Stres Yayı Yerçekimine Meydan Okuyor

Stres yayı sarmal yay şeklinde bir oyuncak. Merdiven basamaklarından inmesi en dikkat çekici “numaralarından”. Aslında çok ilginç bir özelliği daha var.

Stres yayını bir ucundan tutun ve diğer ucunu havada serbest bırakın. Yayın aşağı ve yukarı doğru salınarak uzadığını ve bir süre sonra hareketsiz kaldığını göreceksiniz. Peki, elinizde tuttuğunuz ucu bırakırsanız ne olur?

Olası birkaç senaryo aklınıza gelebilir. Örneğin stres yayının;

· alt ve üst kısımları aynı anda düşmeye başlayabilir,

· ilk olarak üst kısmı düşmeye başlayabilir ve yay tam olarak kapandıktan sonra stres yayı bütün olarak aşağı doğru hareket etmeye devam edebilir,

· ilk olarak alt kısmı düşmeye başlayabilir,

· alt kısmı yukarı doğru, üst kısmı aşağı doğru hareket edip yay kapanabilir ve sonra bütün olarak düşmeye başlayabilir.

Ne olacağını anlamak için evde bir deneme yapabilirsiniz. Ancak stres yayı çok hızlı bir şekilde hareket ettiğinden, düşerken tam olarak ne olduğunu fark edemeyebilirsiniz. Bu yüzden ağır çekim yapabilen bir kamera kullanarak kaydedilen bu video size yardımcı olabilir. Videoda düşme sürecinde stres yayının üst kısmının aşağı doğru hareket etmeye başladığını, bu sırada alt kısmının bir süre havada asılı kaldığını, yay tam olarak kapandıktan sonra ise bütün olarak aşağı doğru düştüğünü görebilirsiniz.

Stres yayı isminden de anlaşılacağı gibi bir tür yay. Kapalı haldeki stres yayını açmak için bir kuvvet uygulamak gerekir. Stres yayı bir ucundan tutulup serbest bırakıldığında yayın ağırlığının etkisiyle gerilerek uzar. Ne kadar uzayacağı kütleçekim kuvvetinin büyüklüğüne bağlıdır. Stres yayı havada asılı haldeyken yaya etki eden yerçekimi kuvveti ile gerilme kuvveti birbirini dengeler.

Bu olgunun nedenini açıklamaya yönelik çeşitli görüşler var. Bu açıklamalardan biri şu: Stres yayı çok sayıda yay sarmalının bir araya gelmesiyle oluşan bir sistem. Dolayısıyla her bir sarmala etki eden kütleçekim kuvveti birbirine eşit değil. En üstteki yay sarmalı aşağı doğru en fazla çekilen sarmal. Çünkü hem en üstteki yay sarmalının hemen altındaki yay sarmalının uyguladığı gerilme kuvveti hem de stres yayının tamamının ağırlığı bu sarmala etki ediyor. Böylece stres yayı üstten alta doğru sırayla kapanarak düşmeye başlıyor. Bu sırada alt kısma etki eden kütleçekim kuvveti ile gerilme kuvveti birbirini dengelemeye devam ettiği için alt kısım bir süre havada asılı kalıyor. Yay tamamen kapandıktan sonra ise stres yayı bütün olarak düşmeye başlıyor.

Stres yayı serbest bırakıldıktan sonra havada asılı kalma süresi yayın toplam kütlesi ve sertliğiyle ilişkili. Bu nedenle her yayın havada belli bir asılı kalma süresi var. Ancak bu ilginç olguyla ilgili dikkat çekici bir durum daha var. Aynı stres yayını kütleçekimi Dünya’nınkinden farklı bir gökcisminde, örneğin Jüpiter’de ya da Ay’da serbest bıraksaydık yayın havada asılı kalma süresi değişmezdi. Çünkü Jüpiter’de yaya etki eden kütleçekim kuvveti daha büyük olduğundan, yayın bir ucunu serbest bıraktığımızda yay daha fazla uzayacaktır. Yayın daha fazla uzadığı durumda yayda depolanan gerilme enerjisi de daha büyük olacağı için, yayı serbest bıraktığımızda havada asılı kalma süresi değişmeyecektir.

Kaynaklar:

· http://large.stanford.edu/courses/2007/ph210/kolkowitz1/

· Cross, R. C., Wheatland, M. S., “Modeling a falling slinky”, American Journal of Physics, Cilt 80, Sayı 12, s. 1051-1060, 2012.