Eğer hava direnci ortadan kaldırılırsa, tüm nesneler aynı ivme ile yere düşer. Bu nedenle, bir bowling topu ile tüy aynı ortamda, hava direncinin olmadığı bir durumda aynı anda yere ulaşır. Ancak bu durum gerçek hayatta nadiren gerçekleşecektir.
Sanılanın aksine, bir objenin kütlesi, onun ne kadar hızlı düşeceğini belirlemez. Örneğin, bir bowling topu oldukça ağırdır, oysa bir tüy çok hafiftir. Ancak yerçekimi, bu iki nesneyi tamamen aynı kuvvetle ve aynı şekilde Dünya’ya çeker. Bu, Newton’un hareket yasaları ve Galileo’nun deneylerine dayanan temel bir fizik ilkesidir.
Aristoteles, MÖ üçüncü yüzyılda ağır nesnelerin hafif nesnelere göre daha hızlı düştüğünü savunmuştu. Zamanına göre oldukça etkili ve sofistike bir açıklama sunmasına rağmen, bu teori yanlıştı. Aristoteles’in fikirleri neredeyse 2000 yıl boyunca sorgulanmadan kabul edildi. Ancak 16. yüzyılda Galileo, serbest düşme deneyleriyle bu anlayışı temelden değiştirdi. Galileo, ağır ve hafif cisimlerin, yerçekiminin etkisiyle aynı hızda düşeceğini kanıtladı.
Newton’un hareket yasalarının ikincisi, bir cisme etki eden kuvvetin (F), cismin kütlesi (m) ve kazandığı ivme (a) arasındaki ilişkiyi F=m⋅a biçiminde tanımlar. Yerçekimi etkisindeki bir cisim için bu kuvvet, cismin kütlesiyle yerçekimi ivmesinin (g) çarpımına eşittir: F=m⋅g
Bu ifadeyi Newton’un ikinci yasasına yerleştirdiğimizde m⋅g=m⋅a eşitliğini elde ederiz. Gerekli sadeleştirmenin devamında a=g sonucu çıkacaktır. Bu, yerçekimi altında düşen bir cismin ivmesinin yalnızca yerçekimi ivmesine bağlı olduğunu ve cismin kütlesinden bağımsız olduğunu gösterir. Yani, teoride, tüm cisimler hava direnci olmadığı bir ortamda aynı hızda yere düşer.
Tüy Ve Bowling Topu Neden Farklı Hızlarda Düşüyor?
Atmosfer içinde düşen cisimlere etki eden iki temel kuvvet vardır: yerçekimi ve hava sürtünmesi. Yerçekiminin etkisinin kütleden bağımsız olduğunu bildiğimizden, düşme hızındaki farklılıkların nedeni hava sürtünmesidir.
Geniş yüzey alanına sahip cisimler (örneğin tüy), daha fazla hava molekülüyle karşılaşır ve daha büyük bir sürtünme kuvvetine maruz kalır. Ayrıca, hız arttıkça sürtünme kuvveti büyür. Bu, özellikle yüksek hızlarda sürtünme kuvvetinin etkisini belirginleştirir.
Hava sürtünmesi, yerçekimi kuvvetine eşit hale geldiğinde, cisme etki eden net kuvvet 0 olur. Bu noktadan sonra cisim sabit bir hızla düşmeye devam eder. Bu sabit hız, limit hız olarak adlandırılır. Limit hız; ağır cisimler için daha yüksek; hafif cisimler için daha düşüktür.
Bu nedenle, bir bowling topu atmosfer içinde bir tüye göre çok daha hızlı düşer. Ancak hava direncinin olmadığı bir ortamda, her iki cisim aynı ivmeyle düşer ve yere aynı anda ulaşır. Aslında bunu görmek için illa bir vakum ortamına da ihtiyacınız yoktur.
Bu ilke, sadece Dünya’da değil, atmosferin olmadığı Ay yüzeyinde de geçerlidir. 1971 yılında Apollo 15 görevi sırasında, astronot Dave Scott bu durumu göstermek için bir şahin tüyü ve bir çekiç kullandı. Havanın olmadığı Ay yüzeyinde, iki nesne aynı anda yere düştü. Bu deney, Galileo’nun ve Newton’un yerçekimi ve hareket yasalarına dair öngörülerini muhteşem bir şekilde doğruladı.
Eğik Pisa Kulesi Deneyi Gerçek mi?
Bowling topu ve tüğ denildiği zamanlarda akla ilk olarak Galileo Galilei’nin adı gelir. Galileo Galilei, Evrendeki yerimize bakış açımızı değiştiren önemli keşifler yaptı. Teleskopu geliştirdi, Güneş’in güneş sisteminin merkezi olduğunu gösterdi. Ancak anlaşılan onun adı anıldığında akla gelen ilk şeylerden biri olan Pisa Kulesi deneyini yapmadı.
Tarihçiler, Galileo’nun bu kadar görkemli bir gösteriye katılması durumunda daha fazla belge olacağını ve bunun aslında bir düşünce deneyi olduğunu savunmaktadır. Deneyin yapıldığını söyleyen kişi, Galileo’nun öğrencisi ve biyografi yazari Vincenzo Viviani’dir.
Simon Stevin, 1586’da İtalya’nın Delft kentindeki bir kilise kulesinden farklı ağırlıklarda iki kurşun top bırakmış ve her iki cismin de aynı anda yere çarptığını kaydetmiştir. Giovanni Battista Benedetti, bu prensip üzerine daha önce çalışmış ve benzer sonuçlara ulaşmıştır. Bu deneyler, Aristoteles’in daha ağır cisimlerin daha hızlı düşeceği yönündeki görüşünü çürütmek için yapılmıştır. Ancak bu kişiler, Galileo kadar geniş bir üne sahip olmadıkları için bu çalışmalar daha az bilinir.
Galileo, Pisa Kulesi’nden farklı ağırlıklarda cisimler bırakmış olmaktan çok, fiziksel deneylere getirdiği sistematik ve yenilikçi yöntemlerle tanınır. Özellikle; rampalar kullanarak düşme hareketini yavaşlatmış ve cisimlerin ivmesini daha hassas bir şekilde ölçmüştür. Eğik düzlem deneyleri sayesinde cisimlerin hareketini ölçerek, serbest düşme ve ivme ile ilgili önemli sonuçlara ulaşmıştır.
Yazımızın sonunda ayrıca göz atmanızı öneririz: Kütle Nedir? Ağırlık Nedir? İkisini Karıştırmamak Neden Önemlidir?
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Object of Intrigue: The Falcon Feather on the Moon. Yayınlanma tarihi: 6 Ekim 2015; Bağlantı: https://www.atlasobscura.com/
- Galileo Didn’t Drop Anything Off The Leaning Tower Of Pisa. Bağlantı: https://knowledgenuts.com/
- Feathers and Bowling Balls Act Strangely in a Vacuum. Yayınlanma tarihi: Bağlantı: https://www.discovery.com/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
