Bir kilogram çelik ile bir kilogram kuş tüyünün kütlesi eşit. Ancak atmosferde hassas bir teraziyle tartıldıklarında çelik daha ağır görünebiliyor. Farkın nedeni, havanın cisimlere uyguladığı kaldırma kuvvetinin hacme göre değişmesi.
Havanın kaldırma kuvveti tartım sonucunu etkiliyor
Vakumda, yani havanın bulunmadığı ortamda, kütleleri birer kilogram olan çelik ve kuş tüyü aynı yerçekimi kuvvetine maruz kalıyor. Bu nedenle eşit kollu bir terazi dengede kalıyor. Atmosferde ise havanın kaldırma kuvveti ölçülen değeri etkiliyor.
Gazlar da sıvılar gibi içlerindeki cisimlere yukarı yönlü kuvvet uyguluyor. Bu kuvvet, cismin yer değiştirdiği havanın miktarına bağlı. Kuş tüyü, aynı kütledeki çelikten daha fazla hacim kapladığı için daha çok havayı yerinden ediyor ve daha büyük kaldırma kuvvetine maruz kalıyor. Yoğun çelik daha az yer kapladığından, üzerindeki kaldırma etkisi daha düşük kalıyor.
Hacim farkı terazide nasıl görünüyor?
Kuş tüylerinin yoğunluğu santimetreküpte 1,3 gram. Bu yoğunluktaki bir kilogramlık kütle yaklaşık 751 santimetreküp hacim kaplıyor. Santimetreküpte 7,86 gram yoğunluğa sahip çeliğin bir kilogramı ise yaklaşık 127 santimetreküp hacme sahip.
Deniz seviyesindeki atmosfer koşullarında, vakumda tam bir kilogram olan kuş tüyünün terazideki görünür ağırlığı yaklaşık 999,08 grama düşüyor. Çelikte bu değer yaklaşık 999,85 gram oluyor. Aradaki 0,77 gramlık fark, yeterince hassas terazilerde ölçülebiliyor.
Hassas kütle ölçümlerinde düzeltme yapılıyor
Havanın kaldırma kuvveti, yalnızca bilmecenin yanıtını etkileyen bir ayrıntı değil; hassas kütle ölçümlerinde de hesaba katılması gereken bir etki. 2014’te yapılan bir deneyde araştırmacılar, farklı yoğunluklara sahip bronz levha ve straforu tarttı. Vakum haznesindeki havanın tahliye edilmesiyle kaldırma kuvvetinin ölçüm sonuçlarına etkisini incelediler.
ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) gibi metroloji kuruluşları da kütle ölçümlerinde havanın kaldırma kuvvetinden kaynaklanan sapmaları düzeltmek için standart yöntemler kullanıyor.
Yanıt, tartım ortamına bağlı
Bir kilogram çelik ile bir kilogram kuş tüyünün kütlesi eşit; aynı yerde üzerlerine etki eden yerçekimi kuvveti de aynı. Ancak atmosferde hacimleri farklı olduğu için terazide görünen ağırlıkları değişebiliyor. Bu küçük farkın kaynağı, havanın cisimlere uyguladığı kaldırma kuvveti.
