Kütle Nedir? Ağırlık Nedir? İkisi Arasındaki Farklar Nelerdir?

Çok küçük yaşlarımızdan beri "kütle" ile "ağırlık" sözcüklerini eş anlamlı olarak kullanırız. Sonra bir anda okulda bunların farklı olduğu öğretilir. Peki kütle ile ağırlık arasındaki fark tam olarak nedir?

Kütle Nedir?

Kütle, bir nesnedeki madde miktarıdır; cisimlerin barındırdıkları atom sayısına ve çeşidine bağlı olarak belirlenir. Çoğu zaman kilogram (kg) veya gram (gr) birimiyle ölçülür. Örneğin 1 karbon atomunun kütlesi $1.9945\times 10^{-23}$ gramdır (veya Dalton birimiyle ölçmek isterseniz, 12 Daltondur; bir diğer deyişle $1\text{Da}=1.66053907\times 10^{-24}\text{gr}$ olarak verilebilir). Dolayısıyla eğer bu karbon atomlarından 1 trilyon kere trilyon tanesine (yani $10^{24}$ tanesine) sahipseniz, kütleniz 19.945 gram olacaktır. Daha kolay hayal edilebilir bir örnek verecek olursak, 1 litrelik su şişesi, 17 tane tenis topu, 5 tane hamster, 20 tane orta büyüklükte yumurta veya 70 tane boş kola tenekesi yaklaşık olarak 1 kilogram kütleye sahiptir. 

Eğer ki vücuda beslenme gibi yollarla kütle girişi veya vücuttan boşaltım yapmak gibi yollarla kütle çıkışı olmadıkça, nerede olursanız olun kütleniz değişmez. Dünya'da 80 kilogram olan biri, Ay'da da 80 kilogramdır, Mars'ta da uzay boşluğundaki herhangi bir diğer yerde de...

Kütle Nasıl Değiştirilir?

Kütle, bir nesnenin madde miktarını belirten temel bir büyüklüktür. Dolayısıyla bir nesnenin kütlesini değiştirmek için, o nesnenin miktarını değiştirmeniz gerekir.

Bir nesnenin kütlesini azaltmak için, bir miktar maddeyi nesneden çıkarabilirsiniz. Örneğin okul dönüşü çantanızdaki kitapları çıkardığınızda, çantanın kütlesini azaltmış olursunuz. Kütle, madde ekleyerek de değiştirilebilir: Çocuklar büyürken kemikleri uzar ve organları büyür; çünkü dışarıdan aldıkları besin enerjisini, vücutlarında maddeye çevirirler.

Nesnenin şeklini, yerini veya boyutunu değiştirmek ise kütleyi etkilemez. Vücudunuzun kütlesi koltuğa uzandığınızda da esneyebildiğiniz kadar esneseniz de aynıdır. Ayrıca evde, okulda veya sahilde de kütleniz değişmeyecektir. Ancak kahvaltı yaptıktan sonraki kütleniz, ilk uyandığınız andaki kütlenizden biraz daha fazladır.

Ağırlık Nedir?

Ağırlık, bir nesneye etki eden yer çekimi kuvvetinin büyüklüğüdür; nesnenin kütlesine ve konumuna bağlı olarak değişir. Bu nedenle ağırlık, aslında bir kuvvet ölçüsüdür ve bu nedenle, kuvvet birimi olan Newton ile ölçülür. 

Bir nesnenin kütlesi artıp azaldığında, ağırlığı da artar veya azalır. Ayrıca bir nesneye etkiyen yer çekimi kuvveti artar veya azalırsa ağırlığı da artacak veya azalacaktır. Kısacası, bir nesnenin kütlesi nadiren değişir; ancak ağırlığı birçok sebepten değişebilir.

Roket fırlatmaları, kütle ve ağırlık ilişkisine ilginç bir örnek sunar. Kalkışta roket yakıt dolu olduğundan kütlesi en yüksek seviyededir. Dünya yüzeyinde etkilendiği yer çekimi kuvveti de en yüksek seviyede, bu nedenle ağırlığı da fırlatma boyunca alacağı en büyük değerdedir. Kalkıştan birkaç dakika sonra roket, yakıtının büyük kısmını tüketmiştir. Yani maddeyi enerjiye dönüştürdüğünden kütle kaybetmiştir. Ayrıca Dünya yüzeyinden uzaklaşmıştır, yani üzerindeki yer çekimi kuvveti azalmıştır. Böylece roketin hem kütlesi hem de ağırlığı azalmış bulunur. Yani motorlar, roketi kalkış anındakinden çok daha hızlı itebilir.

Farklı Gök Cisimlerinde Ağırlığınız Nasıl Değişirdi?

Bir gezegende hissettiğiniz yer çekimi kuvveti, gezegenin yoğunluğuna bağlıdır. Dünya'nın yer çekimi kuvvetinin 1g olarak alınır. 80 kilogram bir birey Dünya'da yaklaşık 784.5 Newton (N) ağırlığa sahiptir. Bunu, bireyin kütlesi ile Dünya'nın kütleçekim ivmesini (ortalama 9.80665 m/s²) çarparak buluruz.

Aynı 80 kilogramlık birey, Ay'da yine 80 kilogram olmasına rağmen, 129.9 Newton ağırlıkta olacaktır. Yaklaşık 6'da 1'i... Bu nedenle Ay'ın yer çekimi kuvveti 1/6g'dir. Bunun nedeni, Ay'ın kütleçekiminin (1.6249 m/s²) Dünya'ya göre kabaca 6 kat daha zayıf olmasıdır (Dünya'nın kütleçekiminin yaklaşık %16.6'sıdır).

Jüpiter ise Dünya'dan çok ama çok daha büyük olmasına karşın, Dünya'dan daha düşük bir yoğunluğa sahiptir. Bu nedenle yer çekimi kuvveti, boyut farkıyla orantılı olmayacak şekilde, sadece 2.5g kadardır.

Ancak bu kadar karmaşık hesaplarla uğraşmamak için çoğu zaman bilim müzeleri veya popüler bilim kaynakları, eğer ki bir diğer gök cisminde olsaydınız, Dünya'daki ne kadar kütleye eşit bir ağırlığa sahip olurdunuz, bunu verirler. Bunu kütle cinsinden verirler. Örneğin aşağıda, Dünya'da 80 kilogram kütleye sahip birinin ağırlığının, farklı gök cisimlerinde kaç kilograma karşılık geleceği gösterilmektedir:

Aslında gerçekte kütleniz bir başka gök cismine geçtiniz diye değişmez. Ancak Dünya'daki kütle karşılığı verilerek anlama kolaylığı hedeflenir. Örneğin Dünya'daki 100 kilogramlık bir insan, Ay'a gidecek olsa, sanki 16.6 kilogrammış gibi hisseder. Halbuki kütlesi değişmemiştir sadece gök cisminin kütleçekim kuvveti değişmiştir. 

Buradaki siteye giderek kendi kilonuzun diğer gök cisimlerindeki karşılıklarını bulabilirsiniz.

1 Kilo Pamuk mu, 1 Kilo Demir mi?

1 kilogram demir ve 1 kilogram pamuk aynı kütleye sahiptir. Ancak hacimleri farklı olacaktır. Pamuğun hacminin çok daha büyük olması gerekir, çünkü pamuğun elementlerinin çoğu demirinkilerden daha hafiftir. Yani pamuktan aynı kütleyi oluşturmak için daha çok atom gerekir, bu da daha fazla hacim demektir.

Ayrıca 1 kilo pamuk ile 1 kilo demir her zaman birebir aynı ağırlığa sahip olmayabilir. Bu konu hakkında daha fazla bilgi almak için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz.

Sonuç

Sonuç olarak, "Doktor ağırlığımın 80 kg olduğunu söyledi." cümlesi bilimsel anlamda hatalıdır, çünkü kütle ile ağırlık farklı şeylerdir. Aynı şekilde kütlenizin 784.5 Newton olduğunu söylemek de yanlış olacaktır. Ancak hepimiz aynı yer çekimine maruz kaldığımızdan günlük hayatta ağırlık ve kütleyi birbirinin yerine kullanırız. Bu nedenle "Ağırlığım 80 kilogram." lafı, gündelik yaşamda o kadar da hatalı bir kullanım değildir.