Fiziğin Doğası

2009-11-06 20:35:00
                                             FİZİĞİN DOĞASI
Önceleri insanoğlu,güneş battığında ve yeryüzü karanlığa gömüldüğünde “ güneşin yarattığı etki “ den korkuyordu. Daha sonra ayın karmaşık hareketinin nedenlerini öğrenmeye uğraştı. Güneş tutulmaları yarın havanın nasıl olacağından çok daha kolay kestirmeye başlandı. Yeryüzünde ilk dinozorun ortaya çıkmasından çok önce ay gezegenimizin çevresinde dolanıyordu. Küçük bir ay sayabileceğimiz insan yapısı bir uydu pervanesiz, jet motorsuz ya da kanatsız, küremiz çevresinde uzun bir süre dolanabilir. Acaba uydular nasıl hareket ediyorlar?Kendi uydumuzu nasıl yapabiliriz? Aya nasıl gidebiliriz?
Fizik böyle soruları cevaplandırmamızı sağlar.Bize önceden kestirme ve düzenleme gücü verir ve bilinmeyenin derinliğine inmemize,onu anlamamıza yardımcı olur. Fizikte öğrendiklerimizden yararlanarak yeni şeylerin ortaya çıkması sağlanır. Bulunan yeni cevaplarla her zaman yeni sorular da ortaya çıkmaktadır. Eğer fizik kavramları kullanılmamış olsaydı,bu tür sorulardan bir çoğu hiçbir zaman sorulmamış olurdu.
Fizikte her türden araç ve gereçler kullanılır.İnsanoğlunun hemen hemen tüm yaşantı ve davranışlarında olduğu gibi,fizikçinin ana aracı kendi merakıdır. Sonra, düşündüklerini, yaptıklarını ve yapmak istediklerini kendisine ve başkalarına açıklamak,anlatmak için bir dil gereklidir.Nicelik ve bağıntıların özel, çok açık, elastik ve evrensel dili olarak düşünebileceğimiz Matematik de fizikçinin çantasındaki araçlardan biridir; bu arada kendi gözleri, kulakları ve elleri de gerçekten çok önemlidir.O, bunları anlamaya ve denetimi altına almaya uğraştığı dünyasında olan bitenlere ilişkin bilgileri toplamakta kullandığı ilk aygıtlar olarak görür. Sonra, duyu organlarına yardımcı olmak ve bazen incelemek istediği özel ortamları yaratmak amacıyla bir çok değişik türden araçlar, aygıtlar ve makineleri kullanması gerekir.
Galileo’dan önce hiçbir astronomi teleskopu yoktu. Bir kez Galileo iki merceği birleştirerek bir astronomi teleskopu yapıp,Jüpiter çevresinde dolanan dört ayın varlığını ortaya çıkarttıktan sonra, daha çok sayıda ve daha iyi teleskoplar düzenlenerek yapılmıştır. Bu teleskopların yardımıyla, Jüpiter ve Mars gezegenlerinin yörüngeleri arasında hareket eden ve asteroid denilen bir çok küçük gezegenler gibi daha başka yeni gök cisimleride ortaya çıkarılmıştır.

ZAMAN, UZAY VE MADDE
En yaygın temel fizik aygıtları insan vücudunda bulunanlardır. Evrenin yapısına ilişkin bilgilerimizin çoğunu gözlerimizle ediniriz. Sesleri duyan kulaklarımız da gözlerimiz kadar önemlidir.Daha sonra da çeşitli dokunma duyularımız gelir.Dokunma organlarının en önemlisi kuşkusuz parmak uçlarıdır; parmak uçlarımızla cisimlerin fiziksel yapısını anlarız. Kaslarımızın itme ve çekme etkilerine olan duyarlılığı ile cisimlerin ağırlık ve katılıkları hakkında fikir ediniriz. Dokunma ile algıladığımız duygular, sıcaklık, soğukluk ve denge duygularını da içerirler.Fizikten daha çok kimyanın kapsadığı konular arasına giren koku ve tat duyuları da dış dünya hakkındaki bilgilerimizin önemli bir kaynağıdır. Vücudumuzdaki bu temel aygıtlara duyu organları denir. Temel duyu organlarımızın çevremiz hakkındaki pasif algılama işlemlerine vücudumuzun diğer organları da aktif olarak katılır.Örneğin, bazı algılama işlemleri kollarımızın ve bacaklarımızın hareketini gerektirir.
Doğanın bize verdiği temel duyu organı, yalnızca bu beş duyu organı değildir. Beynimizde ve sinir sistemimizde çok daha karmaşık ve mükemmel gözlem aygıtları vardır. Bunların nasıl işlediğini anlamak bilimin halen çözümleyemediği bir konudur. Bu aygıtların insanlar için ne iş gördükleri, bunlardan yoksun basit bir hayvanın davranışlarını gözlemlemekle anlaşılabilir. Bunun ilginç bir örneği bildiğimiz ahtapottur.Gerçekte bu sekiz bacaklı canavar renkli, zarif ve akıllı bir hayvandır. Onu harekete geçirmek için yanına, yavaş hareket eden ve hücuma zorlayacak bir cisim koymak yeterlidir. Eğer doğru davranışlarını bir parça yiyecekle ödüllendirir ve yanlış davranışlarını zayıf bir elektrik şoku ile cezalandırırsak, kısa sürede bazı hedeflere hücum etmeyi bazılarına etmemeyi öğrenecektir. Kör bir ahtapot çevresini vantuzlarıyla algılar.Dokunma duyusuyla, düzgün bir çubuğu pürüzlü olandan, hatta bir küpü, aynı çapa sahip bir toptan ayırt etmeyi öğrenir. Fakat boyut ve biçimleri aynı olan iki çubuktan ağır olan çubuğu kaldırırken kaslarını daha fazla zorlamasına rağmen,beyni aradaki farkı ayırt etmekten yoksundur. Sekiz ayağının nerede olduğunu veya onları nasıl oynattığını anlama olanağına sahip değildir. Yukarıda sözü edilen böyle mükemmel iç aygıtları olmaması nedeniyle, çevresini ancak görerek tanır.Konumların algılanması, parmak ve kollarımızdaki zorlamalar, keman çalmak yada tenis oynama gibi işlemler çok karmaşık olan yeteneklerimizden bir kısmıdır.
Duyu organları yanılabilir. Hepimizce en iyi bilineni optiksel yanılmalardır. Her halde bunun en tipik örneği sinemanın temel çalışma ilkesini oluşturan göz yanılmalarıdır.Resimler belli hızla gözümüzün önünden geçirildiğinde onları hareketliymiş gibi görürüz.
Bir elimizi sıcak su dolu bir kovaya, diğerini soğuk suya batırır ve sonra ikisini birden ılık suya sokarsanız, bu ılık su, sıcak suya batırdığınız elinize soğuk, soğuk suya batırdığınız elinize sıcak gelecektir.
Fizikte kullanılan teraziler, elektronik ölçü aletleri ve zaman ölçücüleri gibi çok yüksek duyarlılıklı aletler de duyu organlarımız gibi yanılabilirler. Hepsinin bir duyarlılık sınırı vardır.Nasılki, duyu organlarımızla algıladığımız ilk izlenimlerimizin doğruluğunu tekrar kontrol etmek zorundaysak, fizikçiler de vardıkları her sonucun doğruluğunu aletlerin gösterdikleri değerleri kontrol ederek sınamak zorundadırlar.Tıpkı dokunma duyumuzun, görme duyumuzla algıladıklarımızın doğruluğuna inancımızı arttırdığı gibi, bu tür incelikli kontroller fizikçilerin aygıtlarına güven duymalarını sağlar.
Fizikçinin doğruluğunu varsayılmadığı,doğanın yapısına ilişkinin kuralların kontrol edilmesine kullandığı aygıtların, uzay çatalı örneğinde olduğu gibi başka başka ve pek tanımadıkları uygulamalarda kullanılması kendisini yanıltabilir. Her ölçü aygıtının gösterdiği değerin doğruluğu, doğa kurallarını anlayışımızın mertebesinden daha doğru değildir. Fizikçiler bu yanılgıların nedenlerini adım adım öğrenir. Her yeni deneyde yeni bir yanılgı nedeninin üstesinden gelmeye çalışır. Bu zamana dek, fizikçinin kurmaya çalıştığı mükemmel bir dünya modeli, bazı çatlak yerleri olmasına rağmen, gittikçe gelişmektedir. Bu modelin temelinde deneylerden elde edilen sonuçlar ile bunların açıklanmasına ilişkin teoriler yatmaktadır.Teori ve deneysel veriler bir birine bağlanıp, örülerek fizik bilimini oluştururlar.

* Nicel ve nitel gözlemlerin birbirinin karşıtı olmadığı, aynı zamanda ikisinin de kullanılabileceği vurgulanmalı.

Merak ettiklerimizi cevaplayabilmek için başlattığımız bilgi toplama sürecine gözlem denir. Gözlem" nitel gözlem " ve " nicel gözlem " olmak üzere ikiye ayrılır. Beş duyu organımızla algıladığımız bilgi toplama süreci" nitel gözlem ", araçlarla bilgi toplama süreci ise " nicel gözlemdir ".
Bir suyun sıcaklığını elimizle ölçmeye kalktığımızda yaptığımız gözlem nitel gözlemdir ve kişiden kişiye değişiklik gösterebilir.Termometre ile yaptığımız ölçme ise nicel gözlemdir ve kim yaparsa yapsın aynı sonuca ulaşır.
Bütün ölçmelerimizde yalnızca basit bir yol üzerinde durduk. Şöyle ki, fiziksel bir niceliğin büyüklüğünü ölçmek için – örneğin uzaklık, zaman ya da kütle – ilk önce ölçülecek büyüklük cinsinden bir birim seçilir.Sonra bu birimden daha büyük bir niceliği ölçmek için, bu nicelikte birimimizden kaç tane bulunduğu araştırılır. Cetvelle, saatle ya da teraziyle genellikle yaptığımız budur. Bir birimden daha küçük olan nicelikleri ölçmek için birimi eşit küçük parçalara böler ve elimizdeki nicelikleri bunlar cinsinden ölçeriz. Bir kutunun uzunluğunu ölçüp 20cm den biraz fazla bulmuş olalım. Santimetreyi 10 eşit kısma bölerek artan kısmın bu birimden 3 taneyi kapsadığını görürsek, kutunun uzunluğunun 20,3cm olduğunu söyleriz. Bu işlemin, ölçmek istenen her uzunluk için yapılabileceğini görmek zor değildir. Ölçtüğümüz cismin kenarındaki ya da cetvelimizin işaretlerindeki bozuklukları yok etmek için her bölmeyi daha da küçük bölmelere ayırabiliriz.
Bazı ölçüm sonuçlarının duyarlılığını arttırmak için daha küçük birimler kullanmaya gerek yoktur.Örnek olarak, bir odadaki insanları sayma işleminde doğal birim insanın kendisidir. Bu örnekte, birimi daha küçük birimlere bölmek söz konusu bile değildir. Bununla birlikte, bazı fiziksel nicelikler için, doğal birim sistemleri vardır. Fakat uzay ve zamanın böyle doğal birim sistemleri olup olmadığını bilmiyoruz; bütün bildiğimiz böyle bir sistem varsa bile onu henüz bulamamış olduğumuzdur. Bu birimleri bulana dek elimizdekilerle yetinmek zorundayız.
Biz burada, yalnızca saymakla yapılan basit ölçü yönteminde karşılaşılan sorunlara göz attık. Gerçekte yapılan ölçümlerde, başka tür bir sorunla karşılaşırız. Dolaylı yöntemlerle yapılan ölçümler genellikle bazı varsayımlara dayanır. Örneğin, bir kağıdın kalınlığını ölçerken, bütün kağıtların aynı kalınlıkta olduğunu kabul ettik. Üçgenleme yolu ile büyük uzunlukların ölçülmesinde de, günlük hayatımızda sık sık rastladığımız, buna benzer bir kabullenme vardır. Burada yapılan varsayım, cisimden göze gelen ışığın izlediği yolun, bir doğru olduğudur. Üçgenleme yöntemi, ancak bu varsayım, doğru ise kullanılabilir. Genel olarak bir tahtanın düzgün olup olmadığını, kenar boyunca bakarak anlarız. Bu örnekte de ışığın izlediği yolun bir doğru olduğunu kabullenmiş görünüyoruz. Kuşkusuz, bu varsayım bizi aldatabilir ve aldatır da. Bir sıcak radyatörün üst kısmında ya da güneşte ısınmış bir yüzey üzerindeki parlaklık, ışığın izlediği yolun hiç de bir doğru olmadığını ve her an değiştiğini gösterir. Büyük uzunlukları üçgenleme yolu ile ölçmede güvenilir bir sonuç istiyorsak ısınmış hava içinden bakmaktan kaçınmamız gerekir. Yeryüzünün fazla ısınmasından ortaya çıkan hava akımları nedeniyle, yıldızların çok titreşiyor göründüğü bir gecede bir yıldızın uzaklığını üçgenleme yolu ile ölçemeyiz. Böyle bir ölçüm için yıldızın gökte hareketsiz göründüğü durgun ve açık bir geceyi seçmek gerekir.
Birçoğunuz, şimdiye kadar, nasıl işlediklerini tam olarak bilmeden bazı fiziksel aygıtları kullandığımızı fark etmiştir. Kütleyi bulmak için teraziyi ve dünyanın çekim kuvvetini kullandık. Fakat yer çekimi hakkında hiçbir şey bilmiyoruz. Teleskop ve telemetreleri kullandık, fakat henüz ışığı okumadık. Nasıl çalıştıklarını söylemeden, tamir edemediğimiz saatleri kullandık. Böyle iyimser ama düzensiz gibi görülen yöntemler fizikçiler için olağandır. Hiç kimse bunun dışında başka bir yol izlemediğine göre böyle yapmak belki gereklidir. Çünkü fizik, matematikten farklıdır. Biliyoruz ki, fizikçilerden daha mantıklı olan matematikçi, evreni tanım ve ispatlar üzerine kurar.
Fizikçi matematikçiye kıyasla, bazı bakımlardan daha çok, bazılarında ise daha az şanslıdır. Evren gözünün önündedir ve fizikçinin onu keşfetmesine gerek yoktur. Fizikçi evreni incelerken elindeki olanaklarla yetinmek zorundadır. Bu olanaklar, duyu organları, mantığı ve icat ettiği aygıtlarıdır. Görevini tam yerine getirebilmesi için önce, kullandığı aygıtları iyi tanıması gerekir. Fakat işe nereden başlamalıdır?Örneğin, yer çekimi kuvvetini anlayıncaya kadar kütle üstüne tek söz etmemesi iyi olur. Fakat, buna karşın “ kapalı kutuların “ kullanılışını öğrenir. İlk önce bu son deyimden ne demek istediğimizi açıklayalım.
Bir uçağın radyo aygıtlarının bulunduğu bölüme baktığınızı düşünün. Orada, bir sürü siyah metal kutular görürsünüz. Bu kutuları bir birine, dış dünyaya, antene, toprağa, güç kaynağına ya da hoparlör ve bir göstergeye bağlayan bir çok tel girer, çıkar. Eğer kutunun kapağından içeriye bakarsanız çok karışık renkli teller ve elektronik parçalar göreceksiniz. Her telin ne işe yaradığını bilmeseniz de düğmeleri çevirebilir ve belki de aygıtları çalıştırabilirsiniz.
Okuma yazma bilmemelerine karşın 3 – 7yaş çocuklarının bilgisayarda oyun oynaya bildiklerini çevrenizden bilirsiniz. Bilgisayarın çalışma ilkelerini bildiklerini de düşünmezsiniz.
Bu tür denemeler bize yararlı ve anlamlı bir deyim kazandırmıştır. Nasıl çalıştığını çözümlenmeden kullandığımız her çeşit fiziksel sisteme, kapalı kutu deriz. Dikkatli olmak şartıyla, nasıl çalıştığını bilmesek de bir aygıtı başarı ile kullanabiliriz.
Göz, kapalı kutuya iyi bir örnektir.Fakat gözün nasıl işlediğini, örneğin karanlığı aydınlıktan, küçüğü büyükten ve hızlıyı yavaştan nasıl ayırt ettiğini, bir çok deneysel sınamalar sonucunda öğrenmiş durumdayız. Ayrıca, hangi koşullarda işe yarayıp yaramayacağını da biliyoruz. Şimdiye kadar kapalı kutuya örnek olarak, mikroskop ile karşılaştık. Mikroskopla bir saç telinin kalınlığını ölçmek için, saçı çok küçük bölmeli bir cetvel üzerine koyarak bakarız. Normal görüş mikroskopla olsa bile, telin çapını çok iyi ölçebileceğimize inandırır.Mikroskobu bir kapalı kutu olarak kullanıyoruz ve ona olan güvenimiz de kullanmakla artmaktadır.
Genellikle kapalı kutuları nasıl kullanacağımızı, daha önceden bilinen şeyleri incelemekte kullanarak buluruz. Örneğin, fotoğraf makinesinin telemetresinin nasıl işlediğini bilmesek bile, kolayca kullanabiliriz. Telemetreyi kullana kullana öğrendiğimiz şey, bakılan cismin görüntüsünün iki parçasının bir biri üzerine çakışmasıyla, iyi bir fotoğraf verecek şekilde merceğin odağının otomatik olarak ayarlandığıdır. Bir kapalı kutuyu bilinen fiziksel durumlarda kullanırken nedenini bulmasak da nasıl çalıştığını öğrenebiliriz. Bir kez nasıl çalıştığını öğrenirsek, onu yeni ölçmelerde de kullanabiliriz. Bu aygıtı kullana kullana, göstergenin, ölçmek islediğiniz niceliğin hangi değerine ( kapalı kutu olsun olmasın ) karşı geldiğine karar veririz. Önceden bildiğimiz bir şeyi ölçerek aletin kullanılışını bu şekilde öğrenmeye “ kalibrasyon “ denir. Genellikle mikro terazi ve telemetrede yaptığımız gibi, ölçü aletlerini kalibre ederiz.
Fizik bilimi,insanoğlunun büyük bir eseridir. Hiç kimse, fizikte bilinmesi gereken her şeyi bilemez. Hepimiz bazı kapalı kutular kullanırız. Bütün aygıtlar, hiç olmazsa kısmen, herkese göre kapalı kutu olarak düşünülebilir. Eşit kollu terazinin çalışma ilkesi herkesçe bilinir; fakat terazi kollarının bükülmeyecek, kefe desteklerinin düşey duracak şekilde yapılması ve buna benzer binlerce özellik nesiller boyunca olan plan ve deneylerin ürünüdür. Teraziyi planlayan usta ve tecrübeli bir kimse dışında, teraziyi kullanan herkes için bunlardan bazıları kapalı kutu olarak kalır. Hatta teraziyi yapan kişi de bıçak ağızlarının üzerine oturttuğu doğal SiO2 maddesini kapalı bir kutu olarak görür.Bu sert maddenin özellikleri molekül yapısından ileri gelir ki bu da teraziyi yapan usta için kapalı bir kutudur.
Mikroskobu kapalı bir kutu olarak kullandık. Fakat bunun herkes için kapalı bir kutu olması gerekmez. İnsan yapısı şeylerin çoğu tamamen kapalı kutu olamazlar. Çünkü, bunları birisi yapmış olmalıdır. Onlar kısmen kapalı kutu sayılırlar; çünkü içlerinde bilmediğimiz çok şey olduğunun farkındayız.
Kapalı kutuları “ açma “ merakı fiziğin anlaşılması için gereklidir. Fakat bir kimse kapalı kutuların ne zaman ve nerede güvenle kullanılabileceğine de hüküm vermeyi bilmelidir. Kapalı kutulara güven; kalibrasyonla, kullanmakla, kontrol etmekle, sonunda kapağı açarak çalışma yöntemini gözlemekle kazanılır. Bugün kapalı kutu olarak bilinen şeyler, bir nesil sonra açılabilir; fakat bunun için, şimdiye kadar hiç görmediğimiz başka kapalı kutuların ustalıkla kullanılması gerekebilir.


* Fen ve teknoloji dersinde öğrenilen türetilmiş büyüklükler dışındakilere girilmez.

Fiziksel her büyüklüğün kendi cinsinden ve birim adı verilen diğer bir ölçüyle karşılaştırılır.

Kütle 23
Uzunluk 109
Zaman 5
Sıcaklık 24
Akım şiddeti 14
Kuvvet 50
Hız 45 ,rakamların hangi büyüklüklere ait olduğunu bilmemiz mümkün değildir. " Ayşe 60 " cümlesi bu haliyle bize hiç bir şey anlatmaz. 60, Ayşe'nin ne değeridir. Boyu mudur, kilosu mu, yaşı mı...? " Ayşe 60 kilo'dur." dediğimiz de bu bize Ayşe'nin kütlesini ifade eder. Yukarıda verdiğimiz rakamların yanlarına birimlerini yazdığımızda, rakamların hangi büyüklüklere ait olduğunu daha rahat anlarız.
23newton=23 kg(m/s2 )
109metre
5yıl
24amper
14m/s
50kg
45 derece, sanırım şimdi büyüklükleri rakamlarla eşleştirebilir siniz? Rakamlar, birimleri ile kullanıldığında bir anlam ifade ettiler.
Rakamlara ve birimlerine biraz daha dikkatli bakalım;
109 metre, 5 yıl,24 amper, 50 kg, 45 derece.Şimdi diğerlerini yazarsak; 23 newton = 23 kg ( m/s2 ), 14 m/s. Birinci grupta bir birim kullandık ve bize neyin ölçüsü olduğunu hemen anlattı. İkinci grupta kuvvet ve hız büyüklüğünü anlatmak için iki ve üç birimi bir arada kullanmak zorunda kaldık.

Kütle, uzunluk,zaman,sıcaklık gibi büyüklüklerin yanında akım şiddeti, kuvvet ve hız gibi büyüklükleri de günlük yaşantımızda fizikle ilgili olayları açıklamakta kullanırız. Bu büyüklükler fizikte farklı anlamlar taşır. Bu büyüklüklerden bazıları tek başına bir anlam ifade ederken bazıları ise diğer büyüklüklere bağlı olarak tanımlanır. Bu açıdan fiziksel büyüklükleri temel büyüklükler ve türetilmiş büyüklükler olmak üzere iki kısımda inceleriz.
Temel büyüklükler,kendi başına ifade edildiğinde bir anlamı olan büyüklüklerdir.
5 metre kumaş
10 amper akım
100 kilogram elma
100 0C sıcaklık vb.
Türetilmiş büyüklükler ise başka büyüklükler yardımıyla ifade edilen büyüklüklerdir.
Kuvvet, newton; kg.m /s2 buradaki kilogram, metre ve saniye temel büyüklüktür, kuvvetin birimini oluşturduklarında ( kg.m/s2 ) türetilmiş büyüklüğü oluştururlar.


* Kütle, zaman, uzunluk, sıcaklık ve akım şiddeti ve madde miktarı ( mol ) ölçümlerine girilmeyecek
* Yaygın olarak kullanılan eşit kollu terazi, analog ve dijital banyo terazilerinin nasıl çalıştıkları açıklanır.

361
0
0
Yorum Yaz