Gelgit kuvveti

Gelgit kuvveti veya gelgit oluşturan kuvvet, bir cismi, diğer cisimden gelen yerçekimi alanındaki güçteki uzamsal değişimler nedeniyle başka bir cismin kütle merkezine doğru veya bundan uzağa doğru uzatan bir yerçekimi etkisidir. Katı dünya gelgitleri, gelgit kilitlenmesi, gök cisimlerinin parçalanması ve Roche sınırı dahilinde halka sistemlerinin oluşumu ve aşırı durumlarda nesnelerin spagettileşmesi dahil olmak üzere gelgitlerden ve buna bağlı diğer etkilerin oluşumundan sorumludur. Bunun nedeni, bir cismin bir diğerinin uyguladığı yerçekimi alanının, o cismin parçaları arasında sabit olmaması nedeniyle yakın kısmın, uzak kısma göre daha güçlü bir şekilde çekilmesidir. Oluşan bu fark yakın tarafta pozitif, uzak tarafta ise negatiftir, bu da nesnenin gerilmesine neden olmaktadır. Bu nedenle gelgit kuvveti aynı zamanda diferansiyel kuvvet, artık kuvvet veya yerçekimi alanının ikincil etkisi olarak da bilinmektedir.

Gök mekaniğinde kullanılmakta olan "gelgit kuvveti" ifadesi, bir cismin veya malzemenin (örneğin gelgit suyu) esas olarak ikinci bir cismin (örneğin Dünya) yerçekimi etkisi altında olduğu, ancak aynı zamanda üçüncü bir cismin (örneğin Ay) yerçekimi etkileriyle tedirgin edildiği bir durumu ifade edebilir. Bu tür durumlarda tedirgin edici kuvvete gelgit kuvveti adı verilmektedir^[2] (örneğin, Ay'daki bozucu kuvvet ) ki bu, üçüncü cismin ikinciye uyguladığı kuvvet ile üçüncü cismin birinciye uyguladığı kuvvet arasındaki farktır.^[3]

Açıklama

Bir cisme (cisim 1) başka bir cismin (cisim 2) yerçekimi etki ettiğinde, cismin cisim 2'ye bakan tarafı ile cisim 2'den uzağa bakan tarafı arasındaki fark 1. cisim açısından önemli ölçüde değişebilir. Şekil 4, küresel bir cisim (cisim 1) üzerinde başka bir cisim (cisim 2) tarafından uygulanan diferansiyel yerçekimi kuvvetini göstermektedir. Gelgit kuvvetleri olarak adlandırılan bu kuvvetler her iki cisimde de gerilmelere neden olur ve onları deforme edebilir, hatta aşırı durumlarda birini veya diğerini parçalayabilir.^[4] Roche limiti, gelgit etkilerinin bir cismin parçalanmasına neden olacağı bir gezegenden uzaklıktır, çünkü gezegenden gelen farklı kütleçekim kuvveti cismin parçalarının birbirini çekmesinin üstesinden gelir.^[5] Kütleçekim alanı tekdüze olsaydı bu gerilmeler meydana gelmezdi, çünkü tekdüze bir alan yalnızca tüm cismin aynı yönde ve aynı oranda birlikte hızlanmasına neden olurdu.

Güneş, Dünya ve Ay

Dünya Ay'dan 81 kat daha büyüktür ancak yarıçapı kabaca Ay'ın 4 katıdır. Sonuç olarak, aynı mesafede, Ay'ın yüzeyindeki Dünya'nın gelgit kuvveti, Dünya'nın yüzeyindeki Ay'ın gelgit kuvvetinden yaklaşık 20 kat daha güçlüdür[8].

Gelgit kuvvetine neden olan yerçekimsel cisim		Gelgit kuvvetine maruz kalan cisim			Çap ve mesafe	Gelgit ivmesi
Cisim	Kütle ( m )	Vücut	Yarıçap ( r )	Mesafe ( d )	${\frac {2r}{d^{3}}}$	$Gm~{\frac {2r}{d^{3}}}$
Güneş	1,99	Dünya	6,37	1,50	3,81	5,05
Ay	7,34	Dünya	6,37	3,84	2,24	1,10
Dünya	5,97	Ay	1,74	3,84	6,12	2,44
m kütledir; r yarıçaptır; d mesafedir; 2 r çaptır G yer çekimi sabitidir = 6,67430(15)×10^-11 m³⋅kg⁻¹⋅s⁻²^[6]

Etkileri

Sonsuz küçüklükte elastik bir küre söz konusu olduğunda, gelgit kuvvetinin etkisi hacimde herhangi bir değişiklik olmaksızın cismin şeklini bozmaktır. Küre, diğer cisme doğru ve ondan uzağa bakan iki çıkıntısı olan bir elipsoide dönüşür. Daha büyük cisimler oval bir şekle dönüşür ve hafifçe sıkışır, Ay'ın etkisi altında Dünya okyanuslarına olan da budur. Dünya ve Ay ortak kütle merkezleri ya da çift merkez etrafında yörüngede dönerler ve aralarındaki çekim kuvveti bu hareketi sürdürmek için gerekli merkezcil kuvveti sağlar. Dünya üzerinde, bu çift merkeze çok yakın bir gözlemci için durum, 1. cisim olarak Dünya'nın, 2. cisim olarak Ay'ın yerçekimi tarafından etkilendiği bir durumdur. Dünya'nın tüm kısımları Ay'ın çekim kuvvetine maruz kalarak okyanuslardaki suyun yeniden dağılmasına, Ay'a yakın ve uzak taraflarda şişkinlikler oluşturmasına neden olur.^[8]

Bir cisim gelgit kuvvetlerine maruz kalarak döndüğünde, iç sürtünme dönme kinetik enerjisinin ısı olarak kademeli bir şekilde dağılmasına neden olur. Dünya ve Ay'ın durumunda, dönme kinetik enerjisinin kaybı yüzyıl başına yaklaşık 2 milisaniyelik bir kazançla sonuçlanır. Eğer cisim ana merkezine yeterince yakınsa, bu durum Dünya'nın uydusu örneğinde olduğu gibi, yörünge hareketine gelgitsel olarak kilitlenmiş bir dönüşle sonuçlanabilir. Gelgit ısınması Jüpiter'in uydusu Io üzerinde dramatik volkanik etkiler yaratır. Gelgit kuvvetlerinin neden olduğu gerilimler de Dünya'nın uydusu Ay'da aylık düzenli ay depremlerine neden olmaktadır.^[9]

Gelgit kuvvetleri, ısı enerjisini kutuplara doğru taşıyarak küresel sıcaklıkları ılımlı hale getiren okyanus akıntılarına katkıda bulunur. Gelgit kuvvetlerindeki değişimlerin 6 ila 10 yıllık aralıklarla küresel sıcaklık kayıtlarındaki serin dönemlerle ilişkili olduğu^[10] ve gelgit zorlamasındaki harmonik atım değişimlerinin bin yıllık iklim değişikliklerine katkıda bulunabileceği öne sürülmüştür. Bugüne kadar bin yıllık iklim değişiklikleri ile güçlü bir bağlantı bulunamamıştır.^[11]

Şekil 1: Shoemaker-Levy 9 Kuyruklu Yıldızı'nın 1994 yılında, 1992 yılındaki bir geçiş sırasında Jüpiter'in gelgit kuvvetlerinin etkisiyle parçalanmasının ardından.

Gelgit etkileri özellikle nötron yıldızları ya da kara delikler gibi yüksek kütleli küçük cisimlerin yakınında belirginleşir ve bu cisimler içe doğru akan maddenin "spagettileşmesinden" sorumludur. Gelgit kuvvetleri, çeken cisimlerin Ay ve daha az ölçüde Güneş olduğu Dünya okyanuslarının gelgitini yaratır. Gelgit kuvvetleri aynı zamanda gelgit kilitlenmesinden, gelgit ivmesinden ve gelgit ısınmasından da sorumludur. Gelgitler ayrıca sismisiteye de neden olabilir.

Gelgit kuvvetleri, dünyanın iç kısmında iletken sıvılar üreterek dünyanın manyetik alanını da etkiler.^[12]