AĞIRLIK BİR KUVVETTİR
1- Genel (Evrensel)Çekim Kuvveti
2- Kütle Çekim Kuvveti
3- Yer Çekimi Kuvveti
4- Kütle ve Ağırlık Arasındaki Farklar
AĞIRLIK BİR KUVVETTİR :
1- Genel (Evrensel)Çekim Kuvveti :
Evrende bulunan bütün cisimler birbirlerine çekim kuvveti uygularlar. Bu kanuna genel (evrensel) çekim kanunu denir. Cisimlerin birbirlerine uyguladıkları çekim kuvveti;
• Cisimlerin kütlelerine bağlıdır (ve kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılıdır). Cisimlerin kütleleri arttıkça çekim kuvveti artar.
• Cisimlerin (kütle merkezlerinin) arasındaki uzaklığa bağlıdır (ve uzaklığın karesi ile ters orantılıdır). Cisimlerin arasındaki uzaklık arttıkça çekim kuvveti azalır.
• Cisimlerin birbirlerine uyguladıkları çekim kuvveti eşit büyüklükte fakat zıt yöndedir.
NOT :
1- Gezegenlerin Güneş etrafında belirli yörüngelerde (elips şeklinde) dolanmalarının
nedeni, Güneş’ in gezegenlere çekim kuvveti uygulamasıdır.
2- Dünya ve Dünya üzerindeki bütün cisimler birbirlerine çekim kuvveti uyguladıkları halde bu kuvvetten sadece cisim etkilenir, Dünya etkilenmez. Bunun nedeni Dünya’nın kütlesinin çok büyük olmasıdır.
3- Genel çekim kanunu Newton tarafından açıklanmıştır.
2- Kütle Çekim Kuvveti :
Dünya’nın ve diğer gök cisimlerinin üzerinde bulunan cisimlere uyguladığı çekim kuvvetine kütle çekim kuvveti denir.
• Gök cisimlerinin, üzerinde bulunan cisimlere uygulayacağı kütle çekim kuvvetinin büyüklüğü aynı değildir. Gök cisimlerinin üzerinde bulunan cisimlere uyguladığı kütle çekim kuvvetinin büyüklüğü o gök cisminin kütlesine (ve yarıçapının karesine) bağlıdır. Gök cisminin kütlesi artıkça kütle çekim kuvveti artar (gök cisminin yarıçapı arttıkça kütle çekim kuvveti azalır). Kütlesi büyük olan gök cisminin, üzerinde bulunan cisme uygulayacağı kütle çekim kuvveti kütlesi küçük olan gök cisminin uygulayacağı kütle çekim kuvvetinden büyük olur.
• Gök cisimlerinin üzerinde bulunan cisimlere uygulayacağı kütle çekim kuvvetin yönü her zaman gök cisminin merkezine doğrudur.
• Gök cisimlerinin üzerinde bulunan cisimlere uygulayacağı kütle çekim kuvvetinin büyüklüğü, gök cismi (nin kütle merkezi) ile cisim arasındaki uzaklığa bağlıdır. Gök cismi ile üzerinde bulunan cisim arasındaki uzaklık artarsa kütle çekim kuvveti azalır.
• Gök cisimlerinin, üzerinde bulunan cisimlere uygulayacağı kütle çekim kuvvetinin büyüklüğü aynı değildir. Güneş sisteminde bulunan gök cisimlerinin 1 kg lık kütleye uyguladıkları kütle çekim kuvvetlerine bakılarak hangi gök cisminin kütlesinin büyük olduğu görülebilir.
• 1 kg lık kütleye uygulanan çekim kuvveti;
– Güneş’te → 247 N
– Merkür’de → 3,70 N
– Venüs’te → 8,87 N
– Ay’da → 1,62 N
– Dünya’da → 9,81 N
– Mars’ta → 3,77 N
– Jüpiter’de → 23,30 N
– Satürn’de → 9,20 N
– Uranüs’te → 8,69 N
– Neptün’de → 11,00 N
– Plüton’da → 0,06 N
Verilen kütle çekim kuvvetlerine göre; • Kütlesi en büyük ola gezegen Jüpiter’dir.
• Dünya’daki kütle çekim kuvveti Ay’daki kütle çekim kuvvetinin yaklaşık 6 kat daha fazladır.
3- Yer Çekimi Kuvveti :
Kütle çekim kuvvetinin Dünya için isimlendirilmiş haline yer çekimi kuvveti denir. Bu nedenle yer çekimi kuvveti Dünya’nın, üzerinde bulunan cisimlere uyguladığı kütle çekim kuvvetidir.
• Dünya’nın, üzerinde bulunan bir cisme uyguladığı yer çekimi kuvvetinin büyüklüğüne ağırlık denir. Ağırlık ile gösterilir ve vektörel büyüklüktür.
• Yer çekimi kuvveti cisimleri daima Dünya’nın merkezine çeker. Bu nedenle yer çekimi kuvvetinin yani cismin ağırlığının yönü daima Dünya’nın (yerin) merkezine (aşağı) doğru gösterilir.
• Ağırlık dinamometre veya yaylı el kantarı ile ölçülür. (Günlük hayatta yaylı el kantarı ile kütle ölçülebilmektedir. Yaylı el kantarının bölmeleri kütle ölçümü için ayarlanmıştır).
• Bir cismin ağırlığı cismin Dünya üzerinde bulunduğu yere göre değişir. Cisim Dünya’nın (yerin) merkezine yaklaştıkça (g arttığı içi) ağırlık artar, cisim Dünya’nın (yerin) merkezinden uzaklaştıkça (g azaldığı için) ağırlık azalır.
• Dünya, kutuplardan basık olduğu için Dünya’nın kutuplardaki yarıçapı, ekvatordaki yarıçapından küçüktür. Bu nedenle bir cismin kutuplardaki ağırlığı, ekvatordaki ağırlığından daha büyük olur. (Yerin merkezine daha fazla yaklaşıldığı için).
• Dünya’da deniz kenarından yükseklere çıkıldıkça cismin Dünya’nın merkezine uzaklığı artacağı için ağırlığı azalır.
• Dünya’daki kütle çekim kuvveti Ay’daki kütle çekim kuvvetinin yaklaşık 6 katı olduğu için bir cismin Dünya’daki ağırlığı, Ay’daki ağırlığının yaklaşık 6 katıdır. Ay’daki kütle çekim kuvvetine ay çekimi kuvveti denir.
• Gezegenlerin, üzerlerinde bulunan cisimlere uyguladığı yer çekimi kuvvetinin şiddetine yer çekim ivmesi denir. Yer çekim ivmesi ile gösterilir.
NOT :
1- Uzayda kütle çekimi olmadığı için bir cismin uzaydaki ağırlığı sıfırdır.
2- Yer çekimi kuvveti Dünya üzerinde bulunan bütün cisimlere etki eder.
8. Etkinlik : Cisimler Niçin Yere Düşer? (Ders Kitabı – 71)
Amaç : Öğrencilerin yer çekimi kuvvetinin ve yönünün farkına varmalarını sağlamak.
Yapılacaklar : • Silgi, kitap, taş belli yükseklikten bırakılarak hareketleri
gözlenir.
• Kâğıt ve makas kullanılarak kâğıt insanlar yapılır ve Dünya modelinde kâğıt insanlar kutuplar ve ekvatora Dünya’nın dört tarafına yerleştirilir.
• Sonuca varalım kısmında;
– 1. soruda Dünya’nın cisimleri kendi merkezine doğru çektiği ve cisimlerin hareket yönünün Dünya’nın merkezine doğru olduğu belirtilir.
– 2. soruda kâğıt insanları tutan yer çekimi kuvvetidir.
21. Etkinlik : Yer Çekimi Olmasaydı… (Çalışma Kitabı – 43)
Amaç : Öğrencilerin yer çekimi kuvvetinin olmadığı bir yerde yaşadıklarını hayal ederek düşüncelerini ifade etmeleri ve sözel zekâsı gelişimi öğrencilerin ortaya çıkarılması amaçlanmaktadır.
Yapılacaklar : • Öğrencilerden gelen cevaplar kabul edilir.
4- Kütle ve Ağırlık Arasındaki Farklar :
Kütle ve ağırlık aynı kavramlar değildir.
1- Kütle, bir cismin değişmeyen madde miktarıdır. Ağırlık ise bir cisme etki eden yer çekimi kuvvetinin büyüklüğüdür.
2- Kütle eşit kollu terazi ile ağırlık dinamometre (veya aylı el kantarı) ile ölçülür.
3- Kütle yönsüz (skaler), ağırlık ise yönlü (vektörel) büyüklüktür.
4- Ağırlık cismin bulunduğu yere göre değişirken kütle değişmez. (Farklı gezegenlerde cisme uygulanan kütle çekim kuvveti farklı olduğu için ağırlık değişir).
5- Kütle birimi kg ya da gr dır. Ağırlık birimi N ya da dyn dir.
9. Etkinlik : Ağırlık mı? Kütle mi? (Ders Kitabı – 73)
Amaç : Cisimler üzerine etki eden yer çekimi kuvvetinin dinamometre ile ölçülebileceğini göstermek. Etkinlik sonunda yer çekimi kuvvetinin, kütleden farklı olan ağırlık kavramı ile ifade edileceğinin farkına varmalarını sağlamak.
Yapılacaklar : • Çeşitli cisimlerin kütleleri eşit kollu terazi ile ölçülür ve tabloya kaydedilir.
• Aynı cisimlerin ağırlıkları dinamometreden okunur ve tabloya kaydedilir.
• Sonuca varalım kısmında;
– 1. soruda kütle ve dinamometreden okunan değerler farklıdır.
– Cisme kendilerinin hiçbir kuvvet uygulamadığı halde cisimlerin dinamometrenin yayını uzatmasının nedeni yer çekimi kuvvetidir.
– Dinamometredeki uzama karşılaştırıldığında kütlesi büyük olan cisim dinamometrenin yayını daha fazla uzatır.
22. Etkinlik : Kütle ve Ağırlık (Çalışma Kitabı – 43)
Amaç : Kütlenin değişmediği, ağırlığın cismin bulunduğu yere göre değiştiğini göstermek.
Yapılacaklar : • Boş olan kutucuklar doldurulur.
Araştıralım, Hazırlanalım : (Ders Kitabı – 74)
Amaç : Bir cisme verilen gezegenlerde etki eden kütle çekim kuvvetinin
kıyaslanmasını sağlamak.
Yapılacaklar : • Ders kitabındaki resimler inceletilir.
• Zeynep’in topu neden Dünya’da, Ay’da ve uzayda farklı uzaklıklara fırlattığı sorulur. Sorunun cevabı sınıfça tartışılır.
– Sorunun cevabı olarak fırlatılan topa Dünya’da etki eden yer çekimi kuvvetinin Ay’daki ve uzaydaki yer çekimi kuvvetinden fazla olduğu için topun fazla yükselmediği belirtilir.
• Bunları Biliyor muydunuz? Bölümü okutularak resimler inceletilir.
– Amaç, Dünya’nın merkezine yaklaştıkça yer çekimi kuvvetinin arttığı, uzaklaştıkça yer çekimi kuvvetinin azaldığını göstermek.
23. Etkinlik : Kavramları Bulalım (Çalışma Kitabı – 44)
Amaç : Öğrenilen kavramları bulmacadan seçmeleri ve kavramların zihinlerine yerleşmesi.
2.Alternatif Etkinlik : Bardaktaki Gizem (Öğretmen Kitabı – 74)
Amaç : Çok özel durumlarda yer çekimi kuvvetinin hissedilmeyeceğini göstermek.
Yapılacaklar : • Plastik bardağın alt yanlarına iki delik açılır.
• Bardak su ile doldurulur ve delikler parmakla kapatılır.
• Bardak göğüs hizasında tutularak parmaklar çekilir ve suyun akması gözlenerek sonuçlar deftere yazılır.
– Bardaktaki su dökülür.
– Bardaktaki suya etki eden yer çekimi kuvveti suyun aşağı dökülmesini sağlar.
– Su dengelenmemiş kuvvetin etkisindedir.
• Bardak baş hizasında tutularak düşmesi için bırakılır suyun hareketi gözlenerek sonuçlar deftere yazılır.
– Bardaktaki su dökülmez.
– Bardaktaki suya yer çekimi kuvveti ile aynı doğrultuda, eşit büyüklükte fakat zıt yönde dengeleyen kuvvet etki eder. Bu kuvvetin sebebi bardağın süratidir.
– Su, dengelenmiş kuvvetlerin etkisindedir.
– Suya etki eden yukarı yöndeki kuvvet serbest düşme hareketi yapan cisme etki eden yukarı yöndeki sürtüne kuvvetidir. Bu sürtüne kuvvetine de hava direnci denir.
24. Etkinlik : Bulmaca Çözelim (Çalışma Kitabı – 44)
Amaç : Ünite kavramları ile ilgili verilen soruları cevaplayarak bulmacayı çözmeyi sağlamak.
25. Etkinlik : Doğru Çıkış Hangisi? (Çalışma Kitabı – 45)
Amaç : Ünite kavramları ile ilgili verilen soruları cevaplayarak doğru çıkışı bulmalarını sağlamak.
Ünitemizi Özetleyelim… (Ders Kitabı – 76)
Hayatın Neresinde? . (Ders Kitabı – 77)
Atatürk’ten Bizlere ve Bizlerden Geleceğe (Öğretmen Kitabı – 77)
ÖRNEKLER :
1- Yer çekimi kuvvetinin yönü Dünya’nın farklı yerlerinde değişir mi?
• Yer çekimi kuvvetinin yönü daima Dünya’nın merkezine doğrudur.
2- Dünya’dan Ay’a doğru gidildikçe dinamometreye takılı cisim varken;
a) Dünya’dan uzaklaştıkça dinamometredeki değişim nasıl olur?
b) Ay’a yaklaştıkça dinamometredeki değişim nasıl olur?
a) Dünya’dan uzaklaştıkça yer çekimi kuvveti azalacağı için dinamometreden okunan değer azalır ve uzaya çıkıldığında sıfır olur.
b) Ay’a yaklaşıldığında yer çekimi kuvveti artacağından dinamometreden okunan değer artar.
