Atom altı parçacıktan galaksiye kadar aynı bilim
Fizik bilimi; evreni kuvvet, madde, enerji, uzay ve zaman ilişkileri çerçevesinde matematiksel hesaplamalar ve gözlem yoluyla inceleyen yasalar ve teoriler bütünüdür. Bu tanım tek başına soyut görünür. Bu sayfa onu parça parça açıyor: fiziğin doğa felsefesinden nasıl ayrıldığını, hangi beş kavram üzerine kurulduğunu ve müzikten heykele kadar hangi disiplinlerle iş birliği yaptığını.
Eski Çağ’da fizik alanındaki araştırmalar doğa felsefesinin sınırları içinde yürütülmekteydi. Yani bugün “fizik” dediğimiz sorular — bir cisim neden düşer, hareket nedir, boşluk var mıdır — ayrı bir bilim dalının değil, felsefenin konusuydu. Ölçme ve deney henüz bu araştırmaların merkezinde değildi; düşünerek ve tartışarak sonuca varılmaya çalışılıyordu.
“Fizik” sözcüğünün kendisi de bu dönemden gelir: Yunanca physis “doğa” demektir. Aristo’nun kitabının adı olan Physica da bu kökten türemiştir.
Örneğin Aristo, doğa ve evren hakkındaki temel düşüncelerini çeşitli eserlerinde [Physica (Fizika) gibi] açıklamıştır. Aristo, “Physica” adlı kitabında fizikte değişimin genel prensiplerini belirlemiştir. Aristo; kitabında hareket, mekân, boşluk, zaman gibi kavramları açıklamaya çalışmıştır.
Bu dört kavrama dikkat et: hareket, mekân, boşluk, zaman. Ünitenin ilerleyen bölümünde göreceğin fizik tanımında da uzay (mekân) ve zaman aynen yer alıyor. Yani Aristo’nun sorduğu sorular değişmedi; değişen şey, o sorulara nasıl cevap arandığı oldu.
Eski Çağ’dan bugüne gelene kadar bilime konu olan olgular özelleşmiş, bilginin kapsamı genişlemiş ve her bilgi türünün ya da bilimsel çalışmanın faaliyet alanı farklı amaçlar doğrultusunda değişmiştir.
Doğada karşılaşılan olay ve olgulardan bazıları belli bir disiplinin, bazıları ise birden fazla disiplinin inceleme alanı ile ilişkili olabilmektedir.
Bu iki cümle ünitenin bütün mantığını taşır. Bilgi büyüdükçe disiplinlere ayrıldı — ama doğa olayları bu ayrıma uymak zorunda değil. Bir tek olay, birkaç disiplinin birden konusu olabilir. 04. bölüm tam olarak bunun örneklerini veriyor.
Fizik bilimi; evreni kuvvet, madde, enerji, uzay ve zaman ilişkileri çerçevesinde matematiksel hesaplamalar ve gözlem yoluyla inceleyen yasalar ve teoriler bütünüdür.
Fizik biliminin amacı, evreni ve evrende gerçekleşen olayları açıklamaktır.
Fizik bilimi, bu olay ve olguları açıklarken deney ve gözlemle elde edilen bilgilerden yararlanır.
Ortaya koyduğu bağıntıları ve yasaları ifade ederken genellikle matematik dilini kullanır.
Fizik bilimi kapsamında yapılan bilimsel çalışmalar, teknolojinin ve insanlığın gelişmesine katkı sağlar.
Tanım uzun bir cümle ama içinde tam dört soru cevaplanıyor:
Neyi inceler? Evreni.
Hangi kavramlarla? Kuvvet, madde, enerji, uzay, zaman — ve bunların
ilişkileri ile.
Nasıl inceler? Matematiksel hesaplamalar ve gözlem yoluyla.
Sonuçta ne üretir? Yasalar ve teoriler.
Tanımdaki “ilişkileri” sözcüğü atlanmamalı: fizik bu beş kavramı tek tek değil, birbirini nasıl etkilediklerini inceler. Kuvvetin harekete, hareketin enerjiye dönüşmesi gibi.
| Tanımdaki kavram | Ne demek | Bu üniteden bir örnek |
|---|---|---|
| Kuvvet | Cisimleri iten, çeken, döndüren ya da şeklini değiştiren etki | Gök cisimleri arasındaki çekim kuvvetleri; heykelin devrilmeden durması |
| Madde | Kütlesi ve hacmi olan her şey | Atomların ve moleküllerin davranışları (kimya ile ortak alan) |
| Enerji | İş yapabilme yeteneği; biçim değiştirebilir ama yoktan var olmaz | Kaykay sporcusunun yokuş aşağı kayması; fotosentezde ışık enerjisinin dönüşümü |
| Uzay (mekân) | Olayların gerçekleştiği yer, konum | Uzay seyahatleri; gök cisimlerinin yörüngeleri |
| Zaman | Olayların sıralandığı ve süresinin ölçüldüğü büyüklük | Elektrikli yılan balığının 1-2 milisaniyelik akımı |
Fizik bilimi, evrendeki galaksiler kadar büyük ölçekte doğayı inceler.
Fizik bilimi, atom altı parçacıklar kadar küçük ölçekte doğayı inceler.
İki uç arasındaki her şey de fiziğin konusu. Bu, fiziği öteki disiplinlerden ayıran en belirgin özelliktir: ölçek sınırı yok. Biyoloji canlıyla, kimya maddenin yapısı ve değişimiyle ilgilenirken fizik, hem elektronun hem galaksinin hareketini aynı kavram takımıyla ele alır.
Fen bilimleri; fizik, kimya, biyoloji gibi belirli disiplinlerin çalışmalarını kapsar. Bu disiplinler, çoğu durumda birbiriyle iç içe geçmiş çalışma alanlarına sahiptir. Günlük hayatta fen bilimlerinin ilişkili olduğu sayısız olay ve olgu bulunmaktadır. Ama iş birliği fen bilimleriyle bitmiyor: aşağıdaki merkezde fiziğin çevresinde müzik, spor ve görsel sanatlar da var.
| Disiplin | Fizik biliminden hangi konuyu kullanır | Nerede |
|---|---|---|
| Astronomi ve uzay bilimleri | Hareket konuları; teleskoplarda ışık | Gezegen ve yıldızların hareketlerinin gözlemlenmesi, yörüngelerin hesaplanması |
| Biyoloji | Işık | Mikroskoplarla bitki ve hayvan dokularının görüntülenmesi |
| Müzik | Dalgalar ve esneklik | Titreşen tellerden çıkan seslerin özellikleri; akort vidasıyla telin geriliminin ayarlanması |
| Matematik | Grafik ve hesap dili | Bir aracın süratinin analizi (hız-zaman grafiği) |
| Görsel sanatlar | Işık ve renk | Resim çizimleri |
| Kimya | Hareket ve enerji | Atomların ve moleküllerin davranışlarının açıklanması |
| Coğrafya | Dalgalar | Dev dalgaların (tsunami) oluşması ve yayılması |
| Spor | Kuvvet, hareket ve enerji | Basketbolda topun atılma açısı, hızı ve varacağı nokta arasındaki ilişki |
Tablodaki iki sütunu karıştırmak en sık yapılan hatadır. Müzik bir disiplindir; müziğin fizikten ödünç aldığı konu dalgalar ve esnekliktir. Soruda “telli enstrümandaki sesin açıklanmasında fiziğin hangi konusundan yararlanılır?” denirse cevap dalgalardır, “müzik” değildir. Tersine, “bu iş birliği hangi disiplinle yapılmıştır?” denirse cevap müziktir.
İkinci tuzak: dalgalar konusu tabloda iki disiplinde birden geçiyor — müzik (ses dalgaları) ve coğrafya (tsunami). Aynı fizik konusu farklı disiplinlere hizmet edebilir; bu bir çelişki değil, tam da ünitenin anlattığı iç içe geçmişliktir.
Doğa olaylarından biri olan fotosentez; fizik, kimya ve biyoloji disiplinlerinin iş birliği ile açıklanabilmektedir. Güneş ışığının bitki tarafından soğurulması ve bu enerjinin dönüşümü fizik disiplini ile açıklanır. Karbondioksidin besine dönüşüm süreçleri kimya ve biyoloji disiplinleri tarafından ele alınır.
Bitkilerin büyümesi ve gelişmesi için gereken organik maddelerin üretilmesini, ekosistemlerdeki yaşamın devamlılığı için oksijenin sağlanmasını ve karbondioksit döngüsünün sürdürülebilmesini biyoloji disiplini inceler.
Bir enstrümandan gelen müzik sesi, işitme sisteminin başlangıcı olan kulak kepçesinde toplanır. Sonra kulak kanalında ilerleyerek kulak zarına çarpar ve kulak zarının titremesine sebep olur. Ses titreşimleri; çekiç, örs ve üzengi kemiklerinden geçerek salyangoza ulaşır. Bu titreşimler, salyangozda bulunan sıvının ve tüylerin hareket etmesini sağlar. Duymanın gerçekleşmesi için gerekli uyarılar, tüy hücreleri tarafından üretilerek işitme sinirleri aracılığıyla beyne taşınır. Beyin gelen uyarıları yorumlar ve müzik sesi duyulur.
Zincirin ilk yarısı (dalganın toplanması, zarın titremesi, kemiklerin titreşimi iletmesi) fizik, ikinci yarısı (tüy hücrelerinin uyarı üretmesi, sinirlerin taşıması, beynin yorumlaması) biyoloji konusudur. Sınır tam da salyangozdadır.
Örneğin Güneş’in hareketleri, fizik disiplininin yanı sıra astronomi ve uzay bilimleri ile coğrafya disiplinleri tarafından da incelenmektedir. Benzer şekilde iklim olayları fizik ve coğrafya; su döngüsü ise fizik, kimya, biyoloji ve coğrafya disiplin alanları tarafından ele alınmaktadır.
Disiplin sayısına dikkat: Güneş’in hareketleri 3, iklim olayları 2, su döngüsü 4 disiplinin ortak konusudur. Su döngüsü bu ünitedeki en “kalabalık” olaydır.
Ders kitabında geçen bütün olay, olgu ve teknolojiler. Bir disiplin adı yaz (örneğin biyoloji) ve o disiplinin kaç ayrı yerde çıktığını gör.
Teknolojik gelişmelerden biri olan “da Vinci (da Vinçi) Robotik Cerrahi Sistemi”, hasta ve cerrah açısından pek çok avantaj sağlayan, başarılı bir tıp teknolojisidir. Bu sistem, geleneksel yöntemlere alternatif olarak yenileşmeye dayalı bir yaklaşımın uygulanabilmesinin önünü açmıştır. Robotik cerrahi ameliyatlarında cerrah, hasta konsolundaki kolları kullanarak ameliyatı gerçekleştirir. Robotik cerrahide ameliyat bölgesi çok net ve üç boyutlu görüntülenebilmektedir.
Robotik sistemlere verilebilecek başka bir örnek insansız hava araçlarıdır. Bu araçlar, uzaktan kumanda ile yerden yönetilebilmekte veya uçuş programı yüklendiğinde otomatik olarak uçurulabilmektedir.
İnsansız hava araçlarının uçmasında etkili olan hava sürtünmesi, havanın kaldırma kuvveti, enerji dönüşümleri fizik biliminin çalışma alanıdır.
Tiyatro, konser salonu, cami gibi çok sayıda insanın bir arada bulunabildiği büyük hacme sahip mekânlarda sesin tüm insanlara ulaşmasını sağlamak amacıyla akustik düzenlemeler yapılır. Antik Çağ açık hava tiyatrolarında sesin kaliteli şekilde aktarıldığı akustik bir ortam oluşturulmuştur. Bunun için dinleyicilerin oturma alanı tiyatro sahnesinin bulunduğu konuma eğimli olarak yerleştirilmiştir. Bunun yanı sıra oyuncular, yüzlerine taktıkları maskeleri megafon gibi kullanarak akustik kaliteyi artırmaya çalışmışlardır. örnek Antik Efes Tiyatrosudur.
Elektrik kullanımından önceki dönemlerde camiler kandillerle aydınlatılıyordu. Kandillerden çıkan is, caminin içindeki hava kalitesinin düşmesine ve süslemelerin zaman içinde bozulmasına sebep oluyordu. Osmanlı Devleti’nin en büyük mimarlarından biri olan Mimar Sinan, yaptığı Süleymaniye Camisi’nde hava akımını kanallarla bir odaya yönlendirmiştir. Odada toplanan is, daha sonra mürekkep yapımında kullanılmıştır.
Elektrik üretebilen organlara sahip elektrikli yılan balığı; bu özelliğini iletişim kurmak, yön bulmak, kendini korumak, avlanmak gibi olaylarda kullanır. Elektrikli yılan balıklarının organlarındaki hücrelerde bulunan sodyum ve potasyum iyonlarının hücre zarından geçiş durumuna göre elektrik akımı oluşur. Bu akım, 1-2 milisaniye gibi kısa bir süre etki eder. Sürenin kısa olması ve balığın önemli organlarının etrafındaki yağ tabakasının yalıtkan görevi görmesi nedeniyle elektrik akımının balığa zarar vermediği düşünülmektedir. Bilim insanları, bu balıkların elektrik üretimi yönteminden yararlanarak daha ekonomik piller geliştirmek için çalışmalar yapmaktadır.
Heykeller, genellikle doğadaki olguları yansıtmak veya duyguları ifade etmek için şekillendirilir. Heykeltıraşlar, heykelin devrilmeden durabilmesini sağlamaya çalışırlar. Örnek Samsun’daki Onur Anıtıdır.
Biyonik uzuvlar, kas hareketlerini algılayabilen sensörler içerir. Sensörler, kaslardan gelen elektriksel aktiviteyi ölçer ve elde ettiği bilgileri protezin kontrol sistemine iletir. Böylece kullanıcının istediği hareketleri başarılı bir şekilde gerçekleştirmesini sağlar. Biyonik uzuvların üretiminde nanoteknoloji, 3D baskı ve robot teknolojisi kullanılır.
Uzay ve gökyüzü çok eski çağlardan bu yana merak konusu olmuştur. Evren ve gök cisimlerini anlama çabası, en eski ve köklü bilim disiplinlerinden biri olan astronomi ile fen bilimleri arasında derin bağlar oluşmasını sağlamıştır.
Astronomi ve uzay bilimlerinin çalışma alanı: evrenin yapısı, gök cisimlerinin hareketleri, gök cisimleri arasındaki çekim kuvvetleri, diğer gezegenlerde yaşam olasılıkları, uzay seyahatleri.
Burada Türkiye’nin ilk astronotu Alper Gezeravcıyı ve savunma sanayisinde geliştirilen millî insansız hava aracını örnek olarak veriyor.
Kulaklıktan çıkan ses kulak kepçesinde toplanır, kanalda ilerler, kulak zarını titretir; titreşim çekiç, örs, üzengi kemiklerinden salyangoza geçer. Oradan sonrası biyoloji: tüy hücreleri uyarı üretir, işitme sinirleri beyne taşır, beyin yorumlar. Şarkıyı duymanın yarısı fizik.
Akort vidasını çevirdiğinde telin gerilimini değiştiriyorsun; bu fizikte esneklik konusudur. Çıkan sesin inceliği-kalınlığı ise dalgalar konusu. Yani gitar akordu, ders kitabının “müzik disiplini fizikten dalgalar ve esneklik konularından yararlanır” cümlesinin birebir uygulamasıdır.
Öğrenci cevabı: “Yağmur yağdıktan sonra güneş parlamaya başladığında gökkuşağı oluşur. Gökkuşağının oluşumu fizik biliminin yasaları ile açıklanabilir.” Çözümde bunun gerekçesi veriliyor: gökkuşağının oluşumu ışığın kırılması ile açıklanır.
İkinci öğrenci cevabı: kaykay sporcularının bir platformda yokuş aşağı hızla kayarken, platformun bittiği yerde havada süzülüp yere inmeleri. Çözüme göre bu hareket enerji dönüşümü ile açıklanır — yükseklik azalırken hız artar.
GPS [global positioning system (gılobıl pozişining sistım) küresel konumlama sistemi] sayılan fizik ürünü cihazlardandır. Çözümde çalışma prensibinin elektrik ve manyetizma konularıyla açıklandığı yazılıdır. Aynı listede mikrodalga fırınlar, akıllı telefonlar ve LED lambalar da var.
LED [light emitting diode (layt imiding dayod) ışık yayan diyot] lambaların çalışma prensibi de elektrik ve manyetizma ile açıklanır. Bunlar “fizik bilimindeki yasalardan yararlanılarak yapılmış ve günlük hayatımızı kolaylaştıran” cihazlar diye niteler.
Arka sıradan sahneyi net duyabiliyorsan bu bir akustik düzenleme sonucudur. Antik Çağ’da aynı işi oturma alanının sahneye doğru eğimli yapılması ve oyuncuların maskeleri megafon gibi kullanması hâllediyordu.
Potaya atarken üç şeyi ayarlıyorsun: atılma açısı, hızı ve topun varacağı nokta. Bu ilişki kuvvet, hareket ve enerji konularıyla açıklandığı söylüyor — spor disiplininin fizikle iş birliği tam burada.
Mikroskobun altına koyduğun soğan zarını görebilmenin sebebi ışık konusudur. Biyoloji disiplini, bitki ve hayvan dokularının görüntülenmesinde fiziğin ışık konusundan yararlanır. Yani o ders saatinde iki disiplin birden çalışıyor.
Rastgele bir olay, teknoloji ya da tanım gelir; hangi disipline, hangi fizik konusuna ya da tanımın hangi parçasına ait olduğunu seçersin.
47 soruluk test · fizik biliminin tanımı ve beş kavramı, doğa felsefesinden ayrışması, sekiz disiplinle iş birliği ve çok disiplinli olaylar
Fizik bilimi: evreni kuvvet, madde, enerji, uzay ve zaman ilişkileri
çerçevesinde matematiksel hesaplamalar ve gözlem yoluyla inceleyen yasalar ve
teoriler bütünüdür.
Amacı: evreni ve evrende gerçekleşen olayları açıklamaktır.
Yöntemi: deney ve gözlemle elde edilen bilgilerden yararlanır; bağıntı ve
yasaları ifade ederken genellikle matematik dilini kullanır.
Sonucu: fizik kapsamındaki bilimsel çalışmalar teknolojinin ve insanlığın
gelişmesine katkı sağlar.
Ölçek aralığı: atom altı parçacıklar kadar küçükten galaksiler
kadar büyüğe.
Eski Çağ: fizik araştırmaları doğa felsefesinin sınırları içinde
yürütülüyordu.
Aristo: doğa ve evren hakkındaki temel düşüncelerini Physica gibi
eserlerde açıkladı; kitapta fizikte değişimin genel prensiplerini belirledi ve
hareket, mekân, boşluk, zaman kavramlarını açıklamaya çalıştı.
Sonrası: bilime konu olan olgular özelleşti, bilginin kapsamı
genişledi, her bilimsel çalışmanın faaliyet alanı farklı amaçlar doğrultusunda
değişti.
Bugün: bazı olaylar tek bir disiplinin, bazıları birden fazla disiplinin
inceleme alanıyla ilişkilidir.
Astronomi ve uzay bilimleri: hareket (yörünge hesabı), teleskopta ışık.
Biyoloji: ışık (mikroskopla doku görüntüleme).
Müzik: dalgalar (telin sesi) + esneklik (akort vidası, telin gerilimi).
Matematik: sürat analizi, grafik ve hesap dili.
Görsel sanatlar: ışık ve renk (resim çizimleri).
Kimya: hareket ve enerji (atom ve moleküllerin davranışı).
Coğrafya: dalgalar (tsunaminin oluşması ve yayılması).
Spor: kuvvet, hareket ve enerji (basketbolda açı, hız, varış noktası).
Fotosentez (3): fizik (ışığın soğurulması, enerji dönüşümü) + kimya + biyoloji
(karbondioksidin besine dönüşümü; organik madde, oksijen, karbondioksit döngüsü).
Güneş’in hareketleri (3): fizik + astronomi ve uzay bilimleri + coğrafya.
İklim olayları (2): fizik + coğrafya.
Su döngüsü (4): fizik + kimya + biyoloji + coğrafya.
İşitme: ilk yarısı fizik (dalga, titreşim, kemiklerin iletmesi), ikinci yarısı
biyoloji (tüy hücreleri, işitme sinirleri, beyin).
da Vinci Robotik Cerrahi Sistemi: cerrah hasta konsolundaki kolları
kullanır; ameliyat bölgesi çok net ve üç boyutlu görüntülenir.
İnsansız hava araçları: uzaktan kumandayla ya da uçuş programıyla otomatik
uçar; fizik yönü hava sürtünmesi, havanın kaldırma kuvveti, enerji
dönüşümleri.
Akustik: Antik Çağ tiyatrosunda eğimli oturma alanı + maskelerin
megafon gibi kullanılması (Antik Efes Tiyatrosu).
Mimar Sinan: Süleymaniye’de hava akımını kanallarla bir odaya
yönlendirdi; toplanan is mürekkep yapımında kullanıldı.
Biyonik uzuv: sensörler kaslardan gelen elektriksel aktiviteyi ölçer,
protezin kontrol sistemine iletir; üretiminde nanoteknoloji, 3D baskı, robot
teknolojisi.
Elektrikli yılan balığı: sodyum ve potasyum iyonlarının hücre zarından
geçişiyle akım oluşur; akım 1-2 milisaniye etki eder; yağ tabakası
yalıtkan görevi görür; amaç daha ekonomik piller.
Alper Gezeravcı: Türkiye’nin ilk astronotu.
Onur Anıtı (Samsun): heykelin devrilmeden durabilmesi örneği.
GPS: küresel konumlama sistemi · LED: ışık yayan diyot — ikisi de
elektrik ve manyetizma ile açıklanır.
Gökkuşağı: ışığın kırılması · kaykay: enerji dönüşümü.