g Kuvveti Nedir?

Araba yarışları ya da uçaklar ile ilgili televizyon programlarında pilotların 4 g ya da 5 g’ye maruz kaldığı gibi ifadeler duyarız. Peki bu ifadeler tam olarak ne anlama geliyor?

g kuvveti terimi, bir nesnenin “birim kütlesinin” maruz kaldığı, ağırlık hissi uyandıran “mekanik” kuvveti ifade etmek için kullanılır. Bu ifadelerdeki g, yeryüzündeki ortalama değeri yaklaşık 9,8 m²/s olan yer çekimi ivmesine karşılık gelir. Örneğin bir nesnenin 3 g’ye maruz kalması her bir birim kütlesine 3 g büyüklüğünde yani yaklaşık olarak 29,4 kgm²/s büyüklüğünde mekanik kuvvet etki ettiği anlamına gelir. Bu değeri nesnenin kütlesi ile çarptığımızda nesneye etki eden toplam mekanik kuvveti buluruz.

Konuyu daha iyi açıklamak için birkaç örneği ele alalım. Atmosferde serbest hâlde düşmekte olan bir nesne olsun ve hava sürtünmesini ihmal edelim. Nesne yer çekimi etkisiyle yerküreye doğru ivmelenir. Ancak etkisinde olduğu yer çekimi kuvveti mekanik bir kuvvet değildir. Cisme etki eden hiçbir mekanik kuvvet olmadığı için cisim 0 g’ye maruz kalır. Başka bir deyişle ağırlıksız ortamdadır. Peki ya yerküre üzerinde durmakta olan bir insan? İnsan da serbest düşmekte olan nesne gibi yer çekimi etkisindedir. Ancak üzerinde bulunduğu zemin serbestçe yerkürenin merkezine doğru ivmelenmesine engel olur. İnsan temas hâlinde olduğu zemine ağırlığı kadar bir kuvvet uygular. Newton’un hareket yasalarının üçüncüsü uyarınca, zemin de eşit büyüklükte ancak zıt yönlü bir kuvvetle karşılık verir. Kütlesi m olan bir insanın ağırlığı mg olduğu için birim kütleye etki eden kuvvet g büyüklüğündedir. Dolayısıyla yerküre üzerinde durmakta olan bir insan yukarı yönlü 1 g büyüklüğünde bir g kuvvetine maruz kalır.

Şimdi de araba yarışları sırasındaki bir pilotu ele alalım. Araç saatte 300 kilometre hızla 150 metre çapında yatay düzlemdeki çembersel bir virajı dönüyor olsun. Basit bir hesapla*, aracın savrulmadan virajı dönebilmesi için virajın merkezine doğru yaklaşık olarak 4,7 g büyüklüğünde bir merkezcil ivmeye sahip olması gerektiğini bulabiliriz. Dolayısıyla pilotun her bir birim kütlesi yatay yönde 4,7 g büyüklüğünde bir mekanik kuvvete maruz kalır. Zeminin, pilotun her bir birim kütlesine uyguladığı 1 g büyüklüğündeki dikey mekanik kuvveti de hesaba katarsak, pilota etki eden toplam mekanik kuvvetin büyüklüğünü (Kuvvetin vektörel bir büyüklük olduğunu unutmayalım.) yaklaşık olarak 4,8 mg olarak hesaplarız. Başka bir deyişle pilot kendi ağırlığının yaklaşık 4,8 katı büyüklükte bir mekanik kuvvete maruz kalır.

Peki bir insanın dayanabileceği en yüksek g kuvveti ne kadardır? Bu sorunun cevabı, kuvvete ne kadar uzun süre maruz kalındığına bağlı olarak değişir. Bir insanın yumuşak dokuları önemli bir zarar görmeden kısa bir süreliğine, örneğin bir kaza sırasında, yüzlerce g’ye maruz kalabilirken bir dakikadan uzun bir süre 16 g’ye maruz kalmak ise ölümcül olabilir. 

* Düzgün dairesel hareket için gerekli olan merkezcil ivmenin büyüklüğü, v hız ve r yarıçap olmak üzere v²/r’dir.