Merkez Gücü Nedir?

Bir merkezi kuvvet, yalnızca bir nesnenin merkezine ve merkezinden bir noktaya olan mesafeye bağlı olan yön ve büyüklükte bir kuvvettir. Bir merkezi kuvvetin hareket ettiği yön, nesnenin merkezini diğer noktaya birleştiren çizgi boyunca olmalıdır; kuvvetin büyüklüğü ise sadece ikisi arasındaki mesafeye veya yarıçapa bağlıdır. Merkezi kuvvetlerin örnekleri, çekim kuvveti, elektrostatik kuvvet ve bir yay kuvvetinden bulunur. Sadece iki tür merkezi kuvvet yörünge hareketi ile sonuçlanabilir: çekim kuvveti ve benzer kuvvet.

Newton'un evrensel çekim kuvveti, iki nesne arasındaki çekim kuvvetinin her zaman birbirine yöneldiğini belirtir. Ayrıca, kuvvetin büyüklüğü, nesneler arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır; başka bir deyişle, nesneler arasındaki mesafenin iki katına çıkarılması, kuvvetin sadece dörtte biri kadar güçlü bir kuvvetle sonuçlanacaktır. Bir nesne diğerinden çok daha büyük olduğunda, düzenleme merkezi kuvvet ölçütlerini karşılar.

Analog bir merkezi kuvvet, elektrik yüklü parçacıklar arasındaki elektrostatik kuvvettir. Yerçekimi kuvveti gibi, elektrostatik kuvvet iki parçacık arasındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Bununla birlikte, yer çekiminden farklı olarak, elektrostatik etkileşimler kütleleri yerine yüklerinin ürünüyle orantılıdır. Ayrıca çok küçük ölçeklerde de baskın olma eğilimindedirler. Matematiksel olarak konuşursak, yerçekimi kuvveti ve elektrostatik kuvvetin büyüklüğü hem ters-kare yasasını takip eder.

Farklı bir tür merkez kuvveti, bir yayın bir nesneyle etkileşiminden kaynaklanabilir. Bir yayın tarafından üretilen kuvvet, yayın denge uzunluğundan gerildiği mesafeye orantılıdır. Bir yayı denge uzunluğundan iki kat mesafeye germek, iki kat daha güçlü bir kuvvete neden olur. Bu tür davranış Hooke kanunu olarak bilinir ve yalnızca yaylarda değil, çoğu katı metal de dahil olmak üzere herhangi bir doğrusal elastik malzemede görülür. Bir yay veya uygun bir malzeme bir merkeze sabitlendiğinde, aynı zamanda bir merkezi kuvvet ölçütünü de karşılayabilir.

Nesneler veya parçacıklar arasındaki mesafeyi artırmak, Hooke yasası ile ters kare yasası tarafından yönetilen sistemlerde çok farklı bir etkiye sahip olsa da, bu merkezi kuvvetlerin her ikisi de kapalı yörünge hareketi üretecektir. Gezegenler, ters kare yasasına tabi merkezi bir güç olan yerçekimi nedeniyle Güneşi yörüngeye sokuyorlar. Benzer şekilde, yüklü parçacıklar, elektrostatik kuvvet nedeniyle karşılıklı yüklü bir merkezi yörüngede dönebilir. Biraz daha az bilinen bir gerçek, merkezi bir ankrajlı yayın, diğer kuvvetler ihmal edilebilir olduğunda bir nesnenin merkezi yörüngeye çevirmesine neden olabilir. Basit harmonik hareket, yalnızca bir boyut boyunca hareket etmenin kısıtlı olduğu bir örnektir.