G Kuvveti ve Yukarı Akan Su

G kuvveti, en genel tanımlamasıyla, "ağırlık" olarak hissedilen ivmenin bir ölçüsüdür. Aslında isminin içeriğinin aksine, bir "kuvvet" değildir; kütle başına düşen kuvvettir, yani ivmedir. Eğer ağırlığın klasik fizikteki formülüne bakacak olursanız konuyu anlamanız kolaylaşacaktır:

W = m x g

Ağırlık = Kütle x Yerçekim İvmesi

Bir diğer deyişle:

Ağırlık = Kütle x G-Kuvveti

Kütlenin klasik fizik dahilinde yapısal bir sabit olduğunu ve sistemin içine veya sistemden dışarı kütle veya enerji akışı olmadığı sürece asla değişmediğini hatırlayınız. Tabii ki Kuantum Fiziği açısından bu hesap bu kadar kolay değildir; ancak şu anda amacımız Yüksek Fizik analizi yapmak değildir.

Normalde basit hesaplarda, eğer Dünya üzerindeki bir cisim hareket etmiyorsa, üzerine etkiyen g-kuvveti yaklaşık olarak 9.81 metre/saniye-karedir. Bu değer, 1-g olarak bilinir. Yani Dünya'nın standart kütle çekim ivmesi veya g-kuvveti. Ancak bir cismi belirli yönlerde ve hızlarda hareket ettirecek olursanız, var olan kütle çekim ivmesinin üzerine ek ivmeler bindirebilirsiniz. İşte bu durumda, özellikle şov ve savaş uçaklarında sıklıkla duyduğunuz "Şu kadar g-kuvveti oluştu." cümlesini anlamlandırabilirsiniz.

Aslında Dünya'da üzerimize etkiyen ivmenin 1-g olmasının sebebi, Dünya'nın dönüş hızından ötürü oluşan ve bizi savurmaya çalışan kuvvetin, kütle çekim ivmesiyle eşitlenmesidir. Bu iki kuvvet arasındaki denge, cisimlerin bir gezegen üzerinde nasıl davranacağını belirler. Genelde, basitçe anlaşılması için "kütle çekim ivmesi" ya da "kütle çekim kuvveti" olarak bahsedilen bu olgu, aslında gezegenin kütlesi ile ilgilidir. Tabii bir gezegen üzerindeki cisimlere (ve dolayısıyla) size etkiyen, esasında hayali olan ama yine de etkisi hissedilen bir de "merkezkaç kuvveti" vardır ki bu, gezegenin dönüş hızıyla ve çapıyla ilişkilidir. 

Şimdi bir örnekle, en baştaki görselde suyun nasıl yukarı doğru aktığını anlayabiliriz:

Diyelim ki pilot, kütlesinden ötürü yeryüzüne doğru 725 Newton şiddetindeki bir kuvvetle (ağırlık) çekilmektedir. Bu, pilotun yaklaşık olarak 70 kilogram olduğunu gösterir. Bu hesap yapılırken, pilot herhangi bir ivmeye sahip olmamalıdır. Dolayısıyla, eğer uçağın uçtuğu yükseklikte kütle çekim ivmesinin değişmediği varsayılırsa, uçak belli bir yükseklikte sabit hızla giderken (ivmesi yokken) pilotun ağırlığı yine 725 Newton olacaktır. Ancak pilot uçağı aniden yukarı kaldırıp, 9.81 m_/s2'lik bir ivmeyle yükseltecek olursa, var olan Dünya'nın kütle çekim ivmesiyle birlikte toplamda 19.6 m/s2'lik bir ivme oluşur ve bu, 2-g demektir. Eğer uçağın yükselme ivmesi 4.4 m/s2 olsaydı, bu defa pilot üzerine 1.5-g şiddetinde bir g-kuvveti oluşacaktı. Bu şekilde, uçağın yukarı çıkmasına neden olan ivmeyi değiştirerek, kimi zaman 10-g veya 12-g gibi yüksek ivmelere ulaşılabilmektedir. Tabii ki pilotlar bu kadar şiddetli ivmelere dayanabilmek için özel kıyafetler gitmekte ve özel eğitimlerden geçmektedir. Düşünün ki, ağırlığınızın 12 katını, aynı kas miktarıyla dengeleyeceksiniz... Buna dayanmanın ne kadar zor olduğu aşikardır.

Peki, uçak yukarı değil de, birden aşağıya doğru indirilirse ne olur? Bu defa, merkezkaç ivmesinin yön değiştirmesinden ötürü, kütle çekim ivmesinin ters yönünde bir g-kuvveti oluşur. Buradaki ilginç bir durum, eğer uçak aşağıya doğru 9.81 m/s2 ile döndürülürse, kütle çekim ivmesi ile merkezkaç ivmesi birbirine eşit olur ve uçağın dönüşü boyunca pilot üzerine yer çekimini hissetmez, havada asılı kalıyormuş gibi bir his oluşur. Bu durumda, pilot üzerine 0-g etki eder.

Eğer yere doğru iniş ivmesi daha da arttılırsa, bu defa kütle çekimi tersine dönmüş gibi etkiler oluşmaya başlar ve su, yukarı akabilir. Eğer ki uçak yere doğru 19.6 m/s2'lik bir ivmeyle inmeye başlarsa, bu 2-g'ye eşittir. Ancak kütle çekimi de diğer yönde g olduğu için, toplam g-kuvveti -1-g'ye eşit olur. Yani normalde yere doğru olan çekim ivmesi, bu defa ters yöne doğru, havaya doğru olur. Bu sırada bir bardağa su doldurmayı denerseniz, suyun ters yöne doğru aktığını görürsünüz, yere doğru değil! İşte görselde olan da tam olarak budur:

Uçak ters gitmektedir. Bu durumda, sabit hızla giderse, su yere doğru, yani görseldeki camın olduğu tarafa doğru akacaktır ve bardağa dolmayacaktır. Çünkü var olan g-kuvveti 1-g şiddetindedir ve sabit hızdan ötürü her şey normal davranır. Ancak suyun ters yöne doğru, havaya doğru akarak bardağa dolabilmesinin nedeni, uçağın yeryüzüne dönecek şekilde 2-g veya daha büyük ivmeye sahip olmasındandır. Bu durumda, az önce izah ettiğimiz gibi, kütle çekiminin yönü değişecek ve su diğer yöne doğru akmaya başlayacaktır. 

Ek Bilgi: Sağlam bir insan +9 ila -3 g arasına dayanabilir. Bundan fazlası artı g'lerde bayılmaya(blackout, beyinden kanın çekilmesi) hatta vücut içi dokuların kopmasına sebep olurken (sık sık maruz kalmak da aynı kopmalara, sarkmalara sebep olur, kadın savaş pilotu olmak zordur) negatif g'ler ise beynin kana hücum edip beyin kanamasına sebep olur ki ilk semptom redout denilen kızıl görmektir. Akrobasi ya da savaş uçakları da bu limitlerin az üstünde üretilir. Yolcu uçakları ise çok daha küçük limitlere sahiptir, +4g/-2g gibi. Ki aslında yolcu uçağının pozitif g yemesi tırmanmak ya da loop atmakla ilgili değil, dönmekle ilgilidir. 60 derecelik bir yatışla dönen yolcu uçağına 2g yük biner. Böyle bir yatış da normalde zaten yapılmaz.

Teşekkür: Ahmet Alperen Kuşçu