması ve gelgit akımının azalması gibi çözümlenmesi ten bazı çevresel sorunlar yaratıyor olsa da, bu jeneratörler temiz enerji kaynağı olarak şaşırtıcı bir potansiyele sahiptir. Tahmini %80 oranında bir verimlilikle çalışırlar Ancak teknolojinin uygulama maliyeti oldukça yüksek. Günümüzde geniş ölçekte kullanıma geçmiş tek ülke Fransa (bir santral 240 bin eve elektrik sağlayabiliyor) ama diğer ülkelerin de onun peşinden gitmesi ümit ediliyor Bu santrallerin kurulması için tek bir koşul var: Gelgit enerjisi jeneratörünün çalışabilmesi için suların alçalması ve yükselmesi arasında en az 5 metre fark olması gerekiyor.
DEPREME DAYANIKLI BİNALAR
Deprem sırasında meydana gelen yaralanma ve ölüm olaylarının en büyük nedeni insanların binalarda sıkışmasıdır. Bu nedenle depreme dayanıklı yapılar tasarlamak yaşamsal önem taşır. Peki, bunu yapmak mümkün mü? Evet! (Ayasofya gibi, deprem bölgelerinde bulundukları halde 6. yüzyıldan önce yapılmış binalar sapasağlam durabiliyor.) Bir yapının depremin muazzam gücüne dayanabilmesi için, depremlerin yarattığı yanal harekete, yani bir yandan diğer yana oluşan harekete karşı durabilmesi gerekir. Dikey hareket hesaba katılmaz, çünkü binalar tasarımları gereği zaten yerçekimi etkisine karşı durmaktadır.
Depreme dayanıklı ideal yapı, şekil itibariyle simetriktir, bir sarsıntı anında kırılabilecek saçak ya da pervaz gibi süslemeleri azdır. Bir diyafram, yani binanın yıkılmadan sallanmasını sağlayacak daha yumuşak bir malzemeden bir orta katman yanal esneklik sağlar. Çapraz payandalar dikey denge sağladıkları için faydalıdır. Perde duvarlar (takviyeli panellerden yapılma duvarlar) ise yanal denge sağlar. Ve hatta bazı yapılarda birleşme yerlerinin denge sağladığı çerçeveler kullanılır, kolonlar ve kirişler depremin kuvvetine karşı bükülecek şekilde tasarlanır. Ayrıca, bazı binalar temellerine tutturulurken, bazı binalarsa silindir ya da yay sisteminin üstünde “yüzer” şekilde tasarlanır. Tasarımcılar en çok kurşun kauçuk taşıyıcılar tercih edilir Kurşun bir çekirdek, taşıyıcıyı dikey yönde sert ve güçlü kılar; alternatif kauçuk ve çelik şerit katmanlar yatay kuvvetlilik sağlar. Binanın üst kısmındaki ağırlığa bağlanan peltemsi dolgulardan oluşan bir sönümleyici sistem de depremin şiddetinin sönümlenmesine yardımcı olabilir.
