Özkütle

Bir maddenin birim hacminin kütlesine o maddenin özkütlesi denir.

Kütle m, hacim V, özkütle d ile gösterilmek üzere

    olur.

SI birim sisteminde özkütle birimi kg/m3 dür. g/cm3 de özkütle birimidir. Aynı şartlarda özkütle, maddeler için ayırt edici özelliktir.

Şekildeki grafiklere göre, katı ve sıvı maddelerin sıcaklığı sabit kalmak şartı ile kütle ile hacmi doğru orantılıdır. Kütle – hacim grafiğinde doğrunun eğimi özkütleyi verir.

Öz kütle, maddenin karakteristik özelliği olmasına rağmen yalnız öz kütlesi bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılamayabilir. Bir maddenin hangi madde olduğunun anlaşılabilmesi için birden fazla ayırt edici özelliğinin incelenmesi gerekir. Kütlesi artan bir maddenin hacmi de artar dolayısıyla, hacimle kütle doğru orantılı değiştiği için öz kütle değişmez.

Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin g/cm³ cinsinden öz kütleleri verilmiştir.

Yalnız öz kütlesi bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılabilir mi sorusunun yanıtı hayırdır. Bunu açıklamak için şöyle bir örnek verilebilir. Nikelin özkütlesi 8,9 g/cm³’tür. Demirin özkütlesi 7,86 g/cm³ ve gümüşün özkütlesi 10,5 g/cm³’tür. Belli bir oran demir ve gümüş karıştırılarak özkütlesi 8,9 g/cm³ olan bir alaşım hazırlanabilir. Bu durumda özkütleleri 8,9 g/cm³ olan madde nikel de olabilir, demir – gümüş alaşımı da olabilir (birden fazla madde aynı özkütleye sahip olabilir). Bu, özkütlenin yalnız başına tam anlamıyla ayırt edici olma özelliği göstermediğini gösterir. Çoğu zaman maddenin diğer ayırt edici özellikleri de yalnız başına maddeleri tanımaya yetmeyebilir. Buna göre, bir maddenin hangi madde olduğunun anlaşılabilmesi için birden fazla özelliğinin incelenmesi gerekir. Bunun yanı sıra farklı koşullardaki aynı maddenin de özkütlesi aynı olmayabilir.

Kütle, bir cisimdeki madde miktarının ölçüsü olarak tanımlana bilir. Aynı zamanda cismin hareket etmeye karşı gösterdiği direnç olarak da adlandırılabilir. Kütle her yerde aynı değere sahiptir.

Kütlenin SI birim sistemindeki birimi kilogram'dır. Bu kg. olarak kısaltılır. Kullanılan diğer birimler gram, ton ve pound'dur. Görelilik teorisine göre duran kütle m ile enerji E arasında E = mc2 bağlantısı olduğundan enerji birimi olan elektronVolt (eV) da kütle için kullanılabilir. Özellikle kütle ve enerjinin birbirine dönüşebildiği parçacık fiziğinde eV sık kullanılmaktadır. (yaklaşık 1 eV=1.783 × 10-36 kg).

Kütleyi ölçmek için eşit kollu teraziden yararlanılır.

Yukarıdaki animasyonda başlangıçta terazi dengede değildir. Binici kolun uç kısmına doğru hareket ettikçe sağ kefeye verdiği ağırlık artar. Binici 4. bölmeye getirildiğinde denge sağlanmıştır. Binici dahada sağa sürüklenirse denge diğer tarafa bozulur. Buradaki hesaplamayı şöyle düşünebiliriz:

Binici 0. bölmede iken, sağ kefeye bir katkısı yoktur. Son bölmede iken sanki sağ kefenin içine atılmış gibi olur. Yani kendi kütlesi kadar etkide bulunur.O halde basit bir orantıyla binicinin sağ kefeye kaç gr etkisi olduğunu bulabiliriz. Son bölmede (10. bölmede) binici kütlesi kadar etkisi varsa, 4. bölmede nekadar etkisi var. Buradan binicini sağ kefeye katkısı bulunur.

Terazinin duyarlılığı: Duyarlılık binicinin bir bölme yardeğiştirmesinin kaç g fark yarattığıdır. Veya binici 1. bölmede iken kaç gram etkisi olduğudur.

Maddelerin uzayda kapladığı yere hacim denir. İki madde birlikte aynı hacmi işgal edemez. Örneğin bir bardağa su konulduğunda bardağın içindeki hava, kabı terkeder.

Katı maddelerin belli bir şekli ve hacmi vardır. Sıvı maddelerin belli bir hacimleri olmasına rağmen belirli bir şekilleri yoktur, konuldukları tabın şeklini alırlar. Gazların ise hem belirgin hacimleri hem de belirgin şekilleri yoktur. Konuldukları kapların hacmini ve şeklini alırlar.

Hacim = En . boy . yükseklik

V = a . b. c dir.

Üç kenarı da eşit ve a kadar olan küpün hacmi

V = a³ dür.

Düzgün Olmayan Cisimlerin Hacimleri

Düzgün geometrik yapıda olmayan katı cisimlerin hacimleri, dereceli kaplardaki sıvılardan yararlanılarak bulunur.

Tamamen dolu olmayan dereceli kaptaki sıvıya bir cisim atılırsa, cismin hacmine eşit hacimde sıvıyı yer değiştirir.

Eğer katı bir cisim sıvı içine atıldığında çözünüyorsa, cismin gerçek hacmini bulamayız. Çünkü, cismin katı haldeki hacmi ile sıvı haldeki hacmi eşit olmadığı gibi, katı içinde hava boşlukları olabilir ve eridiğinde hava çıkar ve hacim azalır.

Dereceli kapta bulunan kuru kumun üzerine su döküldüğünde, karışımın hacmi, su ve kumun ayrı ayrı hacimlerinin toplamından daha küçük olur. Bunun nedeni, kum tanecikleri arasında hava boşluğu olması ve suyun bu boşlukları doldurmasıdır. Buna göre, kumun gerçek hacmi, karışımın hacminden suyun hacmi çıkarılarak bulunur.

Hacim Birimleri

Hacim V sembolü ile gösterilir. SI birim sisteminde hacim birimi m3 tür. Pratikte maddelerin hacmini ölçmek için m3 ün alt katları olan cm3 ve dm3 kullanılır. Bir cismin hacmi bulunurken, üç boyutu çarpıldığı için, hacim birimleri de uzunluk birimlerinin küpü olarak ifade edilir.

    * Fiziksel olay: Bir madde üzerinde meydana geldiği vakit, o maddenin hüviyetini, yapısını değiştirmeyen olaydır. Mesela kağıdın yırtılması, fiziki bir olaydır. Çünkü kağıdın şekli değişmiş fakat özü yine kağıttır.

    * Kimyasal olay: Bir madde üzerinde meydana geldiği vakit, o maddenin hüviyet ve yapısını değiştiren olaydır. Mesela kağıdın yanması gibi.

Atomların çekirdeklerinde değişmeler, parçalanmalar olduğu, radyoaktif denilen elementlerden anlaşılmaktadır. Atomların ortasında bulunan çekirdeklerin bu parçalanmasında, bir elementin başka bir elemente dönüştüğü anlaşılmıştır. Ayrıca, Albert Einstein'in izafiyet kuramına göre madde ve enerji birbirine eşdeğerdir. Bu sebeple madde enerjiye, enerji de maddeye dönüştürülebilir. Mesela bir uranyum çekirdeğinin veya başka bir ağır atom çekirdeğinin ikiye ayrılmasıyla meydana gelen çekirdek bölünmesinde madde enerjiye dönüşür. Bileşik cisimlerde olduğu gibi, elementler de hep değişmekte, bir halden başka hale dönmektedir.