Newton'un Kütle Çekim Kuvveti

Cisimlerin arasındaki kütle çekim kuvvetine ilişkin ilk hesaplamaları Newton yapmıştır. Bu nedenle buna Newton Genel Çekim Yasası denir. 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 çarpımı ile 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.



Yer çekimi kuvveti, yerin merkezine doğrudur



Düşen Cisimler ve İvmeleri

Kendi ağırlığının etkisi ile bırakılan cisimler yeryüzüne doğru düşer. Bu cisme etki eden kuvvet F=mg olduğundan, yer çekiminin etkisi ile düşen bir cismin ivmesi ise şu şekilde olur;



Buradaki ivme, cismin kütlesine bağlı değildir. Dünyanın yerçekimine bırakılan bütün cisimler aynı g ivmesi ile düşerler.

F= ma formülünde m 0 1 kg yazıldığında F = g olur. Bu ifadeye göre, dünyanın 1 kg'lık kütleye uyguladığı kuvvet yer çekimi olarak tanımlanır. SI birim sisteminde ise birimi m/s2 dir. Bu ifade yerine newton/kg ifadesi de kullanılmaktadır. Yerçekimi ivmesi konumdan konuma değişiklik göstermektedir. Ortalama değeri g = 9,8 n/kg' dır. Hesaplamalarda kolaylık olması için g =10 N/kg da alınmaktadır.

Yerçekimi ivmesi, dünyanın kutuplardan basık olması nedeni ile ve dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi yüzünden dünyanın her tarafında eşit değildir. Bunun yanında yerçekimi ivmesi, yeryüzünden yukarılara doğru çıkıldıkça azalmaktadır. Aşağıdaki tabloda dünyanın farklı yerlerindeki yerçekimi ivmesi tablo olarak verilmiştir:
Yer ........Yükseklik (m) .........Enlem......... g (m/s2 = newton/kg)
Ankara........ 840 .............40o ...........................9,79
İstanbul.......10.................41o............. ..............9,80
Brüksel.........102...............51o............. ..............9,81
Yeni Zelanda..3..................37o................... ........9,80
Kuzey Kutbu.. 0..................90o...........................9 ,83

Cisimler anı yükseklikten yere bırakıldıklarında aynı sürede yere düşerler. Cisimlerin yere düşerken kaz
anmış oldukları ivme cismin kütlesine bağlı değildir. Örneğin, 100 metre yükseklikten yere bırakılan taş, cam ve demir topun kütleleri farklı olmasına rağmen yere aynı anda düşerler.

Ağırlık ve Kütle Arasındaki İlişki

Ağırlık, kütle çekimi ile ilgili bir kuvvettir. Dünyanın bir cisme uygulamış olduğu kütle çekim kuvvetine cismin ağırlığı denir. Bu cismin Ay'da veya Neptün'de olduğu düşünüldüğünde, bu gök cisimlerinin bu cisme uyguladığı çekim kuvvetleri de değişecektir. Bu nedenle bir cismin madde miktarı (kütle) aynı kalmasına rağmen ağırlığı dünyada, Ay'da veya diğer gezegenlerde farklı olacaktır.

Ağırlığı ölçerken yaylı terazi kullanılırken, kütle ölçmek için eşit kollu teraziler kullanılmaktadır. Bir cisme etki eden çekim kuvvetinde değişiklik meydana geldiğinde, yayın da uzamasında değişim olmaktadır. Ama çekim kuvveti ne kadar artarsa artsın cismin madde miktarında değişiklik olmayacaktır. Örneğin kütlesi 10 kg olan bir cisim dünyada tartıldığında 98 N gelirken, bu cismi Ay'da tarttığımızda 17 N gelecektir. Bu da Ay'ın çekim kuvvetinin dünyadan düşük olduğunu göstermektedir.



Uzay mekiği ile Ay'a doğru yolculuk yapan bir astronot düşündüğümüzde, bu yolculuk esnasında astronotun kütlesi değişmez. Yolculuğun her anında kütlesi eşittir. Astronot dünyadan uzaklaşıp Ay'a yaklaştıkça dünyanın uyguladığı çekim kuvveti azalmaya Ay'ın uyguladığı çekim kuvveti ise artmaya başlar. Ay ve dünyanın çekim kuvvetlerinin eşit olduğu noktada astronotun ağırlığı sıfır olur.