Kimyada Kütle Nedir?

Kütle bir numunedeki madde miktarını yansıtan bir özelliktir. Kütle genellikle gram (g) ve kilogram (kg) cinsinden ifade edilir. Başka bir ifade ile kütle, maddenin ivmeye direnç gösterme eğilimi veren özelliğidir. Bir nesnenin kütlesi ne kadar fazla ise maddeyi hızlandırmak da o kadar zor olur. Bir nesnenin kütlesi aynı zamanda diğer cisimlere uygulanan çekimsel gücünü de belirler. Kütlenin SI’da birimi kilogramdır (kg). Kütle ile ağırlık genel olarak aynı anlamda kullanılsa da bu doğru bir kullanım değildir. Bu farklılık dünya dışındaki yerlerde net olarak görülmektedir. Örnek olarak Ay’daki bir nesne düşük yerçekimi nedeniyle Dünya’dakinden daha hafif olmasına rağmen aynı kütleye sahiplerdir. Bunun nedeni ise ağırlık bir kuvvet iken, kütle (yerçekimi ile birlikte) bu kuvvetin gücünü belirleyen özelliktir.

Ağırlık ve Kütle İlişkisi

Bir nesnenin ağırlığı kütlesine bağlıdır ancak iki terim aynı anlama gelmemektedir. Ağırlık, yerçekimi alanının kütleye uyguladığı kuvvettir.

W = m*g

W: ağırlık

m: kütle 

g: yerçekimine bağlı ivme (9.8 m/s²)

Diğer gezegenlerdeki yerçekimi farklı değerlere sahip olduğu için Dünya üzerindeki kütle diğer gezegenlerde tam olarak aynı kütleye sahipken farklı ağırlık değerine sahip olacaktır. Dünyada 68 kg olan bir insan, Mars’ta 26 kg, Jüpiter’de 159 kg ağırlığındadır.

Kütle Çekimi

Eylemsizlik kütlesi bir nesnenin bir kuvvet tarafından hızlanmaya karşı direncini ölçer (F = ma ilişkisi ile gösterilir.). Aktif yerçekimi kütlesi bir nesnenin uyguladığı yerçekimi kuvvetini ölçmektedir. Pasif yerçekimi kütlesi bilinen bir yerçekimi alanında bulunan bir nesneye uygulanan yerçekimi kuvvetini ölçer. Bir nesnenin kütlesi uygulanan kuvvet ile ivmelenir. Eylemsizlik ve eylemsizlik kütlesi fiziksel özellikleri sırasıyla nitel ve nicel olarak tanımlar. Newton’un ikinci hareket yasasına göre sabit kütleli (m) bir cisim sadece F kuvvetine maruz kalırsa ivmesi a =  F / m ile ifade edilir. Bir cismin kütlesi kütle çekim alanından nasıl etkilendiğini de gösterir. Biri m_A kütleli diğeri ise m_B kütleli iki nesne, birincisi r mesafesine diğer ise kütle merkezine yerleştirilirse her bir cisim, G = 6,67 × 10^-11 N*kg^-2*m² evrensel yer çekimi sabitine maruz kalır.

• Evrensel Kütle Çekim Yasası Formülü

  F_g = G*m_A*m_B / r²  

17. yüzyıldan beri tekrarlanan deneyler eylemsizlik ve yerçekimi kütlesinin aynı olduğunu göstermiştir.

Kütle Birimleri

Standart Uluslararası Birimler Sistemi’nde (SI) kütle birimi kilogramdır (kg). Kilogram 1000 gramdır (g) ve ilk olarak 1795’te buzun erime noktasındaki bir desimetre küp su olarak tanımlanmıştır. Uygun sıcaklık ve basınçta bir metreküp suyun hassas ölçümü zor olduğu için 1889’da kilogram, kilogram dökme demirin uluslararası prototipinin kütlesi olarak yeniden tanımlanmıştır. Böylece kilogram, suyun sayaç ve özelliklerinden bağımsız hale geldi.

 SI’da kullanılan kütle birimleri:

• Ton (t) (metrik ton) 1000 kg’a eşittir.
• Elektronvolt (eV) bir enerji birimidir ancak kütle-enerji denkliğinden dolayı rahatlıkla kütle birimine dönüştürülebilir ve genel olarak bir birim gibi kullanılır. Ayrıca kütlenin eV /c² birimleri vardır (burada c ışık hızıdır). MeV (megaelektronvolt) gibi elektronvolt ve katları, parçacık fiziğinde yaygın olarak kullanılır.
• Atomik kütle birimi (u) bir karbon 12 atomunun kütlesinin 1/12’si kadardır, yaklaşık olarak 1.66 × 10−27 kg’dır. Atomik kütle birimi, atomların ve moleküllerin kütlelerini ifade etmek için kullanılır.

SI sisteminin dışında kullanılan diğer kütle birimleri:

• Sümüklü böcek (sl), bir İmparatorluk kütle birimidir (Yaklaşık 14,6 kg’dır.).
• Pound (lb) Amerika Birleşik Devletleri’nde kullanılan (Yaklaşık 0.45 kg veya 4.5 N’dur.) hem kütle hem de kuvvet birimidir. Pound (kuvvet) ve pound (kütle) ‘nin ayırt edilmesi gereken bilimsel konularda genellikle SI birimleri kullanılır.
• Planck kütlesi (mP), nokta parçacıkların maksimum kütlesidir (Yaklaşık 2.18 × 10−8 kg’dır.). Parçacık fiziğinde kullanılır.
• Güneş kütlesi (M_☉), güneş’in kütlesi tanımlamak için kullanılır. Astronomide yıldızlar veya galaksiler gibi büyük kütleleri (1.99 × 1030 kg’dan büyük kütleler) karşılaştırmak için kullanılır.
• Çok küçük bir parçacığın kütlesi ters Compton dalga boyu ile tanımlanabilir (1 cm^{− 1} ≈ 3,52 x 10⁻⁴¹ kg).
• Çok büyük bir yıldızın veya kara deliğin kütlesi Schwarzschild yarıçapı ile tanımlanabilir. (1 cm ≈ 6,73 × 1024 kg) 

Kütleye Dair Bilinmesi Gereken Diğer Bilgiler

• Atalet kütlesi bir kuvvet uygulandığında bir nesnenin ivmeye gösterdiği direncinin bir ölçüsüdür. Bir cisme kuvvet uygulayarak ve bu kuvvetten kaynaklanan ivmeyi ölçerek tespit edilir. Aynı kuvvet uygulandığında, küçük eylemsizlik kütlesine sahip bir nesne büyük eylemsizlik kütlesine sahip bir nesneden daha fazla hızlanacaktır. Daha büyük kütleli cisim daha büyük eylemsizliğe sahiptir.
• Aktif yerçekimi kütlesi bir nesnenin yerçekimi akışının bir ölçüsüdür (Yerçekimi akışı çevrelenen bir yüzey üzerindeki yerçekimi alanının yüzey integraline eşittir).
• Yerçekimi alanı, bir nesnenin serbestçe düşmesine izin verilerek ve serbest düşme ivmesini ölçerek hesaplanabilir. Örnek olarak Ay’a yakın serbest düşüşte olan bir nesne daha küçük bir yerçekimi alanına maruz kaldığı için dünyada serbest düşüşe bırakılan bir nesneden daha yavaş hız kazanır. Bunun nedeni ise Ay’ın yakınındaki yerçekimi alanı daha zayıftır çünkü Ay’ın daha az aktif yerçekimi kütlesi vardır.
• Pasif yerçekimi kütlesi, bir nesnenin yerçekimi alanıyla etkileşiminin bir ölçüsü olarak tanımlanır. Pasif yerçekimi kütlesi, bir nesnenin ağırlığının serbest düşme ivmesine bölünmesi ile belirlenir. Aynı yerçekimi alanı içindeki iki nesne aynı ivmeye maruz kalır ancak pasif yerçekimi kütlesi daha küçük olan nesnelere kütlesi daha büyük olan nesnelerden daha küçük bir kuvvet uygular (daha az ağırlık).

Hazırlayan: Rabiye Baştürk

Kaynak: 1 (Erişim: ) 2 (Erişim: )