Aynı boyutta bakır ve tahta bloktan biri suda batar, diğeri yüzer. Sebebi tek bir sayıda gizli: birim hacimdeki kütle, yani özkütle. Bu ünitede d = m/V bağıntısını, kütle–hacim grafiklerini ve karışımların özkütlesini öğreneceksin.
Şekil ve büyüklükleri aynı olan içleri dolu bakır ve tahta bloklardan bakır su içerisinde batarken tahta suda yüzer. Bu durum her maddenin birim hacmindeki kütlesinin farklı olduğunu gösterir. Birim hacimdeki kütle miktarına özkütle (yoğunluk) denir.
Özkütle skaler bir büyüklüktür ve aynı sıcaklık ve basınç altında maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Aynı maddeden yapılmış iki cismin kütle ve hacim değerleri farklı olsa bile özkütleleri aynıdır. "d" sembolüyle gösterilir.
d: özkütle · m: kütle · V: hacim
SI birimi kg/m³'tür ama günlük hayatta genellikle g/cm³ kullanılır. Suyun özkütlesi 1 g/cm³, yani 1000 kg/m³'tür.
| Madde | Özkütle | Madde | Özkütle |
|---|---|---|---|
| Tahta (çam) | 0,5 | Alüminyum | 2,7 |
| Etil alkol | 0,79 | Demir | 7,9 |
| Zeytinyağı | 0,92 | Bakır | 8,9 |
| Buz | 0,92 | Cıva | 13,6 |
| Su | 1,0 | Altın | 19,3 |
Buzun suda yüzmesi buradan okunur: Buzun özkütlesi (0,92) sudan (1,0) küçük olduğu için buz batmaz. Göller yüzeyden donduğu hâlde altındaki canlıların yaşayabilmesinin sebebi budur.
Sabit sıcaklık ve basınç altında bir maddenin kütlesi ile hacmi doğru orantılıdır. Kütle hangi oranda artıyorsa hacim de aynı oranda artar; dolayısıyla kütlenin hacme oranı sabit kalır. Kütle–Hacim grafiğinde doğrunun eğimi özkütleyi verir.
Özkütle–Hacim grafiğinde maddenin hacmi artmasına rağmen özkütle değeri değişmez, sabit kalır.
Özkütle–Kütle grafiğinde maddenin kütlesi artmasına rağmen özkütle değeri değişmez, sabit kalır.
Bu yüzden iki farklı maddeyi tek bir kütle–hacim grafiğinde çizersen, daha dik olan doğru daha büyük özkütleye sahiptir. Grafikten madde tanımak bu kadar basittir.
Maddeler birbirleriyle karışmıyorsa (zeytinyağı ve su gibi) özkütlesi büyük olan madde dibe çöker, özkütlesi küçük olan yüzeyde kalır. Homojen olarak karışabiliyorlarsa ortaya tek bir özkütle çıkar ve bu değer her zaman iki özkütlenin arasındadır.
Karışım oluşturulurken karıştırılan maddelerin özkütlelerinden faydalanılır. Aşağıdakilerin hepsi MEBİ konu özetinde geçen gerçek uygulamalardır.
Para üretilirken hangi maddeden ne kadar kullanılacağı hassas bir şekilde ölçülür. Karışımın özkütlesi paranın kütlesini, dolayısıyla otomat makinelerinin parayı tanımasını belirler.
Çelik üretiminde karışımlardan yararlanılır. Demir içerisine katılan krom ve alüminyum gibi metaller ile farklı özkütleye sahip çelikler üretilir.
Araç jantlarında ve uçak gövdelerinde demir–alüminyum karışımından oluşan çelik kullanılır, çünkü özkütlesi daha küçüktür. Aynı uçak demir–krom çeliğiyle üretilseydi özkütlesi ve dolayısıyla kütlesi büyük olacağı için yakıt tüketimi artardı.
Günümüzde çelikten daha dayanıklı olmasına karşılık özkütlesi çok daha küçük olan karbon fiber malzemelerin kullanımı yaygınlaşmaktadır: bisiklet kadrosu, yarış arabası gövdesi, uçak parçaları.
Ebru yapılacak suya kitre ilave edilir. Kitre, özkütlesi sudan daha büyük bir sıvıdır ve havada katılaşır. Böylece ebru sıvısının özkütlesi artırılır; üzerine damlatılan boyalar yüzeyde kalır ve renk renk desenler oluşur.
Zeytinyağının özkütlesi sudan küçük olduğu için salatanın ve çorbanın üstünde toplanır. Aynı sebeple deniz kazalarında petrol suyun üzerinde yayılır ve bariyerlerle toplanabilir.
Özkütle ile ilgili ilk bilimsel çalışmaları yapmıştır. Her maddenin kendine özgü bir özgül ağırlığı olduğunun farkındaydı; örneğin aynı hacimde bir altın madenî para ile gümüş madenî paranın farklı ağırlıkta olduklarını keşfetmişti.
Özkütle üzerine çalışan bir diğer bilim insanıdır. Yaptığı hikmet terazisi adı verilen terazi ile maddelerin özkütlelerini hesaplamıştır. Bulduğu sonuçlar günümüzde ölçülen sonuçlarla büyük oranda örtüşmektedir.
10 sorudan oluşan bu test ile "Özkütle" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Birim hacimdeki kütle miktarı. Skaler büyüklüktür.
SI birimi kg/m³, günlük kullanım g/cm³. Suyun özkütlesi 1 g/cm³.
Aynı maddeden yapılmış iki cismin kütle ve hacmi farklı olsa da özkütleleri aynıdır.
Kütle–hacim grafiğinde doğrunun eğimi özkütleyi verir. Daha dik doğru = daha büyük özkütle.
Hacim ya da kütle artsa bile özkütle değişmez, sabit kalır.
d(su) > d(zeytinyağı) olduğundan su altta, zeytinyağı üstte dengelenir.
Karışımın özkütlesi her zaman iki özkütlenin arasındadır; hacimce fazla olana daha yakındır.
Eşit hacimde karıştırılırsa sonuç aritmetik ortalamadır.
Eşit kütlede karıştırılırsa karışımın özkütlesi, özkütlesi küçük olana daha yakın çıkar.