Öncelikle 3 adet düşünce deneyi yapacağım. Nesnemiz gezegenin içinde iken (1), yüzeyinde iken (2) ve dışında iken (3). Ayrıca ağırlık denilen kavram aslında kütle çekim kuvvetinin gezegen ve üzerindeki nesneler için özel bir tanımlamadır. Bakış açımızı genelleştirirsek; kütle çekim kuvveti, F = G m1 m2 / r^2 \'dir. Bildiğiniz üzere G evrensel sabittir. m2 ise nesnemiz olsun, ve bu da her üç deneyimde sabit olacak. Formülden kolay düşünebilmek adına sabitleri atarsak, F = m1 / r^2 olur.
m1 kütlesine sahip r yarıçapında gezegen ve noktasal bir nesnemiz olsun.
(1)Merkeze doğru yaklaştığınızda (söz gelimi %10 yaklaşalım), nesnenizin bulunduğu yerden gezegenin merkezine doğru tüm atomlardan (söz gelimi gezegenin %90 kütlesine denk gelsin) nesnenize merkeze doğru kuvvet etki eder. Nesnenin bulunduğu yerden gezegenin yüzeyine doğru tüm atomlardan (gezegenin %10 kütlesi) ise nesnenize uzaya doğru kuvvet etki eder. Uzaya doğru oluşan kuvvet merkeze doğru oluşan kuvvetten matematiksel olarak çıkarılacağı için net kuvvet azalmış olur. Formülize edersek; F = (0,9*m1-0,1*m1) / (0,9*r)^2 = 0,8*m1 / 0,81r^2 olur ki 0,8 / 0,81 = 0,98 sonucuna ulaşırsınız. Bu da F = 0,98 m1 / r^2 olur ki açıkça kuvvetin (ağırlığın) %2 azaldığını görürüz.
(2)Yüzeyde ise gezegenin tüm atomları (gezegenin %100 kütlesi) nesnenize kuvvet uygulayarak merkeze doğru çeker. Bu noktada uzaya doğru herhangi bir kuvvet oluşmadığından net kuvvet en büyük halini alır. F = 1 * m1 / r^2 olur ki bu da zaten F = m1 / r^2 olur.
(3)Uzaya doğru uzaklaştığınızda (söz gelimi %10 uzaklaşalım) ise nesnenize yine gezegenin tüm atomları tarafından merkeze doğru kuvvet oluşturulur. Ancak bu sefer gezegeni oluşturan atomlardan nesnemiz uzaklaştığı için kuvvet azalmaya başlar. F = m1 / (1,1r)^2 = m1 / 1,21r^2 olur ki 1 / 1,21 = 0,82 sonucuna ulaşırsınız. Bu da F = 0,82 m1 / r^2 olur ki açıkça kuvvetin (ağırlığın) %18 azaldığını görürüz.
Sonuç; Gezegenin merkezine doğru çekim kuvveti azalırken, yüzeyinde maksimize olup dışında çekim kuvveti azalır. Hesapladığımız çekim kuvvetlerini (ağırlıkları) alt alta özetlersek;
(1) F = 0,98 m1/r^2
(2) F = 1 m1/r^2
(3) F = 0,82 m1/r^2