Uzay, zaman,
madde
ve enerji
Islak yolda araba neden geç durur? Mikrodalga yemeği nasıl ısıtır? Emniyet kemeri seni nasıl korur? Bu soruların hepsinin cevabı aynı bilimde: fizik. Bu ünitede fiziğin sekiz alt dalını, hangi büyüklüğün neyle ölçüldüğünü ve bir vektörün bir sayıdan farkını öğreneceksin.
Fizik; uzay, zaman, madde ve enerji arasındaki ilişkiyi inceleyen bilim dalıdır. Aynı zamanda bir doğa bilimidir: fizikte çalışmalar gözlem ve deneye dayalı olarak yürütülür.
Fizikteki çalışmalar atom altı parçacıklardan uzak galaksilere kadar geniş bir alanı kapsar. Evrenin işleyişini keşfetmede fizik önemli çalışmalar yapar ve bunları anlamlandırmak için çeşitli modellemeler kullanır.
Islak bir yolda araçların durma mesafesinin artacağını, mikrodalga fırının yiyecekleri nasıl ısıttığını, lambalardan yayılan ışığın bizi nasıl aydınlattığını ve emniyet kemerinin bizi nasıl koruduğunu fizik sayesinde açıklayabiliriz.
Formüller fiziğin dili, kendisi değil. Fizik önce gözlemle başlar, sonra ölçer, sonra o ölçümü anlatan bir model kurar. Formül, o modelin kısa yazılışıdır. Bu yüzden bir soruda formülü hatırlamak yetmez; hangi durumda geçerli olduğunu bilmek gerekir.
Fizik biliminde yaşanan gelişmeler sonucunda çalışma alanının çok genişlediği görülmüş, bu da alt dalların doğmasına neden olmuştur. Aşağıdaki haritada bir dala tıkla: tanımını ve günlük hayattaki uygulama alanlarını göreceksin.
Ayırt etmenin kolay yolu: duruyorsa statik, “neden hareket ediyor?” diye soruyorsan dinamik, “nasıl hareket ediyor?” diye soruyorsan kinematik.
Nükleer fizik atom çekirdeğiyle ilgilenir: çekirdeğin yapısı, çekirdekteki etkileşimler ve tepkimeler. Atom fiziği ise atomu bir çekirdek ile elektronları içeren sistem olarak ele alır ve atomların bağ yaparak oluşturduğu moleküllerin yapısını da inceler. Radyasyon ve nükleer santral nükleer fiziğin; LASER, elektron mikroskobu ve kuantum bilgisayar atom fiziğinin alanına girer.
Fizik, evreni ve doğayı anlamaya çalışan bir bilim olduğu için birçok farklı disiplinle ilişkilidir. Aşağıdaki tabloda arama kutusuna bir kelime yazarak süzebilirsin (“biyo”, “spor”, “tarih”…).
| Disiplin | Fizikle bağı |
|---|---|
| Kimya | Fizikokimya bilim dalı |
| Matematik | Matematiksel modellerin varlığı |
| Felsefe | Tüm bilimlerin temeli olması |
| Biyoloji | Canlı yapısıyla ilgili çalışmalar ve biyofizik dalı |
| Mühendislik | Fizik yasalarının uygulamalarını kullanması |
| Sanat | Müzikteki notalar, ses yalıtımı, ışık ve renk olayları |
| Spor | Spor biyomekaniği |
| Astronomi | Genel çekim yasası, Doppler etkisi, teleskopla gözlem |
| Arkeoloji | Kazıda bulunan eserlerin yaşının hesabı, radyoaktif tarihleme |
| Coğrafya | Pusula, gelgit olayı, yağmur, kar, rüzgâr gibi doğa olayları |
Fiziksel nicelikler iki ayrı ölçüte göre sınıflandırılır: başka bir nicelikle ifade edilip edilmemesine göre temel ve türetilmiş; yön ve doğrultu kavramına sahip olup olmamasına göre skaler ve vektörel.
| Büyüklük | Sembol | SI birimi | Birim sembolü | Ölçen alet |
|---|---|---|---|---|
| Kütle | m | kilogram | kg | Eşit kollu terazi |
| Işık şiddeti | I | kandela | cd | Fotometre |
| Sıcaklık | T | Kelvin | K | Termometre |
| Akım şiddeti | i | amper | A | Ampermetre |
| Madde miktarı | n | mol | mol | — |
| Uzunluk | l | metre | m | Cetvel |
| Zaman | t | saniye | s | Kronometre |
Madde miktarının satırında ölçen alet yok: mol doğrudan ölçülmez, tartılan kütleden hesaplanır.
Doğrudan belirlenemeyen, yalnızca temel büyüklükler yardımıyla türetilebilen niceliklerdir. Alan, hacim, hız, kuvvet, özkütle, direnç, enerji ve basınç türetilmiş büyüklüklere örnektir.
| Büyüklük | Sembol | Birim | Birim sembolü |
|---|---|---|---|
| Kuvvet | F | Newton | N |
| Hız | v | metre/saniye | m/s |
| Enerji | E | joule | J |
| Alan | A | metrekare | m² |
| Hacim | V | metreküp | m³ |
Temel/türetilmiş ayrımı ile skaler/vektörel ayrımı farklı iki eksendir. Temel büyüklüklerin tamamı skalerdir, ama türetilmiş büyüklüklerin bir kısmı skaler (enerji, basınç, özkütle), bir kısmı vektöreldir (kuvvet, hız, ivme). Yani “türetilmiş = vektörel” demek yanlıştır.
Sadece sayı ve birimle ifade edilebilen büyüklüklere skaler (yönsüz) büyüklük denir: kütle (m), sıcaklık (T), basınç (P), enerji (E), zaman (t), özkütle (d). Bir sayı ve birimin yanı sıra doğrultusunun, yönünün ve uygulama noktasının da belirtilmesi gereken büyüklüklere vektörel (yönlü) büyüklük denir: kuvvet (F), hız (v), ivme (a), yer değiştirme (Δx).
Birden fazla vektörün yerine kullanılabilecek tek vektöre bileşke vektör denir ve R sembolüyle gösterilir. Bileşke vektör, vektörlerin belirli kurallarla toplanmasıyla elde edilir. 3 br ve 5 br'lik iki vektör aynı yönlüyse bileşke 8 br, zıt yönlüyse 2 br olur; aradaki bütün açılarda bileşke bu iki değer arasındadır.
Üçü Türkiye'den, üçü uluslararası: aşağıdaki kurumlar fizik ve teknoloji alanında araştırma yürütüyor. Bir isme tıkla, ne yaptığını oku.
CERN'ün en önemli başarılarından biri Higgs bozonunun keşfidir. Ama oradaki bilimsel gelişmeler yalnız laboratuvarda kalmıyor: tıbbi teşhis ve görüntüleme teknikleri (PET ve MR), terapi ve sağlık uygulamaları, bilgisayar çipi üretimi gibi hayatın çeşitli alanlarında kullanılıyor.
Fizikte çalışmalar gözlem ve deneye dayalı olarak yürütülür. Bir bilgi bu basamaklardan geçmeden “bilimsel” sayılmaz. Aşağıdaki üç kavram sınavda en çok karıştırılan üçlüdür.
Gözlemleri açıklamak için kurulan, henüz sınanmamış geçici açıklamadır. Sınanabilir ve yanlışlanabilir olmalıdır; “sınanamayan” bir cümle hipotez değildir.
Defalarca sınanmış, geniş bir olgu kümesini açıklayan yapıdır. Teori “kanıtlanmamış tahmin” demek değildir; tam tersine, çok sayıda deneyle desteklenmiştir.
Belirli koşullarda ne olacağını tanımlayan, çoğu zaman matematiksel bir ifadedir. Kanun neyin olacağını söyler, teori niçin olduğunu açıklar. Teori zamanla kanuna dönüşmez; ikisi farklı işler yapar.
Fizik, evrenin işleyişini anlamlandırmak için modellemeler kullanır. Model, gerçeğin basitleştirilmiş bir temsilidir: hava direncini ihmal etmek, cismi bir noktaya indirgemek, atomu çekirdek + elektron olarak düşünmek birer modeldir. Model gerçeğin kendisi değildir; işe yaradığı sürece ve geçerli olduğu sınırlar içinde kullanılır.
Ekranda bir uygulama alanı çıkacak. Fiziğin sekiz alt dalından hangisine girdiğini seç. Her cevaptan sonra gerekçesini göreceksin.
Bu ünitenin kavramları soyut görünür ama gün içinde defalarca karşına çıkıyor.
Islak yolda tekerlekle asfalt arasındaki sürtünme azalır, aracın durma mesafesi artar. Bu mekaniğin konusu — daha sonra sürtünme ünitesinde bunu hesaplayacaksın.
Yemekteki su moleküllerini titreştiren şey bir elektromanyetik dalga. Yani tabağını ısıtan şey ateş değil, elektromanyetizmanın konusu olan bir alan.
Araç aniden durduğunda sen hareketini korumak istersin. Kemer seni koltuğa bağlar ve durma süreni uzatır; süre uzayınca sana etki eden kuvvet küçülür. Bu da mekaniğin konusudur.
Şarjlı pil ve LED, katıhâl fiziğinin ürünleri. Güneş paneli, hafızalı metaller, akıllı kumaşlar ve granit tencere de aynı dalın çalışma alanına giriyor.
Parçacık fiziği için geliştirilen dedektör teknolojileri tıbba geçti. CERN'deki çalışmaların tıbbi görüntülemeye katkısı bunun en bilinen örneği.
Bir smacın ya da şutun açısı, kuvvetin bileşenlerini değiştirir. Fizik burada spor biyomekaniği üzerinden sporla buluşur — vektörler bu yüzden önemli.
Notalar, ses yalıtımı, ışık ve renk olayları fiziği sanatla buluşturur. Bas dediğin şey düşük frekanslı bir dalga; frekansı dalgalar ünitesinde tanımlayacaksın.
Radyoaktif tarihleme yöntemiyle. Fizik burada arkeolojiyle ilişkilidir; nükleer fiziğin bozunma bilgisi bir tarih hesabına dönüşür.
Yağmur, kar, rüzgâr ve gelgit fiziği coğrafyayla buluşturur. İklim ve küresel ısınma ise termodinamiğin çalışma alanına girer.
45 sorudan oluşan bu test ile "Fizik Bilimine Giriş" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Bu dördü arasındaki ilişkiyi inceleyen doğa bilimidir; çalışmalar gözlem ve deneye dayanır.
Mekanik, termodinamik, elektromanyetizma, optik, nükleer fizik, katıhâl fiziği, atom fiziği, yüksek enerji ve plazma fiziği.
Statik dengeyi, dinamik kuvvet ve kütleyi dikkate alarak hareketi, kinematik ise nedeni dikkate almadan hareketi inceler.
Kütle, ışık şiddeti, sıcaklık, akım şiddeti, madde miktarı, uzunluk, zaman. Yedisi de skalerdir.
Yalnız temel büyüklüklerden türetilir. Bir kısmı skaler (enerji, basınç), bir kısmı vektöreldir (kuvvet, hız).
Skaler: kütle, sıcaklık, basınç, enerji, zaman, özkütle. Vektörel: kuvvet, hız, ivme, yer değiştirme.
Birden fazla vektörün yerine kullanılabilecek tek vektördür. Aynı yönlüyse toplanır, zıt yönlüyse çıkarılır.
Türkiye'den bu üçü; uluslararası olarak CERN, NASA ve ESA. CERN Higgs bozonunu keşfetti.
Fizikokimya, biyofizik, spor biyomekaniği, radyoaktif tarihleme (arkeoloji), doğa olayları (coğrafya).
Hipotez sınanmamış açıklamadır. Teori niçin olduğunu açıklar, kanun ne olacağını tanımlar. Teori zamanla kanuna dönüşmez.