Dört Kuvvet

Ara 15 2007

Dört Kuvvet

Currently 3.0/5 Stars.
1
2
3
4
5

Rating: 3.0/5 (Toplam Oy: 1)

Mesih SARAÇOĞLU

Cumartesi, 15 Aralık 2007

Okunma: 117 kez

Dünyada birçok madde gözle görülemediği halde diğer maddelerle olan alış verişlerine, interaksiyonlarına (karşılıklı tesirler) ve eşyada bıraktıkları iz ve emarelere dayanarak varlıklarına inanmaktayız.Binlerce hareket ve hadiselere sahne olan şu âlemdeki kuvvetleri; göremediğimiz mikro ve makro âlemin anlaşılması için hülasa edelim.Vücudumuzdaki bir adalenin, genişleyen bir gazın, gerilen bir yayın, rüzgârın, elektriğin, manyetizmanın, yer çekiminin ve çok değişik şekil ve keyfiyette karşımıza çıkan kuvvetlerin esasta dört neviden oluştuğunu söyleyebiliriz. Bu dört ana kuvvetin, aralarındaki benzerlik ve zıtlıkları görmeye çalışacağız.

Gravite (Çekim)

İnsanlığın tecrübe sahasına koyabildiği ilk kuvvettir. Makro âlemin kürelerinin aralarındaki çekim kuvveti demektir. Temel formül olarak:
F = G.m.M/r^2
ifadesi bilinmekte ve kullanılmaktadır. Bu denklemin bize söylediği şudur: ki cisim arasındaki kuvvet; (m) ve (M) olan kütlelerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki mesafenin ® karesiyle ters orantılıdır. G, kullanılan sistemin, birimlerini denkleştirmek için kullanılan bir sabittir. Şunu hemen kaydedelim ki, bu kuvvet daima çekicidir (cazibe). Yani gravitasyonel bir itme hâsıl etme imkânsızdır. Bu kuvvetin yönü, cisimleri birbirine birleştiren doğru boyuncadır. Bütün cisimler arasındaki tesir eden kuvvetlerin sadece bu yolda olduğunu sanmak yanlıştır. Gravitasyonel kuvvet, diğer kuvvetler gibi cisimlerin hızına ve istikametine bağlı değildir. Kuvvetin, mesafenin tersinin karesine bağlı olması fezanın yapısıyla alakalıdır. Aynı zamanda formül yalnız kürevî ve boyutlarına nazaran birbirine uzak olan cisimlere tatbik edilebilir. Kürenin yüzey formülü 4πr^2 olup, kuvvetin mesafeye bağlılığının bu şekilde oluşunun bir çeşit izahıdır.

Formüldeki diğer büyüklüğün kütle olması, ilim adamlarını az düşündürmemiştir. Kütle, gravitasyon kuvvetinin kaynağı olup, aynı zamanda cismin ağırlığını da tayin etmektedir. Yani, kütlesi m olan bir cisme M kütlesinde ve r yarıçapında olan yer küresi üzerindeki tesir eden E kuvveti cismin ağırlığı olmaktadır. Kütle tabir edilen m, aynı zamanda cismin ivmesini kuvvete bağlıyan bir büyüklük olarak karşımıza çıkar:
F = m.a
a ivmesi, bizim birim zamandaki değişme miktarını gösteren bir sabittir ve basitçe:
a=ΔV/Δt
şeklinde ifade edilir. Bu durumda kütle ataletin bir ölçüsü, cismin hız değişmelerine karşı bir çeşit isteksizliğidir. Atalet kütlesinin, çekim kuvvetinin de kaynağı oluşunun sebebi bu iki kütlenin idantik (denk) olmasındandır. Yani o cismi O kütlede yaratanla, o hızda hareketini devam ettiren kudretin aynı olduğunu göstermektedir.

Elektromanyetizma:

Elektrik ve manyetizma tek hadisenin iki yönü olarak birbirine bağlıdır. İki elektrik yükü arasındaki kuvvet bunların nispi hızlarına da bağlıdır. Şayet bunlar birbirlerine göre sükûnette iseler, yalnız elektrostatik kuvvet tesir ettirirler. Hareketli iseler, birbirlerine manyetik kuvvet de tesir ettirirler. Yükler sükûnette iken tesir eden kuvvet,
F=k.q1.q2 /r^2
dir. Kuvvet; yüklerin çarpımıyla doğru, mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Yani tamamen gravitasyon kuvvetine benzemektedir ki bu bizi kâinattaki birliğe götürmektedir.
Bu formül, boyutları arasındaki mesafeye nazaran çok küçük olan yüklü parçacıklara tatbik edilebilir. K yine birimleri ayarlamada kullanılan bir sabittir. Yalnız buradaki cazibe veya dafıa yüklerin pozitif veya negatif olmasına bağlıdır. Şayet bir elektrik yükü diğerinin yanından geçiyorsa, hareketle mütenasip olarak bir manyetik kuvvet hâsıl olur ve bunun istikameti hız ile yükleri ayıran doğruya diktir.

Bu elektrik yükleri ivmelenecek olursa; radyasyon oluşmakta ve ışık hızına eşit bir hız kazanmaktadırlar. Günlük hayatımızda karşılaştığımız kuvvetlerin çoğunun sebebi elektromanyetik kuvvetlerdir. Elektronları atoma, atomları birbirine bağlı tutarak kimyevi bağların kaynağını teşkil ederler. Bir yayın tesir kuvveti, yayın yapıldığı metalin atomları arasındaki elektromanyetik çekim kuvvetidir. Bir dinamitin patlamasında açığa çıkan enerjinin kaynağı elektromanyetiktir. Genişleyen gazlar kalın cidarlara çarptığı zaman çarpan moleküllere tesir eden kuvvet elektromanyetiktir.

“kuvvetli” çekirdek kuvvetleri:

Bu kuvvetin varlığından insanlığın haberdar olması çok yenidir. Atom; merkezde pozitif yüklü protonlardan ibaret çekirdek, onun etrafında dönen negatif yüklü elektronlar olarak bilinmekte iken, protonların yalnız olmayıp yüksüz küreler olan nötronlarla iç içe geçmiş bir vaziyette oldukları anlaşılmıştır. Bu küreler tutkalla yapıştırılmış mermerler gibi sıkı sıkıya birbirleriyle bağlıdır. Aynı yüklü parçaların birbirini ittiği bilindiğine göre, yüklü protonlar nasıl böyle birbirine bağlıdırlar? Çekirdek, niçin elektrostatik itme kuvvetinin tesiri altında parçalanıp dağılmıyor? Hesaplara göre gravitasyon çekme kuvveti çekirdeği bağlı tutmak için çok zayıf kalmaktadır.

Demek ki çekirdek parçacıkları arasında, protonların elektrostatik kuvvetinden daha şiddetli başka bir kuvvet mevcuttur. Bu kuvvet için şimdilik evvelkiler gibi bir formül yazamıyoruz. Ancak bilinen en mühim hususiyeti kısa mesafeli oluşudur. Şayet çekirdek parçaları birbirine değiyorlarsa, bu kuvvet son derece şiddetlidir. Bu şiddetli kuvvet aracılığıyla, çekirdek kürecikleri süratle kendi eksenleri etrafında aynı veya zıt yönde dönmektedirler. Maddelerin bildiğimiz bazı hususiyetlerinin bu hareket ve kuvvete bağlı olduğunu da ifade etmiş olalım.

Binlerce ton ağırlığı üzerinde taşıyan çelik çubukların, o yüklere dayandığını biliyoruz ama nasıl dayandığını, daha doğrusu onun zerrelerine verilen hareket ve kuvvetle o yüklere nasıl dayandırıldığını pek bilemiyoruz, Saatte 1000 km.den fazla hızlı giden vasıtaların cam ve cidarlarının, o şiddetli basınca karşı koyduğunu ve bilmem ne kadar yüksek sıcaklığa dayandığının farkındayız ama nasıl öyle olduğunun pek farkında ve şuurunda değiliz herhalde.

Zayıf İnteraksiyon:

Bu kuvvet hakkındaki malumatımız da bir evvelkinden daha azdır. Kuvvet, elektron neşreden bir çekirdeğin radyoaktif bozunmasının sebebi olarak gösterilmekte ve bu bozunmayı izah için kullanılmaktadır. Yakın senelerde keşfedilen yeni parçacıkların (müon, pozitron, nötrino-müon vs.) çoğu zayıf interaksiyon sebebiyle bozunmaktadır. Bu kuvvetin tesir mesafesi hakkında dahi birşey söylenememektedir ki, bir formül ortaya koymak da mümkün değildir. Fakat kâinatın yaşını tahminde dahi kullanabildiğimiz iz ve işretler bırakmakta ve ilmin öz ve çekirdeği olabilmektedir

Bu gün bildiğimiz maddelerin karşılıklı birbirine tesir ettiği bu dört yoldan başka yol bilinmemektedir. Ancak ilk iki kuvvetle çeşitli hesaplamalar yapılsa da, bunların aralarında idrak sınırlarımızı aşan bağlar, bulunduğu da bilinen bir gerçektir. Zaman geçtikçe bu mevzular da, varsa insanlığın ömrü bilinebilecektir belki. Bilmediklerimiz azalacak mıdır? Asla! Belki daha da artacaktır. Dairevi bir satıh kabul ettiğimiz bildiklerimiz arttıkça, yani bilgi dairemizin yarıçapı büyüdükçe, bilmediklerimiz olan dışla temasımız artacak.

Diğer iki kuvvet hakkında ise, elementlerin transmitasyonu ve çekirdeklerden fizyon yolu ile güç istihsal etmek gibi bilgilere sahibiz. Çekirdek bağlama kuvvetleri “kuvvetli”, bozunma kuvvetleri ise “zayıf” olarak tabir edilmektedir. Birbirine temasta olan iki protonun çekirdek kuvveti elektromanyetik itme kuvvetinden 100 kere daha fazladır.

Zayıf interaksiyon ise, kuvveti çekirdek kuvvetinden 10 milyar milyon (10^16) kere daha zayıftır. Gravitasyon kuvveti ise, en zayıf olan çekme kuvveti olup bu, kuvvetli çekirdek kuvvetinden (10^39) kere daha zayıftır. Gravitenin ehemmiyeti büyük âlemde ve uzun mesafelerde oluşundadır.

Kürelerin tesir elemanları üzerinde çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Elektromanyetik kuvvette “foton”lar, gravitasyonda “graviton”lar tesir elemanı olarak bilinmektedir. Ancak “graviton”lar bir teori olarak durmakta ve istikbalin araştırmacılarını beklemektedir. Çekirdek kuvvetinin tesir elemanı ise “mezon” olarak bilinmekte olup yüksüz olan fotonlar yanında bunlar belli bir yüke sahip bulunmaktadır.

Mesih SARAÇOĞLU