Gökyüzündeki bu devasa cisimlerin ağırlığı konusundaki merakın çok yerinde. Aslında bu soru, fizik bilimindeki en temel kavramlardan ikisini, yani "kütle" ve "ağırlık" arasındaki farkı anlamamızı gerektiriyor. Gelin, bu kozmik gizemi birlikte aydınlatalım.
Öncelikle, kütle ve ağırlık arasındaki farkı netleştirelim:
-
Kütle (Mass): Bir cismin içerdiği madde miktarıdır. Evrenin neresine giderseniz gidin, kütleniz değişmez. Örneğin, Dünya'da kütleniz 70 kg ise, Ay'da da, Mars'ta da, uzayın derinliklerinde de kütleniz 70 kg'dır. Kütle, değişmeyen, sabit bir özelliktir.
-
Ağırlık (Weight): Bir cisme etki eden yerçekimi kuvvetidir. Ağırlık, cismin kütlesi ile bulunduğu yerdeki yerçekimi ivmesinin çarpımıdır (Ağırlık = Kütle x Yerçekimi İvmesi). Bu yüzden, ağırlık bulunduğunuz yere göre değişir. Örneğin, Dünya'da 70 kg kütleli bir insan yaklaşık 686 Newton (N) ağırlığındadır. Ancak Ay'da yerçekimi Dünya'nın yaklaşık 1/6'sı kadar olduğu için, aynı kişi Ay'da sadece yaklaşık 114 N ağırlığında olurdu. Yani, Ay'da daha hafif hissederdik.
Şimdi gelelim Dünya ve Ay'ın "ağırlığının" nasıl değiştiği sorusuna:
1. Dünya'nın ve Ay'ın Kendi Kütleleri:
Dünya ve Ay'ın kendi kütleleri, kısa vadede ve gözle görülür bir şekilde değişmez. Milyarlarca yıl süren süreçlerde, üzerlerine düşen gök taşları veya atmosferden kaçan gazlar nedeniyle çok küçük miktarda kütle artışı veya azalışı yaşasalar da, bu değişimler günlük veya yıllık bazda "değişir" diye nitelendirilemez. Yani, Dünya'nın ve Ay'ın madde miktarı (kütlesi) pratikte sabittir.
2. Dünya'nın ve Ay'ın "Ağırlığı" (Başka Bir Cisim Tarafından Uygulanan Çekim Kuvveti Olarak):
Bir cismin ağırlığı, başka bir büyük cismin ona uyguladığı çekim kuvveti olduğu için, aslında Dünya'nın da, Ay'ın da "ağırlığı" vardır, ancak bu ağırlık onları çeken bir başka cisme göre değişir:
-
Dünya'nın Ağırlığı: Dünya, Güneş'in çekim kuvveti altındadır. Yani, Güneş'e göre bir "ağırlığı" vardır. Dünya'nın Güneş etrafındaki yörüngesi tam bir daire değil, elips şeklindedir. Bu durum, Dünya'nın Güneş'e olan uzaklığının yıl boyunca değişmesine neden olur.
- Dünya, Güneş'e en yakın konumdayken (perihelion), Güneş'in çekim kuvveti (yani Dünya'nın Güneş'e göre "ağırlığı") en fazladır.
- Dünya, Güneş'e en uzak konumdayken (aphelion), Güneş'in çekim kuvveti (yani Dünya'nın Güneş'e göre "ağırlığı") en azdır.
Dolayısıyla, Dünya'nın Güneş'e göre "ağırlığı" yıl içinde mesafeye bağlı olarak hafifçe değişir.
-
Ay'ın Ağırlığı: Ay, Dünya'nın çekim kuvveti altındadır. Yani, Dünya'ya göre bir "ağırlığı" vardır. Ay'ın Dünya etrafındaki yörüngesi de elips şeklindedir.
- Ay, Dünya'ya en yakın konumdayken (perigee), Dünya'nın çekim kuvveti (yani Ay'ın Dünya'ya göre "ağırlığı") en fazladır.
- Ay, Dünya'ya en uzak konumdayken (apogee), Dünya'nın çekim kuvveti (yani Ay'ın Dünya'ya göre "ağırlığı") en azdır.
Bu nedenle, Ay'ın Dünya'ya göre "ağırlığı" da yörüngesel hareketine bağlı olarak düzenli aralıklarla hafifçe değişir.
Özetle, Dünya ve Ay'ın kendi madde miktarları (kütleleri) değişmezken, başka bir gök cisminin onlara uyguladığı çekim kuvveti (yani o cisme göre "ağırlıkları") mesafeye bağlı olarak periyodik olarak değişir. Bu, evrendeki her cismin, onu çeken diğer cisimlere göre bir "ağırlığa" sahip olduğu ve bu ağırlığın mesafeye göre değişebileceği anlamına gelir.