Bilim 3391 &nbsp04.11.17 09.11.17 &nbsp0
Bu makalemde birbirini karıştırılan bilimsel niceliklerden kütle ve ağırlık hakkında konuşarak, 1kg pamuğun nasıl 1 kg demirden daha ağır olabileceğinden bahsedeceğim. Kütle ve ağırlığın birbirine benzer nicelikler olması, benzer yollarla ölçülmesi, zaman zaman ağırlık yerine kütle biriminin kullanılması, bu niceliklerin sürekli olarak birbirine karıştırılmasına neden olmaktadır.
İlk olarak bu niceliklerin tanımlarından konuşalım. Kütle, bir maddeyi oluşturan taneciklerin miktarı, ağırlık ise bu taneciklere uygulanan toplam yerçekim kuvvetidir. Yani kütle miktar ile, ağırlık ise kuvvet ile ölçülür. Bu yüzden kütlenin birimi kilogram, ağırlığın birimi ise newton'dır. Pazardan 1 kilo elma aldığımızda bu miktar, elmaların ağırlığını değil, elmaların kütlesini simgeler.
Ağırlık bir nesneye uygulanan yerçekim kuvveti olduğundan, yerçekim kuvvetinin değişmesi, ağırlığı değiştirir. Örneğin dünyada toplam 60 newton ağırlığa sahip elmalar aya götürülürse, elmaların ağırlığı yaklaşık olarak 10 newton olarak ölçülür. Çünkü aydaki yerçekim kuvveti, dünyanın yerçekim kuvvetinden yaklaşık olarak 6 kat daha azdır. Fakat aya götürülen elmaların kütlesinde herhangi bir değişiklik olmaz. Aya götürülen elmalar tanecik kaybederek küçülmez veya tanecik kazanarak büyümez. Çünkü kütle yerçekiminden bağımsızdır. Bu yüzden dünyada 6 kg kütleye sahip elmalar, ayda da 6 kg kütleye sahiptir. Eğer kilolarınız ile başınız dertte ise, sorunun sizde değil dünyanın yerçekim ivmesinde olduğunu düşünebilirsiniz. Çünkü dünyadaki ağırlığı 90 newton olan birisinin aydaki ağırlığı sadece 15 newtondur.
Peki ağırlık ve kütle neden sıklıkla birbirine karıştırılır? İlk olarak bu nicelikler birbirine bağlı niceliklerdir. Kütlesi artan bir maddenin ağırlığı da artar. Çünkü yerçekim kuvveti, eklenen diğer kütlelere de etki eder. Maddeye uygulanan toplam yerçekim kuvveti artacağından ağırlık da artar.
Ağırlık, kütle ve hareket ile ilgili çalışmalar yapan Isaac Newton, bu nicelikleri matematiksel formüllerle açıklamıştır. Newton yasaları olarak bilinen bu eşitlikleri kullanarak kütle ve ağırlık birbirine dünüştürülebilir. Newton'ın ikinci yasasına göre,
Ağırlık = Kütle x Yerçekim ivmesi
Ağırlık = Kütle x 9.81
Yerçekim ivmesi sabit bir sayıdır ve dünyada yaklaşık olarak 9.81 m/s2 ' dir. Bu yüzden eşitliğe bakarsak, kütlenin artmasıyla ağırlık, ağırlığın artmasıyla da kütle artar. Örneğin 10kg kütleye sahip elmaların ağırlığı dünyada, (Ağırlık = Kütle x 9.81) 98.1 newton olarak hesaplanır.
Karışıklığın ikinci temel nedeni ise bu niceliklerin ölçüm şekillerinin benzer olmasıdır. Kütle, eşit kollu terazi ile ağırlık ise yaylı terazi ile ölçülür. Kütle ölçümlerinde, kütlesi ölçülmek istenen bir madde, daha önce kütlesi belirlenen maddeler ile kıyaslanır. Yaylı terazi de ise, yerçekim kuvvetinin terazideki yayı sıkıştırma miktarı bulunur. Bu sıkışma oranından ağırlık hesaplanır (Hooke Yasası). Günümüzdeki elektronik terazilerde kütle ve ağırlık dönüşümleri yapılır. Yani elmalar tartılır, tartıda yer alan yaydaki sıkışma miktarı hesaplanarak elmaların ağırlıkları bulunur ve bu ağırlıklar, yukarıda bahsettiğim formül sayesinde kütleye dönüştürülür. Bu yüzden elmaların ağırlığını kilogram gibi düşünürüz. Yani günlük alışverişlerdeki ağırlık ölçümlerinde kütle birimi olan kilogram kullanılır. "Şuradan 10 newton elma verir misin" demek biraz garip olurdu.
Gelelim pamuk ve demir sorununa, 1 kilo pamuk mu daha ağır, yoksa 1 kilo demir mi? Öncelikle sorunun sorulma şekli tamamen yanlış. Ağırlığı aynı olan iki madde belirtilmek isteniyor ama öğrendiğimiz üzere kilogram ağırlık birimi değil, kütle birimidir. Yani 1 kilogram pamuk ile 1 kilogram demirin kütlesi birbirine eşittir. Kütlelerin eşit olması, maddelerin ağırlıklarının da eşit olduğu anlamına gelmez. Çünkü dünyamız mükemmel bir küre değildir. Bu yüzden yerçekim ivmesi (formüldeki g) dünyanın her yerinde aynı değildir. Özellikle farklı coğrafyalarda fark artmaya başlar. Örneğin Hakkari'deki yerçekim ivmesi 9.7952 iken Edirne'deki yerçekim ivmesi 9.8032'dir. Eğer 1 kilo pamuğun Edirne'de ve 1 kilo demirin de Hakkari'de olduğunu düşünürsek,
Edirne'deki 1 kilo pamuğun ağırlığı
Ağırlık = 1 x 9.8032
Ağırlık = 9.8032 Newton
Hakkari'deki 1 kilo demirin ağırlığı
Ağırlık = 1  x 9.7952
Ağırlık = 9.7952 Newton
Gördüğünüz gibi Edirne'deki 1 kilogram pamuğun ağırlığı 9.8032 newton, Hakkari'deki 1 kilogram demirin ağırlığı 9.7952 newton'dur. Çok az bir fark olsa da Edirne'deki 1 kilo pamuk, Hakkari'deki 1 kilo demirden daha ağırdır.
Bu siteden farklı coğrafyalardaki yerçekim ivmesi değerlerine ulaşabilirsiniz.