Bir çok çocuk büyüdüğü zaman bir astronot olmayı hayal eder. Sonucunda Uluslararası Uzay İstasyonunun içinde havada süzülen astronotların videoları ve görselleri bu genç beyinleri oldukça etkileyecektir. Ağırlıksız olma fikri gerçekten cezbedicidir. Peki ama astronotlar neden ağırlıksızdır? Bunun nedeni uzayda yerçekimi olmaması olabilir mi?
Bu soruyu herhangi bir kişiye sorarsanız alacağınız cevap gerçekten de “uzayda yerçekimi olmadığı için” biçiminde olacaktır. Sonucunda astronotlar Dünya’dan o kadar uzaktadır ki yer çekimi çok çok azdır. Bir insanın ayaklarının altında onu yere çeken bir şey olmadıkça da ağırlıksız hissedecektir. Gerçekten mi?
Uzayda Yerçekimi Yok mu?
Yerçekimi kuvveti kütlesi olan nesneler arasındaki etkileşimdir. Dünyanın kütlesi vardır ve astronotun kütlesi vardır; dolayısıyla aralarında da bir etkileşim olmalıdır. Bu çekim kuvveti aşağıdaki ifadeyle gösterilmektedir.
Yukarıdaki formülde M 1 ve m 2 kütleleri göstermektedir. Formülde r ise bu iki kütlenin merkezleri arasındaki mesafedir. G ise yer çekimi sabitidir. Dünya yüzeyindeki her şey bu nedenle Dünya ile etkileşime girer. Dünyanın kütlesi 5,97 x 10 24 kg, Dünya’nın yarıçapı 6,38 x 10 6 m kadardır. Şimdi bu değerleri yukardaki formülde yerine koyalım. Gördüğünüz gibi hepimizin bildiği 9,8 N/kg ‘lık yerçekimi kuvvetini elde ettiniz. ( Tam çıkmamasının nedeni hesaplamada yaklaşık değerlerin kullanılmasıdır.)
Peki, Dünyadan uzaklaştıkça yani payda büyüdükçe çekim kuvveti azalır mı? Elbette evet ama sanıldığı kadar çok değil. Yörüngedeki bir Uzay Mekiğinin tipik yüksekliği, Dünya yüzeyinin yaklaşık 360 km üzerindedir.
Diyelim ki 75 kg’lık bir astronotumuz var. Astronotun hem dünyadaki hem de yörüngedeki kütlesi aynıdır. Tek fark astronot ile Dünya’nın merkezi arasındaki mesafedir. Şimdi yukardaki formülde m’lerden bir tanesini 75kg ile değiştirelim. Bu durumda astronotumuza dünyanın üzerindeyken yaklaşık 734 N’luk bir kuvvet etki etmektedir. Hesaplamasını aşağıda görebilirsiniz.
Şimdi aynı hesaplamayı dünyadan yaklaşık 360 kilometre yukarda duran aynı kilodaki bir başka astronot için yapalım. Aşağıda da gördüğünüz gibi sonucunuz 670 N çıkacaktır. Bu durumda astronotumuz için ağırlıksız demek çok da doğru değildir.
Bazı insanlar uzayda yerçekiminin olmadığını düşünse de gördüğünüz gibi uzayın her yerinde değişen miktarlarda yerçekimi bulunur. Ay’ı Dünya’nın etrafında yörüngede tutan şey yerçekimidir. Yerçekimi Dünya’nın Güneş etrafında dönmesine de neden olur. Güneşi Samanyolu galaksisindeki yerinde tutar. Ancak mesafe arttıkça yerçekimi zayıflar. Bir uzay aracının Dünya’dan yeterince uzağa gitmesi ve içindeki kişinin daha az yerçekimi hissetmesi mümkündür. Ancak kişilerin ağırlıksız hissetmesinin nedeni bu değildir.
Uzayda Yerçekimi Varsa Astronotlar Neden Havada Duruyorlar?
Bunun sonucunda da yerçekimi ivmesiyle Dünya’ya doğru düşerler.
Eğer Dünya’nın yerçekiminin yaklaşık yüzde 90’ı uzay istasyonuna ulaşıyorsa astronotlar neden orada yerde yürümek yerine havada yüzüyor gibi gözüküyor? sorusunun cevabı da serbest düşüş biçimindedir. Yani ağırlıksız hissetmek serbest düşüşün bir sonucudur.
Boşlukta yerçekimi tüm nesnelerin aynı hızda düşmesine neden olur. Nesnenin kütlesi önemli değildir. Bir kişi çekiç ve tüyü düşürürse hava, tüyün daha yavaş düşmesine neden olur. Ancak hava olmasaydı aynı hızla düşerlerdi. ( Detaylar: Bowling Topu ve Tüy Yere Aynı Hızla Düşer mi?)
Eğer kişi düşmenin başlangıcında bir nesneyi bırakırsa, kişi ve nesne aynı ivmeyle düşecektir. Bu nedenle nesne kişinin önünde yüzüyormuş gibi görünecektir. Uzay gemisinde olan budur. Uzay aracı, mürettebatı ve gemideki tüm nesneler Dünya’ya doğru düşüyor. Hepsi birlikte düştüğü için mürettebat ve nesneler, uzay aracıyla karşılaştırıldığında yüzüyor gibi görünüyor.
Uzay Aracının Dünyaya Düşmesi Ne Anlama Geliyor?
Sadece uzay aracı ve içindekiler değil aslında Ay’da dünyaya doğru düşüyor. Sonucunda dünyanın yerçekimi tüm nesneleri aşağıya, yüzeyine doğru çekiyor. Bunun anlamı mutlak bir düşüştür. Ancak her ne kadar yerçekimi astronotları Dünya’ya doğru çekse de, uzay gemisi yanal yönde o kadar hızlı hareket ediyor ki ( yaklaşık saatte 28.000 km), bir ipin ucunda sallanan bir top gibi, dünyanın etrafında dairesel bir düzende yörüngede dönüyor ve gezegenin eğriliğini takip ediyor.
Sonuç olarak Dünya’nın atmosferini terk edip uzayın derinliklerine seyahat etseniz bile kendinizi yerçekimi tarafından bir gezegene, yıldıza ya da kara deliğe doğru çekilirken bulursunuz. Uzayda sıfır yer çekimi diye bir şey yoktur. Yer çekimi her yerdedir. Bu esnada kendinizi ağırlıksız hissedersiniz ama aslında ağırlıksız olmazsınız. Astronotlar sürekli serbest düşüş halindedir ve bu nedenle mikro yerçekimi ‘ağırlıksızlığını’ deneyimlerler. Mikro yer çekimine bazen “sıfır yer çekimi” denir, ancak bu yanıltıcıdır.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- The Real Reason Why Astronauts Are Weightless in Space! Yayınlanma tarihi: 11 Mart 2020. Bağlantı: https://www.engadget.com/
- Free Falling: the science of weightlessness. Yayınlanma tarihi: 18 Ekim 2018. Bağlantı: Free Falling: the science of weightlessness
- Why Do Astronauts Float Around in Space? Yayınlanma tarihi: 9 Temmuz 2011. Bağlantı: Why Do Astronauts Float Around in Space?
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 veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
