Kütle ve Ağırlık Konusunda Açıklama

Bu videoda günlük hayatta kullandığımız iki kavramı açıklığa kavuşturmak istiyorum. Çünkü bu kavramları çoğu zaman karıştırıyoruz. Bahsettiğim iki kavram şunlar: Kütle ve ağırlık. Önce bunların ne olduğunu, sonra da niye karıştırdığımızı anlatacağım. Kütlenin tanımı bakış açımıza göre değişir. İlk tanıma göre ki bu bilimsel tanımı değildir. Kütle madde miktarıdır. Bu maddeye yeni atomlar veya moleküller eklersek toplam kütle artar. Yani bizim bir şeyler eklememiz cismin içindeki madde miktarını artırır. Bu konudan bahsederken dikkatli olmam gerek çünkü kütlenin evrensel tanımıyla açıklanamayan ayrıntılar da var. Fakat şu anda detaylara girmemize hiç gerek yok. Bir başka tanımı da şöyledir: bir cisim ona etki eden kuvvete nasıl karşılık verir? Bunu Newton'ın 2. kanununda öğrenmiştik. Bir cisme etki eden kuvvet sabit ise cismin kütlesi arttıkça ivmesi azalır. Aynı şekilde, kütle azalırsa da ivme artar. Bir madde bir kuvvete nasıl karşılık verir? Kütlesi az olan bir cisim aynı büyüklükteki kuvvetin etkisi ile daha fazla kütleli bir cisme göre daha fazla ivmelenir. Ağırlık, yerçekiminin bir kütle veya cisim üzerine uyguladığı kuvvettir. Şimdi bu iki kavram arasındaki farkları gözden geçirelim. Mesela, ben Dünya üzerindeyim ve kütlem 70 kilogram. Beni oluşturan 70 kilogramlık madde var; ama ağırlığım 70 kilogram değil. İnsanlar sıklıkla "ben 70 kilogram ağırlığındayım" der. Hatta 70 kiloyum derler. Bu konuşmada bir fark yaratmaz ancak işin teknik yönü böyle değildir.Çünkü ağırlık, Dünya'nın çekim kuvvetidir. Daha doğrusu yerçekimi ivmesinin benim kütlem üzerine uyguladığı kuvvettir. Dolayısıyla benim ağırlığım Dünya'nın çekim kuvvetine eşittir. Umarım yerçekimi hakkındaki videoyu izlemişsinizdir. İzlemediyseniz izlemenizi şiddetle tavsiye ederim. Dünya'nın yer çekimi kuvvetine F diyelim.. İki cisim arasındaki çekim kuvvetine de büyük harfle G diyoruz . Bu kuvvet, evrensel çekim sabitidir. Evrensel çekim sabiti. Birinci cismin kütlesi ve ikinci cismin kütlesinin çarpımını cisimler arası uzaklığın karesine bölünmesiyle bu F kuvvetini bulabiliriz. Dünya üzerinde bu formülü uygularsak; birinci kütle Dünya'nın kütlesi, ve uzaklık da Dünya'nın merkezinden yüzeyine olan uzaklıktır çünkü şu anda yüzeyin hemen üzerindeyim. Yani yeryüzündeyim. Bu işaretlediğim kısım sadeleşir ve buna küçük g denir. Burada sayıyı yuvarlıyorum. 9.8 metre bölü saniye kareye eşittir. Dünya yüzeyindeki bir cismin ağırlığı, küçük g çarpı cismin kütlesine eşittir. Benim Dünya üzerindeki ağırlığım 9.8 metre bölü saniye kare çarpı kütlem yani 70 kilogram olacaktır. Bu da 9.8 metre bölü saniye kare çarpı 70 kilogram hesap makinemizi çıkaralım bir saniye eşittir 686 ve sonucun birimi de kilogram çarpı metre bölü saniye kare yani Newton'dur. Sonuçta benim ağırlığım Dünya'da bunu söyleyen insan pek bulamazsınız 686 Newton'dır. Farkındaysanız bu benim Dünya'nın yüzeyindeki ağırlığımdır çünkü bildiğiniz gibi ağırlık bir kütleye etki eden yerçekimi kuvvetine bağlıdır. Eğer başka bir yere, mesela Ay'a gidersek keşke ağırlığım değişir ancak kütlem sabit kalır. Bu benim Dünya'daki ağırlığım. Ama bir de Ay'daki ağırlığıma bakalım. Aslında buna videodan önce bakmadım ama Duyduklarıma göre daha önce duyduğuma göre Ay'daki yerçekimi kuvveti Dünya'dakinin kabaca altıda biriymiş. una göre Ay'daki ağırlığım, Dünya'daki ağırlığımın yaklaşık 6'da 1'i olacak. 1 bölü 6'sı olacaktır. Dolayısıyla 686 çarpı 1 bölü 6 yine hesap makinemizi çıkaralım ve yaklaşık cevabımız yaklaşık olarak 114 Newton çıkıyor. Burada vurgulamak istediğim nokta; ağırlık bir kütle üzerindeki yerçekimi kuvvetinin oluşturduğu bir değerdir. Bu nedenle de değişik yerçekimi koşullarında, farklı gezegenlerde aynı kütledeki maddenin ağırlığı değişiyor. Aslında yüzeyden yukarı çıktıkça bile ağırlığınız ölçülemeyecek derecede de olsa azalıyor çünkü Dünya yüzeyinden uzaklaşmış oluyorsunuz. Dünya mükemmel bir küre olmadığı için yani biraz eliptiktir biliyorsunuz elips gibidir. Dünya'nın farklı yerlerinde bile ağırlığınız çok az da olsa, farklı olur. Mesela kutuplardaki ağırlığınızla Ekvator'daki aynı değildir. Buna karşı kütleniz hiç bir koşulda değişmez tabi içinizde bir nükleer reaksiyon gerçekleşmiyorsa. Kütleniz bulunduğu yere bağlı değildir. Şimdi "Hey! Bu kilolar, Newtonlar beni ilgilendirmiyor. Ben Amerika'da yaşıyorum ve biz Amerika'da "pound" kullanırız." diyebilirsiniz. Pound da bir ağırlık birimidir ve kullanılması uygundur. Ben 160 pound'sam ki bu benim ağırlığımdır, kütlem değil. 160 pound benim kütleme etki eden yerçekimi kuvvetidir. Bu durumda "Peki kütlem ne?" diyebilirsiniz. İngiliz sistemini, ya da diğer adıyla Emperyal sistemi kullanıyorsanız kütle biriminiz, bunu pek çok kişi bulmez, slug'dır. Emperyal sisteme göre, kütlenizin ne kadar olduğunu merak ediyorsanız bu şöyle hesaplanır: Ağırlığınız 160 pound'dır ve formülü kullanırsak bu arada Emperyal sistemdeki g 9.8 metre bölü saniye kare değil 32 fit yani ayak bölü saniye karedir ki bu da Dünya yüzeyindeki yerçekimine bağlı ivmedir. metre ve saniye yerine, fit ve saniye cinsinden çarpı slug cinsinden kütlenizdir. Şimdi burayı hesaplarsak iki tarafı da 32 feet bölü saniye kare'ye böleriz, sağdaki 32 ft bölü saniye kareler sadeleşir. Hesap makinemizi çıkaralım. 160 pound bölü 32 feet bölü saniye kare'yi hesaplayalım ve sonuç 5. Sonucun birimi pound çarpı saniye kare bölü fit'tir ve bu da kısaca slug'a eşittir. Yani ben 160 pound ağırlığındaysam kütlem 5 slug'dır ve eğer kütlem 70 kilogramsa ağırlığım 686 Newton'dır. Umarım bu video konuyu kafanızda biraz daha netleştirmiştir. Hoşçakalın