Fizik I · 6. Ünite: Kütleçekimi ve Newton'un Sentezi

Dünya Yüzeyi Yakınında Kütleçekimi

Yeryüzündeki her cismin düşme ivmesi tek bir sayı gibi görünür: $9{,}8\,\text{m/s}^2$. Bu konuda bu sayının evrensel kütleçekim yasasından nasıl çıktığını, yükseklik, derinlik, dönme ve gezegen değişince nasıl farklılaştığını ve ne zaman sabit sayılabileceğini öğreneceksin. Sonunda $g$'yi herhangi bir gök cismi için hesaplayabilecek, düzeltme terimlerini tahmin edebileceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: $g$ nereden gelir?

  2. Yüzey ivmesi ve gezegenler

  3. Yükseklikle değişim: türetme ve yaklaşıklık

  4. Derinlikle değişim ve gerçek Dünya

  5. Çözümlü örnekler

  6. Grafik yorumu ve ölçüm

  7. Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları

  8. Bağlantılar

Anahtar terimler

Yerçekimi ivmesi (gravitational acceleration)
Bir gök cisminin yüzeyinde serbest düşen cismin ivmesi; $g = GM/R^2$.
Ağırlık (weight)
Bir gök cisminin cisme uyguladığı kütleçekim kuvveti; $W = mg$, birimi N.
Kütle (mass)
Cismin madde miktarı ve eylemsizlik ölçüsü; konumdan bağımsız skalerdir.
Binom yaklaşıklığı
$\varepsilon \ll 1$ için $(1+\varepsilon)^n \approx 1 + n\varepsilon$; $g(h) \approx g_0(1-2h/R)$ çıkarımında kullanılır.
Kabuk teoremi (shell theorem)
Küresel kabuğun içinde net çekim kuvveti olmadığını, dışında kütlenin merkezde toplanmış gibi davrandığını söyler.
Gravimetre (gravimeter)
$g$'deki çok küçük farkları ölçen duyarlı cihaz.
Etkin $g$ (effective gravity)
Kütleçekim ile dönmeden doğan merkezkaç etkisinin birleşimiyle ölçülen ivme.
Serbest düşme (free fall)
Cisme yalnızca kütleçekimi etki ederken yapılan hareket; ağırlıksızlığın nedenidir.

Örnek soru

Dünya yüzeyinde $g_0 = 9{,}8\,\text{m/s}^2$'dir. Yüzeyden Dünya yarıçapı kadar ($h = R$) yükseklikteki yerçekimi ivmesi kaç $\text{m/s}^2$'dir?

  1. 4,9
  2. 9,8
  3. 1,09
  4. 7,35
  5. 2,45

Doğru cevap: E

Çözüm

1. $r = R + h = 2R$ ve $g \propto 1/r^2$.
2. $g = g_0/4 = 9{,}8/4 = 2{,}45\,\text{m/s}^2$.
4,9 ($g_0/2$) $g \propto 1/r$ varsayımından, 1,09 ($g_0/9$) $r = 3R$ almaktan gelir.

Fizik I: tüm konular