Kütle Nedir? Ağırlık ve Enerji Arasındaki İlişki

Fizikte, özellikle de mekaniğin bir da­lı olan dinamikte bir cisme uygulanan kuvvet ile bu kuvvetin etkisiyle oluşan ivme arasındaki değişmez oram belir­ten terim; cismin madde miktarının tu­tarı.

Ağırlıklı Kütle Ve Eylemsiz Kütle

Newton bir cismin kütlesini, içerdiği madde miktarı olarak tanımlamıştır; bu kavrama ağırlıklı kütle denk düşer. Mekanikte daha matematiksel bir ta­nım kullanılır. Hareketsiz ya da düz­gün doğrusal hareket halindeki bir C cismine bir F kuvveti uygulanırsa bu cisim y ivmesiyle belirlenen bir ha­reket yapar, m = % oram (dinamikte temel bağıntı) C cisminin kütlesi ola­rak adlandırılmıştır. Böyle tanımla­nan büyüklüğe eylemsiz kütle denir (Bernouilli, 1742).

Ağırlıklı Kütle

(Nevvton’un orta­ya koyduğu, evrensel çekim ilkesi): Aralarında bir d uzaklığı bulunan iki cisim birbirini çeker, çekim kuvveti, uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Bu kuvvetin şiddeti f = K değerin­dedir, m ve m’ her bir cismi belirleyen ve çekim kütlesi ya da ağırlıklı kütle olarak adlandırılan aynı cinsten iki büyüklük, K ise bir değişmezdir.

EYLEMSİZ KÜTLE: Farklı iki C, ve C 2 cisimlerine eş P kuvvetleri uygulanır­sa, Cı veCs cisimlerinin ivmeleri, sı­rasıyla yi ve Y2 olur.V’ . Y* ’den daha küçükse, buradan mı ’in m2 ’den daha büyük olduğu ortaya çıkar. De­mek ki, bir cismin m = S- bağıntı­sıyla tanımlanan kütlesi, bu cismin hız değişimine karşı gösterdiği büyük ya da küçük bir direnci belirtir, bu da cismin eylemsizliği olarak adlandırı­lır (eylemsiz kütle terimi de buradan kaynaklanır).

Sonuç olarak, bir cismin kütlesinin farklı ve birbirinden bağımsız iki ta­nımı vardır,bunlardan biri çekime, ya­ni bizim için, Yer’in çekim alanına (yerçekimine), öbürüyse eylemsizliğe bağlıdır. Newton’un saptamış olduğu ama Einstein’dan önce açıklanama­mış olan önemli bir olgu da, ağırlıklı kütlenin eylemsiz kütleye eşit olduğu­dur.

Ağırlıklı Kütleyle Eylemsiz Kütlenin Eşitliği

Çekim alanının, son derece özel bir ni­teliği vardır: Etkilediği cisimlerin fizik­sel durumuna ve yapısına bağımlı ol­mayan bir ivme vermesidir. Bu, Galilei’nin ünlü deneyinde görülür: Pisa kulesinden aşağıya aynı anda bırakı­lan farklı kütlede (kuşkusuz cisimler, hava direncinin etkiliolmaması için, yeterli bir kütleye sahip olmalıdırlar) tahta bir bilya ile çelik bir küp aynı anda yere düşmüştür. Bu deneyden şu sonuç çıkar, m (p) ağırlıklı kütle Ue m (i) eylemsiz kütle eşittir. Gerçekten de, bu ivmenin nedeni ağırlıksa:

Kuvvet = m (p) x çekim alanının şid­deti olur; dinamiğin temel yasası göz önüne alınırsa:

Kuvvet = m(i) x ivme bağıntısı elde edilir.

Sonuç olarak şu eşitlik yazılabilir: İvme = Q M x çekim alanının şidde

Birimler

Kütle birimi kilogramdır (kg): Bu, Uluslararası Ağırlık ve Ölçüler Bürosu’nda (Sevres) bulunan iridyumlu platinden yapılmış uluslararası örnek kütledir: Fizikte en çok kullanılan ağırlık birimi newton’dur (N); nevvton 1  kg’lık maddesel bir kütlesi olan öğe üstünde yaptığı etkiyle ona saniyede 1 metreye eşit bir ivme veren bir kuv­vetin şiddetidir.

Büyüklük Düzeyi

Elektronun kütlesi (bilinen en küçük kütle) 0,9.10′30 kg, Yer’inki yaklaşık 6.1024 kg, Güneş’inki yaklaşık 2.1030 kg’dır, Gökada’nınkiyse 400.1039 kg olarak değerlendirilmiştir.Galilei’nin deneyi, belirli bir çekim alanı için ivmenin her zaman aynı olduğunu gösterir. Demek ki, ’nin bir değişmez olması gerekir. Bu değiş­mezin l’e eşit olması için iyi bir birim seçimi yapmak yeterlidir. Bu olgu, Einstein’ın genel bağıllık kuramının hareket noktasını ve temelini oluştu­rur.

Kütle Ve Ağırlık

Uygulamada, kütleler kendi araların­da doğrudan doğruya karşılaştırıl­maz, cisimler tartılır, yani ağırlıkları ölçülür. Daha doğrusu ağırlıkları bir ayar cismininkiyle karşılaştırılır.

Bu uygulama Galilei deneyinin sonu­cuna uygun düşer. Belirli bir ortam­da yerçekiminin etkisinde olan bütün cisimler aynı ivmeye uğrarlar, oysa ağırlık için şu bağmtı söz konusudur: ağırlık = kütle x çekim ivmesi. Demek ki, bir yerde, kütle ve ağırlık kesin olarak orantılıdır.

Kütle ve ağırlık farklı iki büyüktür. Kütle, bir cismin eylemsizliğini belirleyen bir sayıdır, bu büyüklük ölçümün yapıldı­ğı yere bağlı değildir. Ağırlıksa Yer’e göre hareketsiz olan bu cismin üstü­ne uygulanan bir kuvvettir; bu kuvvet, cismin bulunduğu yere göre değişir. Bir cismi harekete geçirirken karşıla­şılan güçlük ve bu cismin ağırlığı baş­ka başka olgulardır. Astronotların Yer’den Ay’a bir büardo takımı götür­dükleri düşünülürse, bir topun ağırlı­ğı, yani topu bilardoya yapıştıran kuv­vet Ay’da Yer’dekine oranla daha za­yıf olacaktır, çünkü Ay’ın çekim ala­nı Yer’inkinden küçüktür. Eylemsiz kütleyse aynı olacaktır, yani astronot­lar, topa aynı hareketleri vermek için ister Ay’da olsunlar ister Yer’de, hep aynı vuruşları yapacaklardır.Günlük yaşamda ağırlıklardan çok ey­lemsizlikler karşılaştırılır. İki cisim­den hangisinin daha ağır, bu durum­da hangisinin daha fazla kütlesi oldu­ğunu görmek için bunlar elle tartıldıkları zaman hareketsiz tutulmazlar, kolda hangisinin daha büyük bir gerilme oluşturduğunu görmek ve bu yolla ağırlıkları karşılaştırmak için,hangisinin daha güç hareket ettirildiğini anlamak üzere cisimler önce yukarı kaldırılıp ardından indirilirler.Bir valizi elde hareketsiz tutmak, ağırlığını hissetmektir, pazarda iki kavunu elle tartmak, kütlelerini bulmaya
çalışmak demektir.

Kütle Ve Enerji

Bağılcı dinamikte enerji kavramı kütle kavramına bağlıdır. Yalıtılmış bir sistemin toplam enerjisinin sabit kaldığını bir postulat olarak ortaya atan
Paul Langevin bağıllık ilkesini, Galilei koordinat sisteminde bir v hızıyla hareket eden ve sistemde hareketsiz durumdayken kütlesi mD olan maddesel bir noktanın kinetik enerjisinin (Ec)saptanmasına uyguladı ve şu bağıntıyı

buldu:büyüklüğüne, v hızındaki cismin küt­lesi (ya da Maupertuis kütlesi) denir, v = o ise m = mQ (hareketsiz kütle) ol­duğu ve v hızı c’ye yaklaşırken m’nin sonsuza yaklaştığı görülür; bir başka deyişle hız, ışık hızına yaklaştığı za­man kütle sonsuz büyük olur. Einste- in hareketsiz kütlenin E0= mDc2 ener­jisine eşdeğer olduğunu göstermiştir, öyleyse hızı v olan m kütlesi W = mc2 enerjisine eşdeğerdir. Böylece, kütle ve enerji, kütle-enerji olarak adlandı- rüan aynı bir kendiliğin iki görünümü olarak ortaya çıkarlar. Bir sistemin tepkimeden sonraki hareketsiz kütle­si, sistemin tepkimeden önceki kütle­sinden farklıysa, bu, kütleler arasın­daki farka eşdeğer olan enerjinin or­taya çıkması demektir. Lavoisier’nin bulduğu, kütlenin sakinimi ilkesi, top­lam enerjinin sakinimi ilkesiyle yer değiştirmelidir. Böylelikle, atomun çe­kirdeği, bileşenlerinden başlayarak, kütle yitimiyle oluşur: Buna denk düşen enerji, nükleonları bağlayan ener­jidir.

Klasik dinamikte,ışık hızından çok kü­çük hızların göz önüne alındığını (ya­ni 5 oranı çok küçüktür) ve bu ne­denle m’nin m0 ile çakıştığını, dolayı­sıyla da birbirine karıştırıldığını be­lirtmek gerekir: Kütlenin sabit olduğu ve hareketsiz durumdaki kütleye eşit olduğu düşünülür.

 

Hadi Paylaş!Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Share on RedditPin on Pinterest

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir