Yerçekimi potansiyel enerjisi, bir yerçekimi alanına karşı hareket ettirilen nesne tarafından elde edilir. Örneğin, dünya yüzeyinin üzerine kaldırılan bir nesne, nesnenin yere düşmesine izin verilirse açığa çıkan enerjiyi kazanır.
Bir cismin dikey olarak yukarı kaldırılabilmesi için aşağı doğru yerçekimi kuvvetine karşı çalışması gerekir. Bu iş daha sonra yerçekimi potansiyel enerjisi olarak depolanır. Nesne serbest bırakıldığında ve yere düştüğünde, potansiyel kinetik enerjiye veya harekete dönüştürülür.
Bir sarkaç, yerçekimi potansiyeli ile kinetik enerji arasındaki ilişkinin iyi bir örneğidir. Sarkacın en yüksek noktasında yalnızca potansiyel enerjisi vardır. Bu alçalırken kinetik enerjiye dönüşür ve potansiyel enerjisinin olmadığı en düşük noktasında maksimuma ulaşır. Tekrar yukarı salındığında, kinetik potansiyel enerjiye dönüştürülür.
Bir cismin sahip olduğu potansiyel enerji miktarı, kütlesine veya ağırlığına, yüzeyden yüksekliğine ve yerçekimi alanının gücüne bağlıdır. Diğer tüm faktörler eşit olduğunda, ağır bir nesne, daha hafif bir nesneden daha fazla yerçekimi potansiyel enerjisine sahiptir. Gökyüzünde 1 mil (1,6 km) yükseklikteki nesne, yüzeyden 1 fit (30,48 cm) yükseklikteki aynı nesneden daha fazla enerjiye sahiptir. Yerçekimi alanı Dünya'dan daha zayıf olan Ay'da, bir cisim Dünya'dan benzer yükseklikteki aynı cisimden daha az potansiyel enerjiye sahiptir.
Yerçekimi Potansiyel Enerjisinin Hesaplanması
Bir cismin potansiyel enerjisi, cismin kütlesi ile yerçekimi kuvvetinin cismin belirli bir noktanın üzerindeki yüksekliği ile çarpımı olarak hesaplanabilir. Bu nokta, dünyanın yüzeyi veya bir odanın zemini olabilir. Aslında potansiyel, nesnenin altındaki herhangi bir nokta için hesaplanabilir.
Yerçekimi kuvveti genellikle, hava direncinin veya sürtünmenin etkileri dikkate alınmadan düşmek üzere serbest olan bir nesnenin yaşadığı ivme olarak ifade edilir. Dünya yüzeyindeki yerçekimi alanının gücü bir yerden bir yere değişmekle birlikte, dalgalanmalar neredeyse ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Bu nedenle fizikte, dünya yüzeyinin yakınındaki yerçekimi ivmesi genellikle sabit kabul edilir ve saniyede yaklaşık "32 fit (9,8 metre)/saniye (ft/s2 veya m/s2)" değerindedir. Yani, dünya yüzeyinden kaldırılan bir nesne için basit bir potansiyel enerji formülü aşağıdaki gibi formüle edilebilir:
"potansiyel enerji = libre cinsinden nesnenin kütlesi × 32 × fit cinsinden nesnenin yüksekliği veya potansiyel enerji = kilogram cinsinden nesnenin kütlesi × 9,8 × nesnenin metre cinsinden yüksekliği"
Bu formül, dünya yüzeyine yakın nesneler için iyi çalışır. Yerçekimi kuvvetinin değeri buna göre değiştirilerek, örneğin, Ay veya Mars gibi diğer yerçekimi alanlarındaki benzer senaryolara kolayca uyarlanabilir. Bununla birlikte, bir yerçekimi alanının kuvveti, kaynağından uzaklaştıkça azaldığından, bu formül yalnızca yerçekimi kuvvetindeki azalmanın önemli olamayacak kadar küçük olduğu bir yerçekimi kuyusunun yüzeyine nispeten yakın nesneler için çalışır. Bir yüzeyden nispeten uzak olan nesneler için, yerçekimi kaynağının kütlesi ve merkezinin nesneye olan uzaklığı dikkate alınmalıdır.
Yerçekimi Potansiyel Enerjisinin Kullanımı
Yerçekimi potansiyel enerjisinin muhtemelen en önemli kullanımı hidroelektrik güçtür. Bir elektrik santralinin yukarısındaki göl veya rezervuardaki suyun potansiyel enerjisi elektrik üretmek için kullanılır. Rezervuardan su boşaltılır, potansiyel kinetik enerjiye dönüştürülür ve suyun hareketi elektrik akımı üreten bir türbini çalıştırır. Düşük talep dönemlerinde, elektrik santralinde fazla elektrik olabilir ve bu da suyu rezervuara geri pompalamak için kullanılabilir ve daha fazla potansiyel enerji oluşturur.
Diğer bir uygulama, çeşitli mekanik cihazlarda kullanılan karşı ağırlıklardır. Örneğin, bazı asansör türleri, asansör kabini hareket ettiğinde düşecek şekilde bir karşı ağırlık kullanır ve bunun tersi de geçerlidir. Kabin yükselirken karşı ağırlığın potansiyel enerjisi aşağı inerken kinetik enerjiye dönüşür, böylece kabinin yukarı çekilmesine yardımcı olur ve cihaza güç sağlayan motorun yapması gereken işi azaltır. Asansör kabini, yerçekimi yardımıyla alçaldığında, karşı ağırlık tekrar yukarı çekilir ve potansiyel enerji kazanır.
Yorum Gönder