Aynı Hacim Farklı Madde
Bir litrelik şişeyi suyla doldurduğunda yaklaşık 1 kilogram gelir. Peki aynı şişeyi cıva ile doldurursan ne olur? Yaklaşık 13,6 kilogram! Hacimler aynı, ama kütleler bambaşka. Neden?
İki farklı madde aynı hacmi kapladığında kütleleri farklıysa, bu maddelerin içinde "sıkılık" farkı var demektir. İşte bu sıkılık fikrine fizikte özkütle (yoğunluk) denir. Özkütle, bir maddenin kimlik kartı gibidir. Saf bir maddenin özkütlesi sabittir ve onu başka maddelerden ayırt etmeye yarar.
Kütle: Değişmeyen Madde Miktarı
Kütle, bir cisimdeki toplam madde miktarıdır ve harfiyle gösterilir. Birimi kilogram (kg) veya gram (g)'dır. Kütle, maddenin bulunduğu yere göre değişmez. Ay'daki kütlen, Dünya'daki kütlenle aynıdır. Eşit kollu terazi ile ölçülür.
Önemli
Kütle ile ağırlık farklı kavramlardır. Ağırlık, kütleye etki eden yer çekimi kuvvetidir () ve birimi Newton (N)'dur. Kütle ise her yerde aynı kalır.
Hacim: Kapladığı Yer
Hacim, bir maddenin uzayda kapladığı yerdir ve harfiyle gösterilir. Birimi metreküp (), desimetreküp () veya litre (L)'dir. Düzgün geometrik cisimlerin hacmi formülle hesaplanır. Örneğin bir küpün hacmi 'tür. Düzgün olmayan cisimlerin hacmi ise taşırma kabı veya dereceli silindir kullanılarak ölçülür.
İpucu
Dereceli silindirdeki su seviyesi, cisim tamamen batırıldığında yükselir. Yükselme miktarı, cismin hacmine eşittir. Bu yönteme "su taşırma yöntemi" denir.
Özkütle: Birim Hacimdeki Kütle
Özkütle, bir maddenin birim hacminin kütlesidir ve (bazen ) harfiyle gösterilir. Matematiksel olarak:
Birimi veya 'tür. Bu iki birim arasında şu ilişki vardır: .
Özkütle Formülü
- : Özkütle (kg/m³ veya g/cm³)
- : Kütle (kg veya g)
- : Hacim (m³ veya cm³)
Özkütle, maddenin ayırt edici bir özelliğidir. Yani saf bir maddeyi tanımamıza yardımcı olur. Suyun özkütlesi , demirin özkütlesi yaklaşık , altının özkütlesi ise yaklaşık 'tür.
Cıvanın Kütlesini Hesaplama
Verilenleri yaz
Hacmi litre cinsinden santimetreküpe çevirdik çünkü özkütle birimi g/cm³. Formülü düzenle
Özkütle formülünden kütleyi yalnız bıraktık. Değerleri yerine koy
Özkütle ile hacmi çarptık. Sonucu bul
Sonucu kilograma çevirdik. 1 litre cıvanın kütlesi 13,6 kg'dır. Aynı hacimdeki su ise sadece 1 kg gelir.
Aynı hacimdeki farklı maddelerin kütleleri farklıdır. Bunun nedeni, atomların veya moleküllerin diziliş sıklığı ve atom ağırlıklarındaki farktır. Bu ilişkiyi grafikle de gösterebiliriz. Kütle-hacim grafiğinde doğrunun eğimi, maddenin özkütlesini verir.
Uyarı
"Kütlesi büyük olan maddenin özkütlesi de büyüktür" düşüncesi yanlıştır. Özkütle, kütle ve hacmin oranıdır. Büyük kütleli bir madde, hacmi de büyükse düşük özkütleli olabilir. Örneğin bir bina çok kütlelidir ama özkütlesi, aynı hacimdeki bir altın külçesinden çok daha küçüktür.
Kütle-Hacim Grafiği Yorumlama
Bir maddenin kütlesi ile hacmi doğru orantılıdır. Bu yüzden kütle-hacim (-) grafiği, orijinden geçen bir doğrudur. Bu doğrunun eğimi:
Yani grafiğin eğimi bize doğrudan özkütleyi verir. İki farklı maddenin grafiklerini aynı eksende çizersek, eğimi daha dik olan maddenin özkütlesi daha büyüktür.
Yukarıdaki grafikte 10 cm³ hacmindeki suyun kütlesi 10 g, cıvanın kütlesi ise 136 g'dır. Buradan suyun özkütlesi , cıvanın özkütlesi ise olarak bulunur.
- Kütle, cismin bulunduğu yere göre değişmez. Kütle, madde miktarıdır ve yer çekiminden bağımsızdır. Ay'da da Dünya'da da aynı kalır.
- Özkütlesi 2 g/cm³ olan bir maddenin 50 cm³'lük hacminin kütlesi kaç gramdır? m = d × V = 2 × 50 = 100 g. Özkütle ile hacim çarpılarak kütle bulunur.
- Kütle-hacim grafiğinin eğimi, maddenin ___ değerini verir. Grafikte dikey eksen kütleyi, yatay eksen hacmi gösterdiği için eğim (Δm/ΔV) özkütleye eşittir.