İlginizi Çekebilir
  1. Ana Sayfa
  2. Fizik
  3. Kaçış Hızı Nedir? Roketler Kütleçekim Etkisi Yenerek Nasıl Uzaya Çıkar?

Kaçış Hızı Nedir? Roketler Kütleçekim Etkisi Yenerek Nasıl Uzaya Çıkar?

Kaçış Hızı Nedir? Roketler Kütleçekim Etkisi Yenerek Nasıl Uzaya Çıkar?

Kaçış hızı veya kurtulma hızı, bir gök cisminden ayrılıp uzay boşluğuna çıkmanın en önemli etkenidir. Yeterli hıza ulaşamazsanız, ne Dünya’dan, ne de herhangi bir gök cisminden uzaklaşamazsınız.

Her gök cismi, her yıldız, her gezegen veya her asteroit, hatta her insan kütlesi oranında diğer cisimleri kendi üzerine çeker. Kütle çekim denilen bu güç, çeken cismin kütlesi ile doğru orantılı olarak artar. Gezegen ve yıldızların bu çekim güçlerinden kurtulabilmek için “kütlesiyle orantılı olarak” ondan belli bir hızda uzaklaşmanız gerekir. Üzerinden kalkıp uzaya çıkmaya çalıştığınız gezegenin kütlesi küçükse daha yavaş, büyükse daha hızlı olmalısınız.

Örneğin Dünya’nın çekim alanından kurtulabilmek için saniyede 11 km‘lik hıza ulaşmalısınız. Neptün gibi daha büyük kütleli bir gezegen için ise, hızınızın saniyede 23.5 km olması gerekli. Eğer ki Jüpiter’in kütle çekiminden kurtulup yörüngeye ulaşmayı amaçlıyorsanız saniyede 59,5 km hıza ulaşmak zorundasınız.

Kaçış hızı
Dünya gibi büyük kütleli cisimler, daha küçük kütleli cisimleri kendilerine çekerler. Küçük kütleli cisimler de onları çekerler ama, güçleri yetmediği için üzerlerine düşerler.

Mars gibi daha küçük kütleli gezegenlerin yüzeyinden havalanıp yörüngeye çıkmak ise daha kolaydır; saniyede sadece 5 km‘lik hıza ulaşmanız yeterli olur. Çok daha düşük kütleli, küçük bir gökcismi olan Ay için bu hız saniyede 2.3 km’dir.

Siz de farkettiniz evet, bir uzay aracının Dünya’dan havalanıp yörüngeye girmesi için koca koca roketler gerekirken, aynı işi Ay yüzeyinden daha küçük, basit roketlerle çok daha kolay gerçekleştirmek mümkün oluyor. Çünkü Ay’ın kütle çekimi Dünya’ya oranla altı kat daha az. Yalnız, bu sonuca bakıp; “Dünya yüzeyinden ayrılmak için altı ton yakıt gerekiyorsa, Ay’dan ayrılmak için bir ton yeterlidir” diye düşünmeyin. Bundan çok daha az yakıt yeterli olur, çünkü kütle çekiminin bir de; “uzaklığın karesi ile ters orantılı” etki etmesi gibi bir durum söz konusu. Elbette burada hesap kitap yapmayacağımız için bu bilgiyi verip geçiyoruz. Buraya kadar okuduklarınızdan, bir gök cisminden kurtulabilmek için cismin kütlesiyle orantılı belli bir hıza ulaşmamız gerektiğini anlamış olmalıyız.

Gök cisminin kütlesi büyüdükçe çok daha hızlı olmamız gerekiyor, aksi halde yüzeyden uzaklaşamıyoruz. Tıpkı zıpladığımızda 30-40 cm kadar yükselip Dünya’ya geri düşmemiz gibi. Hızımız yeterli olmadığı için Dünya’nın çekim gücü galip geliyor ve bizi tekrar yerimize döndürüyor. Aynı “zıplama” eylemini yakınımızdaki en büyük kütleli cisim üzerinde, yani Güneş yüzeyinde yapmaya kalksaydık (yanmadığımızı farz edin) 30 cm değil de, ancak birkaç milimetre yükselebilecektik. Çünkü Güneş’in kütle çekimi, dolayısıyla kaçış hızı olağanüstü derecede büyüktür; saniyede 617 km!

Tabii, kaçış hızı sadece cismin kütlesiyle değil, o kütlenin ne kadarlık bir alan içine sıkışmış olduğuyla ilgilidir. Dünyanın çapı yaklaşık 13 bin km. Eğer Dünya’yı, içindeki kütle miktarı aynı kalacak biçimde yarıçapı 3.250 km’ye düşecek kadar (yani dört katı) sıkıştırırsak, kaçış hızı da iki kat yükselip saniye’de 22 km‘ye çıkar. Sekiz kat sıkıştırırsak 44 km, 16 kat sıkıştırırsak 88 km… Yani bir gök cisminin yoğunluğu arttıkça, kütle çekimi ve dolayısıyla yüzeyinden kaçış hızı artış gösteriyor.

484443_128894733923681_1533149109_n
Güneş’in kütlesi ve dolayısıyla çekim gücü Dünya’dan binlerce kat fazladır. 

Dünya biraz küçük olduğu için daha büyük bir cismi, yani yarıçapı 700 bin km olan Güneş’i sıkıştıralım. Kütlesini sabit tutarak yarıçapını 3 km‘ye kadar düşürelim. Bunu yaptığımızda, Güneş’in yüzeyinden kaçış hızı saniyede 300 bin km‘ye kadar çıkar. Fark ettiyseniz bu ışık hızına denktir. O halde, bir cismi yeterince sıkıştırırsak, yüzeyindeki kütle çekim miktarı öylesine artar ki, ışığın hızı bile ondan kurtulmak için yeterli gelmez. Bir gök cisminin ışığın bile kaçamayacağı noktaya kadar sıkıştırılması gereken boyuta Schwarzchild Yarıçapı deniliyor. Aynı şeyi Dünya için yapmak istiyorsanız, Dünya’nın Schwarzchild yarıçapının 9 milimetre olduğunu söyleyeyim…

Eğer böylesine sıkıştırmış olduğumuz Güneş’in yüzeyinden gökyüzüne bir fener tutsaydınız (Tamam, Güneş’in yüzeyinde durmak, gökyüzüne fener tutmak falan saçma şeyler ama, örnek işte idare edin), ışığınızı kimse göremeyecekti, çünkü fenerin ışığı Güneş’in çekim gücünden kurtulup yörüngede sizi gözleyen gözlemciye ulaşamayacaktı. Şimdi, kara deliklerin “ne” olduğunu ve “neden” kara olduğunu anlayabildiniz mi?

Önemli not: 
Bu yazı, bir gök cisminin yörüngesinden öteye, (sürtünmesiz ortamda) ani biçimde kaçılması için gereken statik hızı ifade etmek için yazılmıştır. “Sürekli ve güçlü bir itiş ile“, kaçış hızından daha düşük bir hızla gökcisimlerinin yüzeyinden ayrılıp, kütle çekimini yenerek uzay boşluğuna çıkmak mümkündür. Ancak bunun için araca veya uzaklaşmak isteyen cisme sürekli bir enerji vermek, sürekli itmek gerekir. Bugün kullandığımız roketler, bu sürekli itme, yani sürekli enerji verme görevini yerine getirdiği için, yeryüzünden daha düşük hızlarla uzaklaşıp Ay’a ve diğer gezegenlere gitmemiz mümkün oluyor. 

Bize Katılın!
Yeni yazılarımızdan, etkinliklerden ve her şeyden ilk siz haberdar olun.