FİZİK BİLİMİNE GİRİŞ

FİZİK: Madde enerji etkileşimini inceleyen, doğa olaylarını araştıran bilim dalına FİZİK denir. Doğadaki olayları incelerken deney sonuçları ile güçlendirip mantıklı bir şekilde açıklar.

Fizik Bilimi:

  • Sınanabilir
  • Doğrulanabilir
  • Yanlışlanabilir
  • Delillere dayanır

Fizik Biliminin Alt Dalları

Mekanik: Kuvvet, hareket ve enerji ilişkisini inceler. Işık hızından çok daha küçük hızlardaki cisimlerin hareketini inceler.

Elektrik: Elektrik yükünü, elektrik akımını, yükün hareketsiz durumunu, potansiyelini, elektrik alan ve elektrik kuvveti inceler.

Manyetizma: Mıknatıs, manyetik alan, manyetik kuvvet ve bunların etkileşimini araştırır ve bunların elektrik sistemlerindeki etkilerini araştırır.

NOT: Elektrik ve manyetizma alt dalları, elektromanyetizma olarak da bilinir.

Elektromanyetizma: Sabit veya hareket halindeki elektrik yüklerinin manyetik ve elektrik alanlarla etkileşimi.

Optik: Işığın yapısını ve Işık olaylarını inceler. Işığın yapısı, ışıkta kırılma, yansıma, kırınım ve girişim olayları, mercek, dürbün, mikroskop ve teleskop gibi araçların yapımı.

Termodinamik: Isı enerjisini, madde içinde yayılmasını inceler. Isı ve sıcaklık olaylarını ve ısının maddeyle etkileşimini inceler. Enerji, enerji değişimleri, enerji aktarımları, enerji dönüşümleri, ısı, sıcaklık, genleşme ve bunlar arasındaki ilişkiler.

Atom fiziği: Atomun molekül yapısını ve etkileşimini, atom altı parçacıkları inceler.  Atomların etkileşimleri, atomun, moleküllerin yapısı, enerji düzeyleri, dalga fonksiyonlar ve elektromanyetik geçişler.

Nükleer fizik: Atom çekirdeğinin yapısını,  kararsız çekirdeklerin nasıl ışıma yaptığını, Atom çekirdeği ve radyoaktif elementleri inceler. Çekirdekte bulunan proton ve nötronların etkileşimleri, nötron ve protonları bir arada tutan nükleer kuvvetler, çekirdeğin saldığı ışımalar ve bunların etkileri.

Katıhal fiziği: Yoğun haldeki maddelerin, elektriksel, manyetik, esneklik özelliklerini ve özellikle kristal yapılarını inceler.

Yüksek enerji ve plazma fiziği: Yüksek enerjili parçacıkların etkileşimini ve maddenin plazma durumunu inceleyen modern fizik dalıdır. Maddenin temel yapısı ve temel yapı taşlarının birbirleriyle etkileşimini inceler.

Fiziğin diğer bilimler ve teknoloji ile ilişkisi

Fiziğin gelişimi teknolojiye katkı sağlarken, teknolojinin gelişimi de fiziğe katkı sağlamaktadır. Fizik bilimi; kimya, biyoloji, tıp, gibi birçok bilim dalı ile ilişkilidir.

Fizik bilim dalı ile uğraşan fizikçiler, araştırmalarını yaparken başlıca 3 metottan; gözlem, deney ve ölçümden faydalanırlar.

Bilimsel yöntem

Fizikte birçok yöntem ile bilimsel bilgiye ulaşılabilir. Gözlem, deney, düşünce deneyi gibi.

Gözlem: Bir olayın duyu organları ve ölçme araçları kullanılarak incelenmesidir.

  • Nitel gözlem: Beş duyu organı ile yapılan gözlemlere denir. Sonuçlar kesin değildir.
  • Nicel gözlem: Ölçüm araçları ile yapılan, sayı ve birimle ifade edilen gözlemlere denir.

Deney: Beş duyu organı ile araç gereç kullanılarak yapılan kontrollü gözleme Deney denir.  Deneyler yaparak bilimsel olayları açıklamaya çalışan bilim insanları; bağımsız değişken, bağımlı değişken ve kontrol edilebilen değişkenleri kullanarak sonuca ulaşmaya çalışırlar.

Kontrollü deney: Bağımlı değişken, bağımsız değişken ve kontrollü değişkeni belirlenerek değişkenler arasındaki ilişkilerin ortaya çıkarıldığı deneylerdir.

Ölçme: bir fiziksel büyüklüğün kendi cinsinden birim kabul edilen bir ölçü ile karşılaştırılmasıdır. Fiziksel bir niceliğin büyüklüğünün uygun aletlerle belirlenmesi işlemine ölçme denir.

Ölçmede hata: Bir ölçme işleminde elde edilen sonuçla gerçek değer arasındaki farka hata denir.

Bu hatalar;

  • Ölçme yönteminden
  • Ölçme aracından
  • Ölçümün yapıldığı ortamdan
  • Ölçümü yapan kişiden

Kaynaklanan hatalar olabilir.

Gözlem, deney ve ölçüm yapılırken fiziksel büyüklüklerde kullanılır. Bunlar Temel ve Türetilmiş Büyüklükler olmak üzere ikiye ayrılırlar.

BİLİMSEL YÖNTEM

Bilimsel bir problemin çözümünde,

  • Problem belirlenir
  • Gözlem yoluyla Veriler toplanır
  • Hipotez kurulur ( geçici çözüm yolu)
  • Hipoteze dayalı tahminler yapılır
  • Gözlem ve Kontrollü deneyler yapılır ve sonuçlar alınır
  • Bulgular değerlendirilerek hipotezle uyumu araştırılır hipotez desteklenmiyor ise yeni hipotez kurulur. Destekliyor ise geçerlilik kazanır.
  • Sonuçlar açıklanır ( Bilimsel Bilgi )

Hipotez: Bir problemin çözümü için verilere dayalı olarak önerilmiş geçici çözüm yoludur. Gözlem ve deneylerle desteklendikçe hipotezin geçerliliği ve güvenilirliği artar.

Teori: Gözlenebilen bir doğa olayı ile ilgili bilimsel bilgilerle yapılan genellemelere teori denir. Örneğin ışık teorisi, ışıkla ilgili bilimsel bilgiler kullanarak ışığın yapısı, davranışları ve özelliklerini açıklayan genellemeler yapar. Teoriler esnek yapılıdırlar, yeni çalışmalar doğrultusunda genişleyebilir ya da daralabilirler.

Geçmişte kurulan teorilere örnek olarak “ Atom teorileri, Elektromanyetik Teori, Gazların Kinetik Teorisi”  gibi.

Kanun (Yasa): Doğruluğu kanıtlanmış varsayımlara ya da aynı koşullarda tekrarlandığında herkes tarafından aynı sonuçların alındığı deneylerle desteklenen uluslararası kurallara yasa denir.

Belirli şartlarda bir nedene bağlı olarak aynı sonuçlar ediliyorsa elde edilen bilgi evrensel geçerlilik kazanır. Ve artık kanun ( yasa) olur. Yansıma kanunu, kırılma kanunu, kütle çekim kanunu, Newton’un hareket kanunları gibi.

  • Teori ve Yasalar mutlaka bilimsel desteğe sahip olmalıdır. Ancak hipotezler teoriye, teorilerde yasaya dönüşmez.
  • Teoriler açıklayıcı, kanunlar ise daha çok tanımlayıcı özellik taşır.

 

Veri: Bir olayın doğal ortamında ya da özelliklerini denetleyebilen bir ortamda bir ortamda yapılan gözlemlerin sonucudur.

Kontrollü Deney: Deney sonucunu etkileyecek koşullardan birini değiştirip diğerlerini sabit tutacak yapılan deneydir.

FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER

Temel Büyüklükler: Kendi başına ifade edildiğinde bir anlamı olan büyüklüklerdir. Kütle, uzunluk, zaman, sıcaklık, akım şiddeti, madde miktarı( mol).

Türetilmiş büyüklükler:  Hız, ivme, enerji, yoğunluk (özkütle), hacim gibi büyüklüklerdir.

Skaler Büyüklükler:  Sadece sayı ve birimle ifade edilebilen büyüklüklerdir. Zaman, uzunluk, kütle, enerji vb.

Vektörel Büyüklüklerdir: Büyüklük, birim, yön ve doğrultusu belli olan büyüklüklerdir. Kuvvet, hız, ivme, elektrik alan, manyetik alan vb.

FİZİKTE MODELLEME VE MATEMATİK

Bir olayın, karmaşık bir sistemin, soyut bir kavramın, görülemeyecek kadar küçük yapıların veya kavramlar arasındaki ilişkilerin kolayca anlaşılır hale getirilmesi için canlandırma, maket, grafik, tablo, çizim, formül veya denklem gibi görsel unsurlarla basite indirgenerek ifade edilmesine modelleme denir.

Fizik bilimi çoğunlukla soyut, karmaşık, görülemeyecek kadar küçük ya da Dünyadan çok uzaktaki olgu ve olayları açıklamakla uğraşan bir bilim dalı olduğundan modelleme çok sık kullanılır. Fizikçiler evreni, güneş sistemini, ışığı, atomu, atomu oluşturan parçacıkları açıklamak amacıyla model oluştururlar.

Bir mıknatısın çevresindeki manyetik alan, bir yükün çevresindeki elektrik alan veya üzerinden akım geçen telin manyetik alanı kuvvet çizgileri modeliyle gösterilir. Kullandığımız grafik ve tablolar, formüller de modeldir.

Fizikte kullanılan modellemeler üçe ayrılır;

  • Bilgisayarlı modelleme
  • Fiziksel modelleme
  • Düşünsel modelleme

BAĞIMLI, BAĞIMSIZ VE KONTROLLÜ DEĞİŞKEN

Bir deneyde yapılan değişikliklerden nasıl etkilendiği incelenen değişkene bağımlı değişken denir.

Sonuca etkisi incelenen ve deney esnasında deneyi yapan kişi tarafından değiştirilebilen değişkene bağımsız değişken denir.

Örnek: bir deneyde sürtünmesiz yatay düzlemde kuvvet düzenli olarak artırılıp cismin kazandığı ivme ölçülüyor.

Deneyde kütle sabit tutulmuştur. Kütle kontrol değişkenidir.

Deneyde F değiştirilerek kuvvetin etkisi incelenmiştir. Kuvvet bağımsız değişkendir.

Deneyde, kuvvete bağlı olarak değişiklikten nasıl etkilendiği incelenen değişken ivmedir. İvme bağımlı değişkenidir.

 

NEDEN FİZİK ÖĞRENMELİYİZ?

Doğa olaylarını anlayabilmemiz ve öngörebilmemiz o olayların özünde düzenli olduklarını bilmemizi gerektirir. Evrendeki olayların sebep –sonuç ilişkileriyle birbirine bağlanabilmesi fizikçilerin araştırmalarındaki en temel hareket noktasıdır.  Bu sayede fizikçiler doğadaki birçok düzenliliği keşfetmişlerdir.

FİZİĞİN TARİHSEL GELİŞİMİ:

M.Ö.

TALES (580): Amber etkisi ile elektriksel çekim.

ARİSTO (370): Doğal Hareket Ve Zorlanmış Hareket.

ARŞİMET (240): Sıvıların kaldırma kuvveti.

PTOLEMY (130): Dünya merkezli evren.

M.S.

İBN-İ HEYSEM (1010): Optik.

WİLLİAM GİLBERT ( 1540): Mıknatıslar ve yerkürenin manyetik alanı.

KOPERNİK (1543): Güneş merkezli evren.

GALİLEO (1609): Teleskobun keşfi.

KEPLER (1619): Gezegenlerin hareket yasası.

NEWTON (1687): Hareket yasaları.

MAXWELL (1864): Elektromanyetik teori.

HERTZ (1887): Elektromanyetik dalgalar.

EİNSTEİN (1915): Görelilik teorisi.

SCHRÖNDİNGER (1926): Kuantum mekaniği.

CERN (2013): Higgs Bozonu

 

FİZİKTE ÖLÇME OLAYINDA KULLANILAN CİHAZLAR VE NE İŞE YARADIKLARI:

Termometre: Bir cismin sıcaklığını ölçmeye yarayan alete denir.

Dinamometre: Kuvvetin şiddetini ve cismin ağırlığını ölçmeye yarayan alete dinamometre denir.

Kalorimetre: Bir nicelik olarak ısıyı ölçen alete denir.

Manometre: Gaz veya sıvı akışkanlarının basıncını U borusu yardımı ile ile ölçen alete denir.

Altimetre: Deniz seviyesine göre bir yerin yüksekliğini ölçen alete denir.

Batimetre: Deniz veya göl derinliğini ölçen alete denir.

Galvanometre: Elektrik akımındaki değişimin manyetik alan oluşturması prensibiyle çalışan alete denir.

Fotometre: Işık şiddetini ölçmek için kullanılan alete denir.

Ayşenur  Özdemir