Ağırlık ve kütle arasındaki fark nedir? Yerçekimi

Ağırlık günlük hayatımızda kütleye göre daha sık kullandığımız bir sözcük. Fizikte ise ağırlık ve kütle ilişkili ama farklı kavramlardır. Kütle bir cismin temel ve değişmeyen bir özelliğiyken, ağırlık bir cismin özelliği değildir. Kütle bir cismin madde miktarıdır; ağırlık duran (ivmelenmeyen) bir cismin kütlesine yer çekiminin uyguladığı kuvvettir. Bu nedenle kütlenin birimi kg; ağırlığın birimi Newton (N) olarak belirtilir. Ağırlığın birimi bazen kg-kuvvet (kgf) olarak da verilebilir. Kütleyi m, ağırlığı G simgesiyle gösteririz. Kütle skalerken ağırlık vektördür çünkü bir kuvvettir.

Ağırlık ve kütle ilişkisi

Ağırlık bir cismin kütlesinin bir gezegenin kütle çekim kuvvetiyle etkileşmesi sonucu ortaya çıkan kuvvettir. Bu yüzden gezegenin yüzeyine yakın her yerde, kütlesi olan her cismin, her zaman ağırlığı vardır. Ağırlığın yönü hep yere doğrudur (aslında gezegenin merkezine doğrudur). Ağırlığı bulurken cismin kütlesiyle gezegenin yer çekimi ivmesi çarpılır:

G = mg

Bunun nedeni Newton’un ikinci hareket kanunundaki kuvvetin tanımıdır. Hatırlayın F = ma.

Yukarıdaki resim m kütleli bir cismin ağırlığını gösteriyor.

Örnek soru 1 – Dünya’da bir topun ağırlığı

Örneğin, Dünya’daki bir topun ağırlığı, topun kütlesiyle Dünya’nın yer çekimi ivmesinin çarpımına eşittir.

G_top = m_top x g_dünya

Topun kütlesi m = 1 kg ise ağırlığı:

G_top = 1 kg x 10 m/s² = 10 N olarak bulunur.

Dünya’nın yer çekimi ivmesi g simgesiyle gösterilir. Yer yüzeyine yakın noktalarda g = 9,81 m/s² olarak ölçülmüştür. Çoğu soruda işlem kolaylığı açısından g= 10 m/s² olarak alınır.

Bir cismin kütle miktarı değişmez, sabittir. Hangi gezegene giderseniz gidin kütle aynı kalır. Ama ağırlık kütle çekimi kuvveti olduğu için bulunduğunuz gezegene göre değişir.

Örnek soru 2 – Jüpiter’de bir topun ağırlığı

Örneğin kütlesi 1 kg olan topun Jüpiter’deki ağırlığı şöyle olurdu:

g_Jüpiter = 26 m/s²

G_top = m x g_Jüpiter

G_top = 1 kg x 26 m/s² = 26 N

Aynı topun ağırlığı Jüpiter’de Dünya’dakinin 2,5 katından fazla olur. Çünkü Jüpiter’in yer çekimi ivmesi Dünya’nınkinin 2,6 katı.

Aşağıdaki tabloda gezegenlerin yer çekimi ivmelerinin (g) değerleri gösteriliyor. (Hoş Plüto artık gezegen değil, cüce gezegen, ama yine de verelim.)

Gezegen	g
Merkür	3,61
Venüs	8,83
Dünya	9,81
Mars	3,75
Jüpiter	26
Satürn	11,2
Uranüs	10,5
Neptün	13,3
Pluto	0,61

Ağırlık nasıl ölçülür?

Kütle genellikle eşit kollu teraziyle ölçülürken, ağırlık dinamometre ile ölçülür. Aslında eylemsizlik terazisi dışındaki yöntemlerin çoğunda kütleyi ölçmeye çalışırken ağırlığın etkisini ölçeriz. Ağırlıkla kütle arasındaki ilişkiyi bildiğimiz için, kütleyi bu ilişkiden belirleriz. Dinamometre bir sarmal yaydır, ucuna taktığınız cismin ağırlığı yayın uzamasına neden olur. Yayın ne kadar uzama miktarından ne kadar kuvvet uygulandığı yani ağırlık belirlenir. Aşağıdaki resimde iki dinamometre gösteriliyor.

Ağırlıksızlık nedir?

Uzayda tüm gök cisimlerinden uzakta bir yerdeyseniz ağırlığınız gerçekten sıfır olur. Çünkü kütlenize etkiyen yer çekimi kuvveti olmaz, yer çekimi ivmesi sıfır olur. g = 0 olursa G = m x 0 = 0 N olur.

Ağırlığı sıfır ölçebileceğimiz, ama ağırlığın aslında var olduğu başka durumlar da bulunur. Örneğin, bir asansörde 100. katta olduğunuzu farz edin ve bir tartının üstündesiniz. Asansör dururken tartı ağırlığınızı gösterir, diyelim ki 600 N. Asansör aniden serbest düşerse, tartı ağırlığınızı 0 N olarak gösterir. Eğer yüksek bir yerden denize ya da havuza atladıysanız kendinizi ağırlıksız hissetmiş olabilirsiniz. Aslında hala ağırlığınız var, ama ivmeli hareket yaptığınız, yani Dünya’ya doğru düştüğünüz için hissetmiyorsunuz.

Benzer bir durum uzay istasyonundaki astronotlar için de geçerlidir. Uzay istasyonunun içinde ağırlıksız hissediyorlar, çünkü uzay istasyonu Dünya’nın etrafında dairesel hareket yapıyor. Ama aslında hala üzerilerinde Dünya’nın yer çekimi kuvveti var. Ağırlıkları var ama Dünya’ya doğru sürekli düşüyorlar, bu nedenle ağırlıksız hissediyorlar.

Ağırlık ile ilgili Fizik dersi Kazanımları

9.3.3.2. Kuvvet, ivme ve kütle kavramları arasındaki ilişkiyi açıklar.

• Yer çekimi ivmesi açıklanarak ağırlık hesaplamaları yapılır.