Ağırlık ve kütle arasındaki fark nedir? Pek çok insan bu iki terimi birbirinin yerine kullanır. Ancak bu sadece hepimiz aynı dünyada yaşadığımız için bu doğrudur. Gelecekte bir gün uzayda yaşamaya başlamayı planlıyorsa, torunlarımıza doğru bilgiler aktarabilmek için şimdiden aradaki farkı iyi anlamamız gerekiyor.
Öncelikle bir çoğumuzun bildiği ve bir çok ders kitabında yer alan bir tanımlama ile başlayalım. Bir cismin kütlesi bulunduğu yere göre değişmezken ağırlığı bulunduğu yere göre değişir. Örneğin, Ay’daki bir nesne, Dünya’daki ağırlığının yaklaşık altıda biri ağırlığında olur. Bunun nedeni de Ay’ın, Dünya’dan daha küçük bir yerçekimi kuvvetine sahip olmasıdır.
Ancak bu tanımlama çok sınırlı ve kavramların inceliğini aktarmaktan çok uzaktır. Şimdi biraz detaylara bakalım.
Kütle Nedir?
Bir nesnedeki proton, nötron ve elektron sayısını sayabilseydiniz (ki muhtemelen sayamazsınız), bulacağınız sayı o nesnenin kütlesi olurdu. Kütle aslında bir nesnede “ne kadar çok şey” olduğu ile ilgilidir. Bu çok bilimsel bir cevap olmasa da akılda kalması için aslında bunu bilmeniz yeterlidir.
Kütleyi ölçmek için kullandığımız birimler ise kilogram ve gramdır. ( Kilogram Mayıs 2019’dan beri kuantum fiziğinde temel bir sabit olan Planck sabiti cinsinden tanımlanıyor. Nedeni için: Kilogram Tanımının Planck Sabitine Dayalı Olması Ne Anlama Geliyor?)
Kütle siz dışarıdan bir şey ekleyip çıkarmadıkça değişmez. Bu nedenle de Dünya’da 80 kilogram olan biri, Ay’da da ya da herhangi bir başka gezegende de 80 kilogram olacaktır. Bu kişinin kütlesinin değişmesi için kilo vermesi ya da kilo alması gerekir. Pazardan bir kilo elma aldım dediğiniz zaman aldığınız elmaların ağırlığından değil kütlesinden bahsedersiniz.
Kütlesi olan ve belirli bir hacim kaplayan her şeyi madde olarak tanımlarız. Çevremizdeki her şey maddeden oluşur. Dünya gezegenindeki her madde, tümü % 99’u boş alan olan milyonlarca ve milyonlarca atomdan oluşur.
Her atomun içerdiği tüm boş alanı kaldıracak ve tüm insanları sıkıştıracak olsaydınız, parçacıklarımızın toplam hacmi bir küp şekerden daha küçük olurdu. Ancak ağırlığımız aynı kalırdı. Bu, küp şekerin dünyadaki her insanın toplamı kadar ağır olacağı anlamına gelirdi. Bunun detayları başka bir yazımızın konusudur: Vücudumuzun % 99’u Boş Alan İse Kütlemiz Nereden Geliyor?
Ağırlık Nedir?
Kütlesi olan nesneler ile yerçekimi arasında bir etkileşim vardır. Newton’a göre her kütleli cisim birbirini çeker. Yani dünya ve elmayı ele alacak olursak, elma ve dünya birbirine çekim kuvveti uygular. Bu kuvvete ağırlık denir. Ağırlık birimi Newton’dur. Bir şeyin kütlesini (m) biliyorsanız, ağırlığı (W) aşağıdaki şekilde bulunabilir:
Bu formülde g yerel yerçekimi alanıdır. Buradaki anahtar kelime “yerel” dir. Yerçekimi kuvvetinin bu hesaplaması yalnızca Dünya yüzeyinde çalışır. Dünya yüzeyinden 100 kilometre yukarıda iyi çalışmamaya başlar. Bu nedenle sadece Dünya yüzeyinde kilogram başına yaklaşık 9,8 Newton’luk bir sabit vardır.
Formüle 80 kilogramlık kişiyi yerleştirirsek, Dünya’da ağırlığının yaklaşık 784,5 Newton olduğunu görürüz. Ancak aynı kişi Ay’da 129,9 Newton ağırlıkta olacaktır. Bunun nedeni Ay’a gittiğimiz zaman g değerini 1,6249 m/s2 biçiminde almamızdır.
Bu nedenle aşağıdaki gibi bir tartım yaparsanız elde edeceğiniz sonuç sadece kütledir. Ancak dünyada yaşadığımız için bunu ağırlık biçiminde de düşünmeniz çok sorun olmayacaktır. Ancak Mars’a bu tartıyı götürürseniz farklı bir çekim alanı olduğu için size doğru kütleyi vermez.
Kütle Nedir? Sorusunun Cevabını Her Zaman Vermemiz Kolay Değildir
İnsan ölçeğinde kütle ölçmek oldukça basittir, ancak daha küçük şeyleri ölçmeye çalıştığınızda bu hesaplama çok daha karmaşık hale gelir. Bunun nedeni enerji ve kütlenin temelde birbiri ile ilişkili olmasıdır. E=mc² denklemi, evrenin dokusuna işlemiş gizli bir birliği açıklayan, dünyanın en ünlü denklemidir.
Bu formül bize enerji, ışık ve madde arasındaki bağı anlatır. Bu nedenle Kütle-Enerji eşitliği olarak da bilinmektedir. Bu denklem bize kütle ve enerjinin aynı şeyin farklı biçimleri olduğunu söyler. Yani kütle bir enerji biçimidir. Detaylar için bu yazıya bakınız: Kütle-Enerji Eşitliği Olarak E=mc² Denkleminde Neden Işık Hızının Karesi Alınıyor?
Bu nedenle kuarkları basitçe bir tartı ile ölçemezsiniz. Ancak enerjileri ve momentumları arasındaki ilişki aracılığıyla kütlelerini hesaplayabilirsiniz. Bu parçacıklara neyin kütle kazandırdığını anlamak için de ‘Tanrı parçacığı’ olarak da anılan Higgs bozonu, daha spesifik olarak ürettiği Higgs alanı, hakkında bilginiz olması gerekir.
Higgs alanı, uzayın her yanını kaplayan görünmez bir örümcek ağı gibidir. Parçacıklar bu alandan geçerken, bazıları yapışkan ipliklere takılır. Bu da onların kütle kazanmalarına ve yavaşlamalarına neden olur. Yani parçacık fiziğinin Standart Modelinde, elektronlar veya kuarklar gibi temel parçacıklar, Higgs alanıyla etkileşimleri yoluyla kütle kazanırlar. Detaylar burada: Higgs Bozonu Nedir? Neden Tanrı Parçacığı Olarak Bilinir?
Her şeyin Kütlesini Hesaplamak Henüz Mümkün Değil!
Parçacık fiziğindeki büyük bir bilmece nötrinodan doğar. Bir nötrino, bir elektrona çok benzeyen, ancak elektrik yükü olmayan atom altı bir parçacıktır. Nötrinolar, evrendeki en bol parçacıklardan biridir. Ancak madde ile çok az etkileşime girdikleri için tespit edilmeleri inanılmaz derecede zordur.
Nötrinolar genellikle hayalet parçacıklar lakabı ile anılırlar. Bunun için de aslında haklı bir sebebimiz de vardır. Çünkü kütleleri neredeyse sıfırdır. Diğer temel parçacıkların durumundan farklı olarak, nötrinoların kütle kazandığı kesin mekanizma bilinmemektedir. Bunun için Standart Modelin ötesinde fiziğin varlığını gereklidir. Aynı şekilde, karanlık maddenin kütlesini tam olarak nasıl elde ettiği de bilim insanları için bir diğer bilinmezliktir.
Sonuç olarak gördüğünüz gibi kütle ve ağırlık gibi kavramlar size çok basit gelebilir, ancak arka plandaki fizik çok daha gizemlidir. Ayrıca göz atmak isterseniz: Her Şeyin Teorisine Dair Her Şey: Standart Model Nedir?
Kaynaklar ve ileri okumalar
- For the Last Time: The Difference Between Weight and Mass. Yayınlanma tarihi: 10 Ekim 2018; Bağlantı: https://www.wired.com
- How to Find Mass: Physics Explains the Complicated Relationship Between Mass and Weight. Yayınlanma tarihi: 9 Mayıs 2023; Bağlantı: https://www.popularmechanics.com/science/a43804721/how-to-find-mass/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
