Fizikte, kütle, Newton’un ikinci yasasından yararlanılarak tanımlandığında cismin herhangi bir kuvvet tarafından ivmelenmeye karşı gösterdiği dirençtir. Doğal olarak kütlesi olan bir cisim eylemsizliğe sahiptir. Kütleçekim kuramına göre, kütle kütleçekim etkileşmesinin büyüklüğünü de belirleyen bir çarpandır (parametredir) ve eşdeğerlik ilkesinden yola çıkılarak bir cismin kütlesi kütleçekimden elde edilebilir. Ama kütle ve ağırlık birbirinden farklı şeylerdir. Ağırlık cismin hangi cisim tarafından kütleçekime maruz kaldığına göre ve konumuna göre değişebilir.
Kütleyi ölçmek için kullanılan birim kilogramdır. Kütleyi doğrudan ölçmek zordur. Bu yüzden kütleyi ölçmek için eşit kollu terazi kullanılır. Ayrıca cismin ilk olarak ağırlığını yaylı kantarla ölçüp daha sonra kütlesini hesaplayabiliriz. İnsanların günlük hayattaki kullanımları düşünüldüğünde, kütle bir cismin sahip olduğu madde miktarı şeklinde de tanımlanabilir.
Kütle Birimleri
Kütlenin birimi Uluslararası Birimler Sistemine (SI) göre kilogramdır. Bu ilk kez 1795’te donma noktasındaki bir santimetreküp su ile belirlenmiştir. Sonra 1889’da tekrar tanımlanmıştır. Daha sonra belirlenen bir örnek üzerinden yeniden tanımlamaya gidilmiştir.
SI sisteminde diğer birimler:
Bir ton bin kilograma eşittir.
Enerji birimi olan elektronvolt (eV) kütle-enerji formülünü uygulayarak kolayca kütleye çevrilebilir. Elektronvolt parçacık fiziğinde yaygın olarak kullanılır.
Atomik kütle birimi (u), karbon-12 atomu kütlesinin 1/12’sine eşittir, yaklaşık olarak 1,66 x 10–27‘kg’dır. Atomların ve moleküllerin kütlelerini bulmakta yardımcı olur.
Slug bir İngiliz ölçü birimidir. Yaklaşık 14,6 kilogramdır.
Pound hem kütle hem kuvvet birimidir. Genellikle Amerika’da kullanılır. Yaklaşık 0,45 kg ya da 4,5 Newton’dur.
Planck kütlesi bir parçacığın alabileceği en yüksek kütledir. Yaklaşık 2,18×10−8 kilogramdır. Genellikle parçacık fiziğinde kullanılır.
Çok büyük yıldızların, kara deliklerin kütlesini tanımlamak için cisimlerin Schwarzschild yarıçapınının kullanıldığı durumlar vardır. (1cm ≈ 6,73×1024kg)
Kütle Tanımları
Fizik biliminde, yedi temel kütle kavramı vardır:
- Belirli türlerdeki madde miktarı ürünlenimle yığma yöntemi ya da başka bir yöntemle tam olarak tespit edilebilir. Bir maddenin kütlesi o maddenin içerdiği atom ve moleküllerin içerdiği bağların kopma ya da birleşme enerjisi ile bulunabilir.
- Bir cismin eylemsizlik kütlesi, o cismin ivmelenmeye karşı gösterdiği dirençtir. Kuvveti ve ivmeyi biliyorsak eylemsizlik kuvvetini hesaplayabiliriz. Aynı kuvvet uygulandığında küçük kütleli cisimler büyük kütleli cisimlere göre daha büyük bir ivmelenmede bulunacaklardır. Büyük kütleli cisimler büyük eylemsizliğe sahiplerdir.
- Aktif kütleçekim kütlesi, maddenin kütleçekimsel alanının bir ölçüsüdür. Kütleçekim alanını, bir nesnenin serbest düşmesine izin verip ivmesini ölçerek hesaplayabiliriz. Örneğin, Ay’ın yüzeyinde serbest düşme yapan bir cismin ivmesi, Dünya’nın üzerinde serbest düşme yapan bir cismin ivmesinden küçüktür. Ay’daki kütleçekim alanının daha az olmasının sebebi Ay’ın kütleçekim kütlesinin daha az olmasından kaynaklanır.
- Pasif kütleçekim kütlesi, maddenin kütleçekim alanıyla etkileşime giren ve ivmelenmeye maruz kalan büyüklüktür.
- Kütle enerji eşitliğine göre enerji de kütle olarak düşünülebilir. Bu eşitlik ışığın kütleçekim ile bükülmesi, nükleer füzyon, parçacık-antiparçacık oluşumunu içeren yüksek enerjili fiziksel süreçlerle ispatlanmıştır. Nükleer füzyon ve parçacık-antiparçacık oluşumu deneyleri enerji ve kütlenin birbirleri arasında dönüşümünü de gösterir. Işığın kütleçekim ile bükülmesi olayında, saf enerjili fotonlar pasif kütleçekim kütlesine sahip gibi davranırlar.
- Uzay zamanının eğriliği mevcut kütlenin göreceliğinin bir bulgusudur. Bu eğiklik oldukça küçüktür ve ölçülmesi çok zordur. Bu yüzden, Einstein genel görelilik kuramını açıklayana kadar keşfedilemedi. Dünyanın yüzeyindeki aşırı hassas atomik saatler zamanı uzayda sabitlenmiş saatlerden daha yavaş ölçer. Zamanın eğriliğinden dolayı her geçen süre zamanın genişlemesine yerçekimsel zaman genişlemesi denir.
- Cismin kuantum kütlesi frekansının ve dalga boyunun arasındaki farkı gösterir. Bir elektronun kuantum kütlesi, Compton dalga boyu, spektroskopisinin çeşitli formları aracılığıyla belirlenebilir ve Rydberg sabiti, Bohr yarıçapı ve klasik elektron çapı ile yakından bağlantılıdır. Daha büyük cisimlerin kuantum kütleleri direkt olarak watt dengesi yöntemi kullanılarak ölçülebilir. Göreceli kuantum mekaniğinde kütle, Poincaré grubunun indirgenemez temsili etiketidir.
