Ağırlıksızlık

Ağırlıksızlık ya da ağırlığın yokluğu aslında dışarıdan uygulanan kuvvetler, genellikle yerden koltuktan yataktan vb. uygulanan temas gerektiren kuvvetler, sonucu oluşan baskı ve gerilmenin yokluğudur. Sezgilere aykırı bir şekilde düzgün kütleçekimsel kuvvet tek başına gerilmeye ve baskıya neden olmaz ve b tip bir kuvvetin bulunduğu ortamda serbest düşüşte olan bir cisim g- kuvveti algılamaz ve ağırlıksız hisseder. Bu ayrıca sıfır g- kuvveti olarak adlandırılır. Cisimler kütleçekimi dışındaki kuvvetlere maruz kaldığında, santrifüjde ya da dönen bir uzay istasyonunda ya da roketleri ateşlenen bir uzay mekiğinde, kuvvet cismin eylemsizliğini bastırdığından ağırlık hissi oluşur. Bu tip durumlarda, ağırlık hissi, kütleçekimsel alan sıfır dahi olsa baskı durumu ile oluşabilir. Bu tip durumlarda g kuvveti hissedilir ve cisimler ağırlıksız değildir. Kütleçekimsel alan düzgün olmadığında serbest düşüşteki bir cisim gelgitsel kuvvetler hissedecektir ve cisim baskısız değildir. Bir karadeliğin yanında bu tip gelgitsel kuvvetler çok güçlü olabilir. Dünya göz önüne alındığında bu tip kuvvetler oldukça küçüktür. Özellikle de küçük boyutlu cisimler için. Örneğin insan vücudu veya bir uzaymekiği için. Ve bu durumlarda genel ağırlıksızlık hissi korunmuş olur. Bu durum mikroyerçekimi olarak da bilinir ve yörüngede dolanan uzay mekiklerinde oldukça yaygındır.

Newton Mekaniğinde Ağırlıksızlık

thumbSol tarafta yay herhangi bir kütleçekim kaynağından uzakta. Sağ taraftaki yay ise düzgün bir kütleçekim alanında. a) Sıfır yerçekimi ve ağırlıksız b) Sıfır yerçekimi ama ağırlıksız değil (Yay fırlamış) c) Yay serbest düşüşte ve ağırlıksız d) Yay sütunun üstünde durmakta ve ağırlık₁ and ağırlık₂'nin ikisine de sahip.

Newton mekaniğinde ağırlık kavramı mühendisler tarafından iki farklı şekilde yorumlanır.

Ağırlık₁:Bu tanımda bir cismin ağırlığı cisme uygulanan kütleçekimsel kuvvettir ve bu kavram mühendislikte yaygın olan ağırlık kavramıdır. Dünyanın yüzeyine yakın konumlarda kütlesi 1kg olan bir cismin ağırlığı hareket hâlinden (serbest düşüş vs.) bağımsız olarak yaklaşık olarak 10N olacaktır. Bu anlamda ağırlıksızlık cismi çekim kaynağından uzaklaştırılarak elde edilebilir. Ağırlıksızlık ayrıca cismi iki kütleçekimsel cismin arasındaki doğal denge noktasına koyarak da elde edilebilir.

Ağırlık₂:Ağırlık ayrıca ölçekler ile ölçüldüğünde elde edilen değer olarak da yorumlanabilir. Burada ölçülen şey cisim tarafından ölçeğe uygulanan kuvvettir. Standart bir tartma işleminde ölçülen alet yerçekimi kuvvetini iptal ettiği için cisim denge konumundadır. Newton’un 3. Yasasına göre cisim tarafından ölçeğe uygulanan ters yönde ve eşit büyüklükte bit kuvvet vardır. Bu kuvvet ağırlık olarak adlandırılır. Bu kütleçekimsel bir kuvvet değildir. Tipik olarak bu bir temas kuvvetidir ve cismin kütlesi boyunca düzgün değildir. Eğer cisim bir serbest düşüş yapan asansörün içine tamamen düzgün bir yerçekimsel alanda ölçeğe konulursa ölçekte görülecek değer sıfır olacaktır. Bu durumda cisim ağırlıksızdır denir. Diğer bir deyişle cismin ağırlığı w=0 dır. Bu mühendislik alanında ağırlıksızlık konusunda baskın olan görüştür. Cismin baskı altında olmadığı ve herhangi bir deformasyona uğramadığı bir durumu tarif eder. Bu “düzgün yerçekimsel alanda serbest düşüş yapan” cisim için ağırlıksızlıktır. (Eğer yerçekimsel alam düzgün değilse ya da cisim dışarıdan kuvvetlerin etkisinde ise, örneğin, bu kuvvetler birbirlerini iptal edip bir baskı durumu oluşturduğunda ama cisim yine de ağırlıksız olduğunda durum daha da karmaşık hâle gelir.)

Toparlamak gerekirse ilk tanımın daha baskın olduğu iki farklı ağırlık tanımına sahibiz ama ağırlıksızlık tipik olarak ağırlığın yokluğu ile değil kuvvetle birlikte olan baskının yokluğundan kaynaklanır. Bu aşağıda tasarlanan ağırlıksızlık algısıdır.

Bir cisim tamamen baskısızdır ve sıfır ağırlık₂ uygular, tıpkı düzgün yerçekimsel alanda serbest düşüşteki gibi cisim üzerindeki tek kuvvet ağırlık₁ olduğu zamanki gibi. Alt simgeler olmadan kulağa tuhaf gelen bir sonuç elde edilir. “Cisme uygulanan tek kuvvet ağırlığı olduğu zaman cisim ağırlıksızdır.” Newton'un kafasına düşen elma bu durumu anlatmak için kullanılabilir. Bir elma yaklaşık 1N ağırlığındadır. Bu ağırlığın düşüş boyunca ağırlık₁) sabit olarak kabul edilir ancak düşüş sırasında ağırlık₂ sıfırdır. (Hava direnci yok sayılmıştır ve elma üzerinde herhangi bir baskı yoktur.) Bu bir insana kütleçekimi kuramını oluşturtacak kadar yeterli büyüklüktedir. Elma Newton'un kafasına çarptığında Newton'un hissettiği çarpma şiddeti elmanın düştüğü yüksekliğe ve çarpma anında 1 N'dan birkaç kat fazla olabilme ihtimali olan ağırlık₂'ye bağlıdır. Bu, bahsi geçen harika insana kütleçekim kuramını bulduracak kadar yeterli büyüklüktedir. Aşağıya doğru inerken elma serbest düşüştedir ve kütleçekimi alanı düzgün olduğundan herhangi bir müdahale hissetmemiştir.

Serbest Düşüş Sırasında Baskı

Düzgün Kütleçekimsel Alanda: Bir cismi iki parçaya bölen bir kesit göz önüne alındığında iki parça da aynı ivmeye sahiptir ve dış kaynaktan üzerlerine uygulanan kuvvet ikisi içinde aynıdır. İki cisim arasında birbirlerine karşı herhangi bir kuvvet uygulaması bulunmamaktadır. Kesitlerdeki baskı sıfırdır. Ağırlık₂ sıfırdır.
Düzgün Olmayan Kütleçekimsel Alanda: Sadece kütleçekim kuvvetinin etkisi altında cismin bir parçası diğerinden farklı bir ivmeye sahip olabilir. Bu etki cismin deforme olmasına neden olur ve cisim bu deformasyona karşı koyarsa bir iç baskı oluşmasını sağlar. Bu durumda ağırlık₂ 0 değildir.

Baskıyı ağırlığın belirleyicisi olarak kullandığımız bu tartışma boyunca cismin iki parçası tarafından birbirleri üzerinde oluşması mümkün olan baskı bu durumla alakalı değildir. Alakalı olan baskılar sadece cisme uygulanan dış kuvvetler tarafından oluşturulanlardır. Ağırlıksızlığın anlamı ve kullanılması günlük yaşantımızda tecrübe ettiğimiz ağırlık hissinin sadece yerçekimi tarafından değil yerçekimine karşı koyan diğer mekanik kuvvetler sayesinde de oluştuğudur. Düz bir şekilde serbest düşüş yapan ya da serbest düşmenin karmaşık bir birincil yörüngesinde (azaltılmış yerçekimi uçağı ya da uzay istasyonunun içi) bulunan bir cisim ağırlık hissini oluşturan kuvvetleri algılayamadıklarından ağırlıksız hisseder.

Kütleçekimi Dışındaki Kuvvet Alanları

Yukarıda anlatıldığı gibi ağırlıksızlık 1. Cisim üzerine uygulanan bir kuvvet olmadığında 2. Düzgün kütleçekiminin tek başına etkin olduğu durumlarda ortaya çıkar. Tamamlanmışlık açışından 3. Olarak ufak bir şartın eklenmesi gerekir. Bu, cisim üzerine etkiyen kuvvetin kütleçekimi olmadığı ama cismin kütlesi boyunca eşit olarak dağılan bir kuvvet olduğu durumlar içindir. Düzgün elektrik alanda bulunan elektrik ile yüklenmiş bir cisim, düzgün yüklenmiş, bu duruma örnek olarak verilebilir. Elektrik yükü bu durumda kütleçekiminin yerine geçer. Bu durumdaki bir cisim üzerine herhangi bir baskı olmayacaktır ve bu nedenle cisim ağırlıksız olarak kabul edilecektir. Birçok havaya yükselme etkisi bu kategoriye (en azından yaklaşık olarak) girecektir.

Ağırlıksızlık ve Özgün İvme

Serbest düşüşteki bir cisim (tanıma göre hiçbir aerodinamik kuvvete sebep olmayan) dünyanın yüzeyinin yakınlarında yüzeydeki bir koordinat düzlemine göre yaklaşık olarak 10 ms-2'lik bir ivmeye sahip olur. Eğer cisim serbest düşen bir asansörün içindeyse ve asansörden herhangi bir itme veya çekmeye maruz kalmıyorsa asansöre göre ivmesi sıfır olacaktır. Diğer bir taraftan eğer cisim üzerine asansör tarafından kuvvet uygulanıyorsa serbest düşen asansöre göre bir ivmesi olacaktır. Yerçekimi nedeniyle olmayan bu ivmeye özgün ivme denir. Bu yaklaşımda özgün ivme sıfır olduğunda ağırlıksızlık meydana gelir.

Ağırlıksızlıktan Nasıl Kaçınılır

Ağırlıksızlık, düzgün olmayan kuvvetlerin etkisinde hissedilen etkinin tersidir. Bunlara:

Yerçekimini karşılayan yer tarafından uygulanan bir kuvvetin olduğu durumlarda. Yerde durmak, yerdeki bir sandalyede oturmak gibi
Destek kuvvetinin kanatların sağladığı kaldırma kuvveti ile oluştuğu durumlarda. Uçakta gitmek
Atmosferik sürüklemenin yavaşlattığı durumlarda. Atmosfere giriş sırasında ya da paraşüt kullanırken
Uzay mekiğinde yörüngesel hareket sırasında ya da kalkış esnasında roket motorlarının itiş sağladığı zamanlarda

gibi durumlar örnek olarak verilebilir.

Gelgitsel Kuvvetler

Bir karadeliğin yanında bulunan elastik bir iple birbirine bağlanmış iki küp.Cisimler sağa doğru (karadeliğe) düştükçe ip gerilir.

Gelgitsel kuvvetler kütleçekimsel alanın düzgün olmadığı zamanlarda ortaya çıkar. Bu tabii ki bir kuraldır ve kesin konuşmak gerekirse sonlu hacme sahip serbest düşüş yapan tüm cisimler gelgitsel kuvvetlerin etkisinde kalır. Bunlar cismin tek bir noktasını düşündüğümüz durumlar dışında eylemsiz hareketle ortadan kaldırılamayacak şeylerdir. Dünya serbest düşüştedir ama gelgitlerin varlığı onun düzgün olmayan bir kütleçekimsel alanda olduğunu belirtir. Bu düzgün olmayan alan ay ve dünya yüzündendir. Güneşin oluşturduğu kütleçekimsel alan aydan dolayı oluşan alandan daha büyüktür ama aydan dolayı oluşan gelgitsel kuvvetle karşılaştırıldığında oluşturduğu gelgitsel kuvvet oldukça küçüktür. Bunun nedeni aradaki mesafelerdir. Dünyanın ağırlığı(1) temelde güneşin çekim kuvvetinden dolayıdır. Ama gelgitlerle görülen baskı ve deformasyon ayın yakınındaki düzgün olmayan çekimsel alandan ötürüdür. Bölgelerin alanlarının çekime uğrayan kütlenin kuvvet kaynağı arasındaki mesafe ile ilişkili olduğu düşünülürse düzgün olmayan çekimsel kuvvet varsayımı güzel bir yaklaşıma sahip olur. Bundan dolayı bir insan Dünyanın yarıçapına göre çok ufaktır ve yüzeyde bulunan bu insan için oluşan alan neredeyse düzgün olan bir alandır. Alan tam anlamıyla düzgün olmayan bir alandır ve mikroçekim denilen fenomenden sorumludur. Karadeliklerin yakınlarındaki cisimler de çok fazla oranda düzgün olmayan çekimsel alan etkisi altında kalırlar.

Referans Çerçeveleri

Tüm eylemsiz referans çerçevelerinde ağırlıksızlık meydana geldiğinde, Newton'un birinci hareket yasasına referans çerçevesinde bölgesel olarak uyulur. Çerçevenin içinde (Örn. Yörüngede dolaşan bir gemi ya da serbest düşüş yapan bir asansör) üzerinde kuvvet olmayan cisimler çerçeveye göre olan hızlarını korurlar. Başka bir şeyle temas hâlinde olmayan cisimler serbestçe süzülürler. Eğer eylemsiz yörünge yerçekiminden etkilenirse referans çerçevesi çekim alanının dışından ivmelenen bir çerçeve olarak görülür. Ve bu çerçevenin içindeki cisimler bir kuvvetin etkisi altındaymış gibi görünür. (Sözde yer çekimi) Daha önce de bahsedildiği gibi sadece yerçekimi etkisi altında olan cisimler onun etkilerini hissetmezler. Bu nedenle ağırlıksızlık sadece özel eliptik bir rotayı takip eden uçağın içinde kısa zaman aralıklarında hissedilir. Ancak bu rota sıklıkla parabolik uçuş ile karıştırılır. Sıfır-G,“Sıfır Yerçekimi”, İvmeölçerler Sıfır-g ağırlıksızlık anlamına gelen alternatif bir terimdir ve serbest düşüşteki bir asansörde gözlemlenebilir. Sıfır-g, yerçekiminin yokluğundan farklıdır. Çünkü evrendeki her yerde kütleçekimi olduğundan bu imkânsızdır. “Sıfır-kütleçekimi” gelgitsel etkileri yok saydığımızda etkili ağırlıksızlık anlamında da kullanılabilir. Mikroçekim, ağırlıksızlığın var olduğu ama g- kuvvetinin cisim gelgitsel kuvvetlerden dolayı baskı yarattığı durumları belirtmek için kullanılır. İvmeölçerler sadece g-kuvvetini yani ağırlık(2)'yi (= kütle x özgün ivme) tespit edebilirler. Serbest düşüş ile bağlantılı ivmeyi tespit edemezler.

Ağırlık Hissi

Ayaklardaki kuvvet göbek deliği doğrultusunda hissedilen kuvvetin yaklaşık iki katıdır.

İnsanlar ağırlıklarını kişinin üzerinde durduğu ya da oturduğu destekleyici cismin yüzeyinden kişiye uygulanan normal kuvvet sayesinde fark ederler. Bu kuvvetin yokluğunda kişi serbest düşüşte olacaktır kendini ağırlıksız hissedecektir. Ağırlık hissine yol açan şey tepki kuvvetinin insan vücuduna iletimidir ve vücudun dokularındaki bileşke sıkıştırma ve gerilimdir. Yaygın Bir Kavram Hatası Yörüngede dolaşan uzay araçları için genel olarak düşünülen şey yerçekimsiz ortamda çalıştıklarıdır. Einstein'ın genel göreliliği açısından bu durum biraz anlamlı gelse de Newton fiziğinde bu kanı teknik olarak yanlıştır.

Ekvatorda işaretlenen bir noktanın üzerinde duran sabit konumlu bir uydu. İşaretli noktadaki bir gözlemci, gökyüzü boyunca hareket eden diğer gök cisimlerinin aksine uyduyu sürekli tam üstünde görecektir.

Uzay araçları yörüngesinde döndükleri gezegenin uyguladığı çekim kuvveti sayesinde yörüngede kalırlar Newton fiziğinde astronotlar tarafından hissedilen ağırlıksızlık hissi yerçekimi ivmesinin sıfır olmasından değil serbest düşüş etkisi nedeniyle astronotlar üzerinde sıfır g-kuvveti olmasından ve astronot ve uzay aracı arasında ivme açısından bir fark olmaması nedeniyledir. Uzay gazetecisi James Oberg bu fenomeni şu şekilde açıklamıştır.

Uyduların yörüngede kalmalarının nedeninin “Dünya’nın çekim kuvvetinden kurtuldukları” için olduğu efsanesi Yörüngede dolanan uzay araçları için serbest düşme şartını belirten “sıfır yerçekimi” kelimesinin neredeyse evrensel yanlış kullanımı yüzünden sürekli gündemde kaldı. Bu doğru değildir. Yerçekimi uzayda da var olmaktadır. Uyduları uzayın boşluğuna uçup gitmekten koruyan bu yerçekimidir. Kayıp olan nokta ağırlıktır yani kütleçekimsel kuvvete karşıt kuvvet tarafından uygulanan dirençtir. Uyduları uzayda tutan- Yerçekimi nedeniyle Dünya’ya çekilirken- onların ufkun üzerinden düşme imkânı tanıyan inanılmaz hızlarıdır. Dünya’nın küreselliği ve eğilimli geri çekilmesi gezegenlerin yeryüzüne düşüşünü dengeler. Uyduları dünyanın etrafında yörüngede tutan şey yerçekiminin yokluğu değil uyduların süratleridir.

Görelilik

Einstein'ın genel görelilik teorisi ile çalışan modern bir fizikçiye göre yukarıda anlatılan durum bahsedildiğinden çok daha karmaşıktır. Einstein'ın, teorisi eylemsiz referans çerçevesinde hareket eden cisimlerin (bir asansörün içinde düşmek, uçağın içinde parabolik hareket ya da gezegenin yörüngesinde dönmek gibi) durgun çerçevelerinde bölgesel çekimsel kuvvet kaybına maruz kaldığının düşünülmesinin geçerli bir durum olduğunu öne sürer. Bu nedenle astronot ya da yörüngedeki geminin bakış açısına göre tıpkı uzayda herhangi bir kütleden çok uzakta olması durumu gibi neredeyse 0 özgün ivme vardır. Bu yüzden düşmekte olan bir gözlemcinin bakış açısından bu tip durumlarda çekimsel alanın olmadığını varsaymak geçerli bir durumdur. Ancak düşen gözlemciye göre yerçekiminin kaybı Einstein'ın teorisine göre Dünya ile aradaki mesafenin artmasından değil düşme hareketinin kendisinden kaynaklanmaktadır. Ancak yerçekiminin olmadığının kabul edilmesine rağmen aslında eğer diğer tüm kuvvetler kaldırılırsa saf kütleçekimsel etkileşim hissedilemez. Diğer tüm kuvvetlerin kaldırılması Einstein'ı kütleçekimsel kuvvetin bazı durumlarda var olmadığı görüşüne ulaşmasında anahtar rol oynadı. Eğimli zaman ve uzayda cisimler kesel yolları kullanmaya eğilimlidir. Bu uzay ve zamanı düz kabul eden Newtoncu gözlemciler tarafından bir kuvvet olarak açıklanmıştır ve bu nedenle eğimli yollara ihtiyaç duymamıştır. Genel görelilik teorisinde kuvvet uygulayan cismin yakınında düşüş yolu ya da eylemsiz bir yol takip eden cisim için (düşen gözlemci için bile) var olan tek çekim kütleçekimsel alan içinde kalan düzensizliklerdir. Newton dinamiğine göre basit gelgitsel etkiler olan bu düzensizlikler doğal kütleçekimsel bir alanda düşen ve sıkıştırılmış bir kütleden oluşan cisimler tarafından hissedilen mikroçekimi oluşturur. Bu gelgitsel kuvvetlerin sebebi bu tip bir alanın başnoktasının merkezlenmiş bir noktada olması ve bundan dolayı ıraksaması ve dayanıklılığının kütleden olan uzaklığa göre hafifçe değişmesidir. Bundan dolayı cismin yörüngesinde dönmek ve düşmek arasında değişecektir. Mikroçekim terimi (Newtoncu bakış açısından gelen için aşırı teknik bir terimdir) genel görelilik görüşü açısından geçerli ve betimseldir.

Mikroçekim

Mikroçekim (mikro-g) terimi ağırlıksızlık ve sıfır-G için eş anlamlı olarak kullanılabilecek bir terimdir. Ama g-kuvvetinin tam olarak sıfır değil sadece çok küçük olduğunu belirtir.

Ağırlıksızlık ve Azaltılmış Ağırlık Ortamları

Sıfır yerçekimi uçuş manevrası

Uçakta Azaltılmış Ağırlık

Uçaklar 1959'dan beri astronotları eğitmek, film çekmek vs. amaçlar için neredeyse ağırlıksız bir ortam oluşturmaktadırlar. Bu tip uçaklar genelde “Kusmuk Kuyrukluyıldızı” takma adı ile bilinirler. Ağırlıksız bir ortam yaratmak için uçak altı mil uzunluğunda bir parabolik yay boyunca uçar. Önce tırmanır ve sonra hızlı dalışa geçer. Havada bir yayçizerken uçağın itki sistemleri ve dümeni kontrol edilerek havanın neden olduğu sürükleme kuvveti iptal edilir ve uçağı sanki havasız bir ortamda serbest düşüş yapıyormuş gibi bir duruma sokar. Bu süreçte uçağın içindekiler 25 saniye süren bir ağırlıksızlık hissederler. Bu ağırlıksızlık evresinden önce uçak parabolü tırmanırken içerdekiler yaklaşık 2g'lik bir kuvvete maruz kalırlar. Tipik bir uçuş yaklaşık 2 saat sürer ve toplamda 50 parabol uçuşu gerçekleştirilir.

NASA’nın KC-135A adlı uçağı sıfır yerçekimi manevrası için yükselirken.

NASA’nın Azaltılmış Yerçekimi Uçağı

Bahsedilen tipteki uçaklar 1973'ten beri NASA'nın Azaltılmış Yerçekimi Araştırma Programı tarafından kontrol edilmektedir. Uçakların takma isimleri tanıtım amacıyla daha sonradan “Ağırlıksız Mucize” olarak değiştirilmiştir. NASA'nın en son kullandığı Azaltılmış Yerçekimi Uçağı “Ağırlıksız Mucize VI” adlı bir McDonnel Douglas C-9 modelindeki bir uçaktır ve Lyndon B. Johnson Uzay Merkezinin yakınındaki Ellington Havaalanında bulunmaktadır. NASA'nın Mikroçekim Üniversite'sinin Azaltılmış Yerçekimi Uçuş Fırsatları Planı ya da bilinen adıyla Azaltılmış Yerçekimi Öğrenci Uçuş Fırsatı Programı lisans öğrencilerinden oluşan gruplara bir mikroçekim deneyi önerisinde bulunmalarına izin verir. Eğer seçilen takım deneylerini tasarlar ve uygularlarsa bu öğrenciler NASA'nın Kusmuk Kuyrukluyıldızını uçurmak için davet edilirler.

Avrupa Uzay Ajansı A300 Sıfır-G

Avrupa uzay ajansı parabolik uçuşlarını Airbus A300 B2 modelindeki bir uçakla yapmaktadır. Mikroçekim araştırmalarını gerçekleştirmek için AUA, ardışık günlerde gerçekleşen üç uçuştan oluşan bir uçuş grubu düzenler. Her uçuş yaklaşık 30 parabolden oluşur ve her uçuşta toplamda 10 dakika ağırlıksız kalınır. AUA'nın uçuşları genelde Fransa'nın Bordeaux ş şehrindeki Mérignac Havaalanında Novaspace şirketi tarafından gerçekleştirilir. İlk AUA Sıfır-G uçuşları 1984'te NASA KC-135 adlı uçağını kullanarak Houston Texas'ta gerçekleştirilmiştir. Mayıs 2010'dan beri AUA 52 uçuş grubu ve 9 öğrenci uçuş grubu düzenlemiştir. AUA'nın kullandığı diğer uçaklar ise Rus IIyushin II-76 MDK ve Fransız Caravelle uçaklarıdır. Diğerleri 1993'te Peter Diamandis, Byron Lichtenberg ve Ray Cronise tarafından kurulan Sıfır Yerçekimi Şirketi, 25-30 saniyelik ağırlıksızlık yaratan değiştirilmiş bir Boeing 727 kullanmaktadır. Uçuşlar turizm ve araştırma amaçlı satın alınabilmektedir.

Yer Temelli Düşüş Tesisleri

NASA Sıfır yerçekimi araştırma merkezinde yapılan sıfır yerçekimi testi.

Ağırlıksızlık koşulları yaratan yer temelli düşüş tesisleri düşürme kulesi ya da düşürme tüpü olarak bilinir. NASA'nın Sıfır Yerçekimi Araştırma Tesisi, Glenn Araştırma Merkezinde Cleveland Ohio'da bulunmaktadır. Burada yerin altında 145 metrelik bir şaft ve buna entegre edilmiş vakumlu düşürme haznesi bulunmaktadır. Deney aracı 5.18 saniye boyunca 132 metrelik bir düşme mesafesini kat etmektedir. 4.5 metrelik mesafede 65g'lik bir ivme ile durmaktadır. Bunun haricinde NASA Glenn'de 2.2 Saniye Düşürme Kulesi adında 24.1 metrelik düşme mesafesi olan bir düşürme kulesi daha vardır. Hava sürtünmesini önlemek için sürtünme kalkanları kullanmaktadır ve tüm sistem 3.3 metre uzunluğundaki bir hava yastığı ile durdurulmaktadır. Ortalama 20 g'lık bir durdurma ivmesine sahiptir. Sıfır Yerçekimi Araştırma Tesisi günde bir ya da iki düşürme yapabilirken, 2.2 Saniye Düşürme Kulesi günde 12 düşürme yapabilir. NASA'nın Marshall Uzay Uçuşları Merkezinde vakum ortamına yakın ortamlarda düşüşler yapan 4,6 saniyelik ve 105 metre uzunluğunda olan bir tane daha düşürme tüpü vardır. Durdurma ivmesinin insan hayatını tehlikeye atacak boyutlarda olmasından dolayı bu araçları insanlar kullanmamaktadır. Dünyadaki diğer düşürme tesisleri:

Mikro-Çekim Laboratuvarı- Japonya 4.5 saniye düşüş
Metalürji Bölümünün deneyse düşürme tüpü – Grenonle 3.1 saniye düşüş
Fallturrm Bremen Üniversitesi- Bremen 4.74 saniye düşüş
Queensland Teknoloji Üniversitesi Düşürme Kulesi 2.0 saniye düşüş

Doğal Kaldırma Kuvveti

Ağırlıksızlık, insan deneklerin ve ekipmanların ortamda dolaşabilecek duruma gelene kadar ağırlaştırılması ya da kaldırılması ile doğal kaldırma kuvveti oluşturularak taklit edilebilir. NASA uzay taşıtı dışı etkinliklere hazırlanmak için Doğal Kaldırma Kuvveti Laboratuvarlarına doğal kaldırma kuvvetini kullanmaktadır. Doğal kaldırma kuvveti ayrıca Maryland Üniversitesinin Uzay Sistemleri Laboratuvarında da kullanılmaktadır. Doğal kaldırma kuvveti ağırlıksızlıkla tam olarak aynı değildir. Doğal kaldırma kuvveti tankında cisimlere hâlâ yerçekimi etki etmektedir. Bu nedenle astronotlar ağırlığın çok iyi bir biçimde dağıtılmış olmasına rağmen uzay giysileri içinde kendi vücut ağırlıklarını hissetmeye devam etmektedirler. Kıyafet ve astronot suda süzülen cisimler gibi herhangi bir kuvvetin etkisi altında değildir. Ayrıca su tarafından oluşturulan ve havasız ortamda gözlenmeyen bir sürükleme kuvveti mevcuttur.

Uzay Aracında Ağırlıksızlık

Yörüngede dolaşan bir uzay gemisi için ivme ve hız vektörleri arasındaki ilişki.

Astronot Marsha Ivins uzun saçları ile ağırlıksızlık etkisini gösterirken

Motorları çalışmayan, dönüş yapmayan ve atmosferin dışında bulunan bir uzay aracında uzun süreli ağırlıksızlık hissedilebilir. Eğer motorlar ateşlenirse ya da atmosfere giriş yapılırsa bu ağırlıksızlık etkisi ortadan kalkacaktır. Motorlardan sağlanan itme kuvveti rokete düzgünce etki etmek yerine roket püskürtücülerine etki eder ve sıkıştırma ve germe kuvvetleri olarak aracın yapısı boyunca ilerler ve içindeki insanlara ulaşır. Yörüngede dönen bir uzay aracındaki ağırlıksızlık serbest düşmeyle aynıdır ancak kütleçekimi ivmesi uzay aracının hızının büyüklüğü yerine yönünü değiştirir. Bunun nedeni ivme vektörünün hız vektörüne dik olmasıdır. Tipik bir serbest düşüş olayında yerçekimi ivmesi cismin hızı ile aynı yöndedir ve hızını doğrusal olarak arttırarak Dünya'ya düşmesini sağlar ya da eğer Dünya'dan ayrılıyorsa yavaşlatır. Yerçekimi ivmesine dik doğrultuda bir hıza sahip olan uzay aracında ise kütleçekimsel ivme cismin hızında net bir değişikliğe yok açmaz ama bunun yerine merkezcil olarak etki eder ve Dünya'nın etrafında döndükçe uzay aracının hızını sabit bir şekilde döndürür. Çünkü ivme vektörü de hız vektörü ile beraber dönmektedir ve sürekli birbirlerine dik konumda kalırlar. Hız vektörünün yönünde bir değişim olmasa uzay aracı düz bir çizgide ilerleyerek Dünya'yı terk ederdi.

Bir Gezegenin Merkezinde Ağırlıksızlık

Küresel simetrik bir merkezindeki kütleçekimsel kuvvet sıfırdır. Bu durum simetri nedeniyle oldukça açıktır ve ayrıca Newton'un simetrik bir kabuğun içinde kütleçekimsel kuvvetin sıfır olduğunu söyleyen kabuk yöntemi ile bu durum anlaşılabilir.

İnsan Sağlığına Etkileri

Astronot Clayton Anderson Discovery uçuşu sırasında bir su baloncuğu olarak kendi önünde süzülürken. Kohezyon uzayda büyük rol oynar.

Uzay istasyonlarının gelişiyle bu merkezler uzun süre yaşanılan ve ağırlıksızlığa maruz kalınan yerler hâline geldi. Bu tip ortamlarda uzun süre yaşamanın insan sağlığına zararlı etkileri olduğu belirtilmiştir. İnsanlar Dünya'nın yüzeyindeki şartlara uyum sağlamak için en iyi şekilde adapte olmuşlardır. Uzun süre ağırlıksızlığa mazur kalındığında çeşitli fiziksel sistemler değişmeye ve körelmeye başlamaktadır. Bu etkiler kısa süreli olsa da uzun süreli etkiler de ortaya çıkabilir. Ağırlıksızlığa uzun süre kalan insanlarda en sık görülen problem uzay adaptasyonu sendromu olarak bilinen sendromdur. UAS genelde uzay tutması olarak da adlandırılır. UAS'nin belirtileri baş ağrısı, kusma, vertigo ve vücutta kırıklık olarak belirtilmiştir. İlk UAS vakası kozmonott Gherman Titov tarafından 1961'de rapor edilmiştir. O zamandan beri uaya çıkan insanların %45'i UAS'ye yakalanmıştır. Uzay tutmasının süresinin değişke olmasına rağmen 72 saatten fazla sürmediği görülmüştür. UAS'nin etkileri geçtikten sonra vücut bu yeni ortama uyum sağlar. Ağırlıksızlığa maruz kalmanın en ciddi ektisi kas körelmesi ve iskelet sistemindeki bozulmalardır. Bu etkiler egzersiz ile giderilebilir. Ağırlıksızlığa uzun süre maruz kalan astronotlar bacak kemiklerini sıkıştırıp iskelet sistemindeki bozulmayı engellemek için lastik banlar içeren pantolonlar giyer. Ağırlıksızlığın diğer etkileri ise vücuttaki sıvının yeniden dağılması, kardiovasküler sistemin yavaşlaması, alyuvar üretiminin azalması… Olarak sıralanabilir. Bu etkiler Dünya'ya dönüldüğü anda kaybolmaya başlar. 31 Aralık 2012'de NASA destekli bir çalışma uzay uçuşlarının astronotların beyinlerini etkilediğini ve Alzherimer hastalığına yakalanma riskini arttırdığını belirtti.

İnsan Olmayan Organizmalar Üzerindeki Etkisi

Rus bilim insanları uzaya gönderilen ve ormanda yaşayan hamamböcekleri arasındaki farkları incelediler. Uzaya giden hamamböceklerinin daha hızlı büyüdüğünü ve daha dayanıklı olduklarını gözlemlediler. Yerçekimsiz ortamda döllenen kümes hayvanı yumurtaları doğru şekilde gelişmeyebilir. 2006 Uzay Mekiği deneyinde besin zehirlenmesine neden olan Salmonella typhimurium adlı bakterinin uzayda yetiştiğinde daha tehlikeli olduğu gözlemlendi.

Sıfır Yerçekimine Teknik Adaptasyon

Dünya’da (solda) ve Uzayda (sağda) gözlemlenen mum ışığı

Ağırlıksızlık teknolojik aletler üstünde ve özellikle de çok fazla mobil parça içerenlerde ciddi sorunlara yok açabilir cismin ağırlığına dayanan fiziksel süreçler belirli yerçekimi değerlerinde farklı işlemektedir. Kohezyon ve adveksiyon uzayda büyük rol oynamaktadır. Adaptasyonlar olmadan sıradan günlük eylemleri bile gerçekleştirmek imkânsızdır. Uluslararası Uzay İstasyonunda astronotlar tuvalete gitmek için kendilerini bir kemerle oturağa bağlamalıdırlar. Herhangi bir sıvıyı tüketmek için se kamış veya tüplere ihtiyaç duyarlar.