Merkezkaç Kuvveti ve merkezcil kuvvet nedir, nasıl oluşurlar? Merkezkaç ve merkezcil kuvvetin özellikleri ve örnekleri.
Merkezkaç Kuvvet Nedir?
Bir ipin ucuna taş bağlayıp, hızla çevirmeye başlayın; taş bir çember biçiminde dönecek ve ipi gergin tutacaktır. Sanki ip, taşı, dairesel yörüngesinde tutmak için çekiyor gibidir. İp koparsa yada siz ipi bırakırsanız , bu kez taş düz bir çizgi halinde ileri fırlayacaktır.
Bu biçimde merkezden kurtulup dışarı kaçmaya çalışan cisimlerin dışa doğru uyguladığı kuvvete merkeçkaç kuvveti denir. Bu cisimleri dairesel bir yörüngede tutmak için gerekli olan içe doğru etkileyen kuvvete ise merkezcil kuvvet denir. Örneğin, bir pikap tablasının kenarına konan küçük bir cisim, tabla dönmeye başladığında herhangi bir merkezcil kuvvet bulunmadığı için savrulup gider; ama, su dolu bir kova, içindeki su dökülmeden başın üzerinden geçirilebilir.
Bir dönemeci hızla dönen bir otomobildeki yolcu, kendisini dönemecin dışına doğru çekiliyormuş gibi hisseder; otomobil kendisi de, kötü hava koşullarında aynı yöne savrulabilir; bunu önlemek için yollar, dönemeçlerde içe doğru eğimli yapılır. Bisikletçiler ve motorsikletçiler dönemeçleri dönerken, merkezkaç kuvvete karşı koymak için yana doğru yatarlar.
Bizi Dünyanın üzerinde, gezegenleri güneşin çevresindeki yörüngelerinde tutan kütleçekimi kuvveti, merkezcil kuvvettir.
Daha ağır parçacıklar üzerinde etki yapan merkezkaç kuvvet daha büyüktür. Santrifüj makineleri de bu ilkeye dayalı olarak çalışır. Kaymağın sütten ayrılmasında yada yağ üretiminde tortuların sıvıdan ayrılmasında santrifüj makinelerinden yararlanılır. Makine içindeki sıvıyı büyük bir hızla döndürür ve daha ağır olan parçacıklar dışa doğru savrulur. Aynı tür ayırma işlerinin yapılmasının gerektiği kimya ve tıp laboratuvarları, santrifüj makinelerin kullanıldığı başlıca yerlerdir.
Merkezcil kuvvet örnekleri
Merkezcil kuvveti kullanan birçok uygulama vardır. Birincisi, astronot eğitimi için bir uzay fırlatmasının hızlanmasını simüle etmektir. Bir roket ilk fırlatıldığında, çok zor hareket edebilecek kadar yakıt ve oksitleyici ile yüklüdür. Bununla birlikte, yükseldikçe, sürekli olarak kütle kaybederek muazzam bir hızla yakıt yakar. Newton’un İkinci Yasası, kuvvetin kütle çarpı ivme veya F = ma olduğunu belirtir.
Çoğu durumda, kütle sabit kalır. Ancak bir roketle kütlesi büyük ölçüde değişirken, kuvvet, bu durumda roket motorlarının itme kuvveti neredeyse sabit kalır. Bu, destek aşamasının sonuna doğru ivmenin normal yerçekiminin birkaç katına çıkmasına neden olur. NASA, astronotları bu aşırı hızlanmaya hazırlamak için büyük santrifüjler kullanıyor. Bu uygulamada merkezcil kuvvet, koltuk arkalığının astronotu içeri doğru itmesi ile sağlanır.
Merkezcil kuvvet uygulamasına bir başka örnek, sıvı içinde asılı parçacıkların çökelmesini hızlandırmak için kullanılan laboratuvar santrifüjüdür. Bu teknolojinin yaygın kullanımlarından biri, analiz için kan örnekleri hazırlamaktır. Rice Üniversitesi’nin Experimental Biosciences web sitesine göre, “Kanın benzersiz yapısı, kırmızı kan hücrelerini plazmadan ve diğer oluşan elementlerden diferansiyel santrifüjle ayırmayı çok kolaylaştırıyor.”
Normal yerçekimi kuvveti altında, termal hareket kan hücrelerinin tam kan örneğinden yerleşmesini önleyen sürekli karışmaya neden olur. Bununla birlikte, tipik bir santrifüj, normal yerçekiminin 600 ila 2.000 katı hızlanmalara ulaşabilir. Bu, ağır kırmızı kan hücrelerini dibe yerleşmeye zorlar ve çözeltinin çeşitli bileşenlerini yoğunluklarına göre katmanlara ayırır.
