İş-Enerji-Güç ve Basit Makineler

İŞ

İş kelimesi, günlük hayatta çok kullanılan ve çok geniş kapsamlı bir kelimedir. Fiziksel anlamda işin tanımı tektir.

Yola paralel bir F kuvveti cisme yol aldırabiliyorsa iş yapıyor demektir.

Yapılan iş, kuvvet ile yolun çarpımına eşittir. İş W sembolü ile gösterilirse,

W = F . Dx olur.

Hareket doğrultusuna dik olan kuvvetler iş yapmazlar.

Duran ya da hareket eden bir cisme uygulanan F kuvveti cismin başlangıç şartlarına bağlı olarak değişik hareketlere neden olabilir.

Örneğin duran bir cisme sabit bir kuvvet uygulanarak iş yapılırsa, cisim düzgün hızlanan hareket yapar.

Herhangi bir kuvvet yönünde yapılan iş pozitif ise, ters yönde uygulanan kuvvetin yaptığı iş negatiftir.

W = F . Dx bağıntısına göre, iş yapılabilmesi için kuvvet cisme yol aldırmalı ve kuvvet ile yol paralel olmalıdır.

Bir cisim yerden yukarı doğru cismin ağırlığına eşit bir kuvvetle hareket ettirilirken yer çekimine karşı iş yapılır. Yapılan iş kuvvet ile kuvvete paralel h yolunun çarpımına eşittir. W = F . h W = mg . h dir.

Eğer cisim h yüksekliğinden serbest bırakılıp aşağı doğru düşerse, yerçekimi iş yapmıştır.

Bir cismi h yüksekliğine çıkarmak için yapılan iş, cismi çıkarırken izlenen yolun şekline ve uzunluğuna bağlı değildir. Yani yapılan bu iş yoldan bağımsızdır.

SI birim sisteminde iş birimi Joule dür. İş bağıntısından görüleceği gibi Joule = N . m dir.

ENERJİ

Fizikte iş yapmanın hedefi enerji aktarımıdır. Kuvvet uygulayarak gerçekleştirilen enerji alış-verişine iş denir. Sistemin iş yapabilme kabiliyeti enerji olarak tanımlanabilir.

Enerji skaler bir büyüklüktür. Yani enerjinin yönü, bileşeni ve uygulama noktası gibi vektörel özellikleri yoktur. Bir sisteme uygulanan kuvvet iş yapıyorsa yapılan iş enerjideki değişime eşittir.

W_dış = DE_sistem = E₂ – E₁ dir.

Enerji çeşitleri oldukça fazladır. Mekanik enerji, ısı enerjisi, Güneş enerjisi, nükleer enerji, rüzgar enerjisi, bazı enerji çeşitleridir. İş birimleri ile enerji birimleri aynıdır.

Potansiyel Enerji

Cisimlerin yüksekliklerinden dolayı sahip oldukları enerjiye potansiyel enerji denir.

Bu enerji yer çekimi kuvvetinden kaynaklanır. m kütleli bir cismi yer seviyesinde h kadar yükseğe sabit hızla çıkarmak için yapılması gereken iş,

W = F . h = mg . h dir.

Yapılan işin enerji değişimine eşit olduğunu biliyoruz.

Cisim sabit hızla çıkarıldığı için kinetik enerji değişmemiştir. O halde yapılan iş, cismin potansiyel enerji değişimine eşittir. Buna göre, yerden h kadar yükseklikte cismin yere göre potansiyel enerjisi, Ep = mg . h bağıntısı ile bulunur. Burada h yüksekliği, cismin potansiyel enerjisi nereye göre soruluyorsa, oraya olan yüksekliktir.

Kinetik Enerji

Hareket halindeki cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.

Kütlesi m, hızı v olan bir cismin kinetik enerjisi,

şeklinde tanımlanır. Kinetik enerji kütle ile hızın karesinin çarpımı ile doğru orantılıdır. Birimi Joule dir.

Kinetik enerji-hız grafiği şekildeki gibidir. Düz bir yolda cisme F kuvveti uygulandığında, yapılan iş cismin kinetik enerji değişimine eşit olur.

Bir cismin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjinin toplamına mekanik enerji denir. Em = Ep + Ek Net kuvvetin yaptığı iş, cismin kinetik enerjisindeki değişme miktarına eşittir. Yer çekimi kuvvetine karşı yapılan iş, cismin potansiyel enerji değişimine eşittir.

Sürtünmeden Dolayı Isıya Dönüşen Enerji

Sürtünmeli bir ortamda hareket eden cisimlere sürtünme kuvveti uygulandığını öğrenmiştik. Sürtünme kuvveti hareketi engelleyici özelliği olduğu için cisimlerin mekanik enerjilerini azaltıcı etki yapar. Azalan mekanik enerji kadar enerji, ısı enerjisine dönüşür.

Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş,

E_ısı = W = f_s . Dx dir.

Buna göre, sürtünmeden dolayı ısıya dönüşen enerji, sürtünme kuvveti ve yer değiştirme miktarı ile doğru orantılıdır.

ENERJİNİN KORUNUMU

Bir sistemdeki enerji; kinetik ve potansiyel gibi çok farklı türler halinde bulunabilir. Bu enerji türleri kendi aralarında dönüşüme uğrayabilir. Örneğin elektrik enerjisi ütüde ısıya, ampulde ışığa, çamaşır makinesinde ise hareket enerjisine dönüşür.

Enerji kaybolmadan bir türden başka bir tür enerjiye dönüşür. Toplam enerji daima sabittir. Toplam enerji sabit ise, bir tür enerji azalırken başka bir tür enerji aynı oranda artar.

1. Sürtünmelerin ihmal edildiği sistemlerde kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı sabittir. Sürtünme olmadığı için ısıya dönüşen enerji olmaz. Mekanik enerji toplam enerjiye eşittir.

E_top = E_k + E_p = sabit

Kinetik enerjideki artış, potansiyel enerjideki azalışa ya da, kinetik enerjideki azalış, potansiyel enerjideki artışa eşittir.

2. Sürtünmenin olduğu sistemlerde mekanik enerji (E_k + E_p) sabit değildir. Zamanla mekanik enerji azalır. Azalma miktarı kadar enerji, sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşür. Toplam enerji ise sabittir.

E_top = E_k + E_p + E_ısı = sabit

GÜÇ

Birim zamanda yapılan işe güç denir.

SI birim sisteminde güç birimi

1 kW = 1000 watt tır.

BASİT MAKİNELER

Bir işi daha kolay yapabilmek için kullanılan düzeneklere basit makineler denir. Bu basit makineler kuvvetin doğrultusunu, yönünü ve değerini değiştirerek günlük hayatta iş yapmamızı kolaylaştırır.

Basit Makinelerin Genel Özellikleri

1. Basit makine ile, kuvveten, hızdan ve yoldan kazanç sağlanabilir. Fakat aynı anda hepsinden kazanç sağlanamaz. Birinden kazanç varsa, diğerlerinden aynı oranda kayıp vardır.
2. Kuvvet kazancı, yükün kuvvete oranı olarak ifade edilir. Yük kuvvet ile dengede ise,
   
   
3. Hiç bir basit makinede işten kazanç yoktur. Hatta sürtünme gibi nedenlerden dolayı kayıp vardır. Sürtünmenin olmadığı ideal basit makinelerde işten kayıp yoktur. Bu durumda makine tam kapasite ile çalışır.
4. Basit makinelerde iş eşitliği prensibi geçerlidir.

KALDIRAÇLAR

a. Destek ortada ise,

Sağlam bir destek etrafında dönebilen çubuklara kaldıraç denir.

Bir kaldıraçta kuvvetin desteğe olan uzaklığına (x) kuvvet kolu, yükün desteğe uzaklığına (y) yük kolu denir.

Şekildeki desteğin ortada olduğu ağırlığı önemsiz kaldıraç dengede iken, yük ile kuvvet arasındaki ilişki F . x = P . y dir. Burada P ile F kuvvetleri paralel olduğu için çubuğa dik bileşenlerini almaya gerek yoktur.

Kuvvet kolu, yük kolundan büyük (x > y) ise, kuvvetten kazanç sağlanır ve cisimler ağırlığından daha küçük kuvvetlerle dengede tutulabilirler.

Bu tip basit makinelere örnek olarak pense, makas, tahtarevalli, kerpeten, manivela ve eşit kollu terazi sayılabilir.

b. Destek uçta ise,

Şekildeki ağırlığı önemsiz olan kaldıraçta, F ile P arasındaki ilişki F . x = P . y dir. Bu tip kaldıraçlarda, x > y olduğundan kuvvetten kazanç sağlanır.

El arabası, gazoz açacağı, fındık kırma makinesi, kağıt delgi zımbası bu tip kaldıraca örnek olarak verilebilir.

c. Yük ve destek uçta ise,

Şekildeki ağırlığı önemsiz olan kaldıraçta, F ile P arasındaki ilişki yine; F . x = P . y dir. x > y olduğundan kuvvetten kayıp, yoldan ise kazanç vardır.

Cımbız ve maşa bu tip kaldıraçlara örnek olarak verilebilir.

MAKARALAR

Makaralar sabit bir eksen etrafında serbestçe dönebilen, çevresinde ipin geçebilmesi için oluğu olan basit bir makinedir.

a. Sabit makaralar : Çevresinden geçen ip çekildiğinde yalnızca dönme hareketi yapabilen makaralara sabit makara denir. Paralel kuvvetler mantığına göre F . r = P . r Ş F = P dir.

Makara ile ip arasında sürtünme önemsiz iken aynı ipin bütün noktalarındaki gerilme kuvveti aynı olduğundan F = P dir. Kuvvetten kazanç yoktur.

b. Hareketli Makara

Çevresinden geçen ip çekildiğinde hem dönebilen hem de yükselip alçalabilen makaralara hareketli makara denir. Aynı ipin bütün noktalarındaki gerilme kuvveti aynı olduğundan, dengenin şartına göre,

Ağırlığı ihmal edilen hareketli makarada kuvvetten kazanç vardır. Hareketli makarada F kuvveti ile ipin ucu h kadar çekilirse, karşılıklı paralel iplerin her birinden h/2 kadar kısalma olur ve cisim h/2 kadar yükselir.

Şekilde, makara ağırlıkları önemsiz düzenekte F ile P arasındaki ilişki denge şartından bulunabilir. Sürtünmeler önemsiz iken aynı ipin bütün noktalarındaki gerilme kuvvetleri eşit olur. Yukarı yönlü kuvvetlerin toplamı aşağı yönlü kuvvetlerin toplamına eşit olduğundan,

PALANGALAR

Hareketli ve sabit makara gruplarından oluşan sistemlere palanga denir. Makara ağırlıkları ve sürtünmelerin önemsiz olduğu palanga sistemlerinde, kuvvet ile yük arasındaki ilişki, makaralarda olduğu gibi denge şartlarından bulunur.

Makara ağrılıkları ihmal edilmiyor ise, hareketli makaraların ağırlıkları yüke ilave edilerek aynı işlem yapılır. Sabit makaraların ağırlıkları ise, tavana bağlı olan iplerle ya da bağlantı maddeleriyle dengelenir.

EĞİK DÜZLEM

Ağır yükleri belli yüksekliğe kaldırmak zor olduğu zaman eğik düzlem yardımıyla yükten daha az bir kuvvet ile cisimler istenilen yüksekliğe çıkarılabilir. Sürtünmeler önemsiz ise, eğik düzlemde iş prensibi geçerlidir. Kuvvet . Kuvvet yolu = Yük . Yük yol F . ℓ = P . h

Kuvvet yolu, kuvvete paralel olan S yolu, yük yolu ise, yüke paralel olan h yoludur. Kuvvetten kazanç sağlanır. Fakat aynı oranda yoldan kayıp olur.

ÇIKRIK

Dönme eksenleri aynı yarıçapları farklı iki silindirin oluşturduğu sisteme çıkrık denir.

Şekilde görüldüğü gibi yük, yarıçapı küçük olan silindirin çevresine dolanan ipin ucuna asılır. Kuvvet ise, silindire bağlı kolun ucuna uygulanır. Yük ve kuvvet arasındaki ilişki; F . R = P . r dir. R > r olduğundan kuvvetten kazanç vardır.

Daha küçük F kuvveti ile dengede tutmak veya yükü sabit hızla çıkarmak için  oranını küçültmek gerekir.

Et kıyma makinesi, el matkabı, araba direksiyonu, tornavida, kapı anahtarı gibi araçlar çıkrığa örnektir.

DİŞLİLER

Dişli çarklar, üzerinde eşit aralıklarla dişler bulunan ve bir eksen etrafında dönebilen silindir şeklindeki basit makinedir. Dişler çarkların birbirine geçmesini sağlar. Dişlilerden birine uygulanan kuvvet dişler yardımı ile diğerine iletilir. Dişlilerin çalışma prensibi çıkrığınkine benzer.

Eş merkezli dişliler birbirine perçinli olduğu için hep aynı yönde dönerler ve devir sayıları da eşittir. Şekildeki gibi birbirine temas halinde olan dişliler için, her bir dişli bir öncekine göre,

1. Zıt yönlerde dönerler. Dolayısıyla K ve M aynı yönde döner.
2. Devir sayıları yarıçapları ile ters orantılıdır.
3. K ve M nin aralarındaki devir sayıları oranı L nin yarı çapına bağlı değildir.

Devir sayıları f₁ ve f₃ olarak kabul edelirse, K ve M dişlilerinin devir sayıları arasındaki ilişki;

f₁ . r₁ = f₃ . r₃ olur.

KASNAKLAR

Kasnaklar dişleri olmadığı için kayış ya da iple birbirlerine bağlanırlar.

Devir sayıları yine yarı çapları ile ters orantılıdır. f1 . r1 = f2 . r2 Dönme yönleri ise, şekilde görüldüğü gibi kayışların bağlanma şekline göre değişir.

Birbirini döndüren dişli ve kasnaklarda, dönme sayısı ile yarı çapların çarpımı eşittir.

VİDA

Vida, iki yüzeyi birbirine birleştirirken, en çok kullanılan, basit makinelerden birisidir. Vidada iki diş arasındaki uzaklığa vida adımı denir. Vidayı tahtaya vidalamak için tornavida ile kuvvet uygulayarak döndürmek gerekir. Vida başı bir tam dönüş yaptığında vida, vida adımı (a) kadar yol alır. N kez döndüğünde ise N . a kadar yol alır.

Vidayı döndürmek için uygulanan F kuvvetinin yaptığı iş, vida tahtaya girerken  direngen kuvvetinin yaptığı işe eşittir.

İş prensibinden

Kuvvet . Kuvvet yolu = Yük . yük yolu

3F . 2pr = R . a dır.

Vidanın baş kısmı daire olduğu için bir turda kuvvet yolu dairenin çevre uzunluğu kadar (2pr) olur.

Bunların yanı sıra kama, tekerlek gibi iş kolaylığı sağlayan basit makine çeşitleri de vardır.

Madde ve Özellikleri

MADDE

Kütlesi, hacmi ve eylemsizliği olan herşey maddedir. Buna göre kütle hacim ve eylemsizlik maddenin ortak özelliklerindendir.

Çevremizde gördüğümüz, hava, su, toprak v.s gibi herşey maddedir.

Maddeler tabiatta katı, sıvı, gaz olmak üzere üç halde bulunurlar.

Element

Tek cins dan oluşmuş saf maddeye element denir.

Mağnezyum (Mg), Hidrojen (H₂) gibi.

Elementler

• Homojendirler (Özellikleri heryerde aynıdır.)
• Belirli erime ve kaynama noktaları vardır.
• Yapı taşı dur.
• Kimyasal ve fiziksel yollarla daha basit parçaya ayrılamazlar.

Bileşik

Birden fazla elementin belirli oranlarda kimyasal yollarla bir araya gelerek, kendi özelliklerini kaybedip oluşturdukları yeni özellikteki saf maddeye bileşik denir.

Örneğin; İki hidrojen (H) uyla, bir oksijen (O) u birleşerek hidrojen ve oksijenden tamamen farklı olan su (H₂O) bileşiğini oluşturur.

Bileşikler

• Homojendirler.
• Belirli erime ve kaynama noktaları vardır.
• Yalnızca kimyasal yollarla bileşenlerine ayrılabilir. Fiziksel yollarla bileşenlerine ayrılamazlar.
• Yapı taşı moleküldür.
• Bileşiği oluşturan elementler sabit kütle oranı ile birleşirler. Bu oran değişirse başka bir bileşik oluşur.
• Kimyasal özellikleri kendisini oluşturan elementlerin özelliğine benzemez.
• Formüllerle gösterilirler.
• Molekülünde en az iki cins vardır.

KARIŞIM

Birden fazla maddenin her türlü oranda (rastgele oranlarla) bir araya gelerek, kimyasal özelliklerini kaybetmeden oluşturdukları maddeye karışım denir. Karışımda maddeler fiziksel özelliklerini kaybedebilirler.

Karışımlar

a. Homojen karışım: Özellikleri her yerde aynı olan karışımlara denir. (Çözeltiler, alaşımlar, gaz karışımları v.s.)

b. Heterojen Karışım: Özellikleri her yerde aynı olmayan karışımlara denir.

Süspansiyon: Katı + Sıvı heterojen karışımlarının özel adıdır. Bir katının sıvı içinde çözünmeden asılı kalmasına denir.

Tebeşir tozu + Su karışımı gibi.

Emülsiyon: Sıvı + Sıvı heterojen karışımlarının özel adıdır.

Zeytin yağı + Su karışımı gibi.

Karışımların Özellikleri

• Karışımlarda maddeler kendi özelliklerini korurlar.
• Karışımlar fiziksel yollarla bileşenlerine ayrılabilirler.
• Erime ve kaynama noktaları sabit değildir.
• Homojen ya da heterojen olabilirler.
• Yapısında en az iki cins vardır.
• Saf değildirler.
• Formülleri yoktur.
• Maddeler belirli oranlarda birleşmezler.

Fiziksel Değişme

• Maddenin dış görünüşü ile ilgili olan özelliklere fiziksel özellikler denir. Yoğunluk, sertlik, renk, koku, tad ...... gibi.
• Maddenin dış görünüşündeki değişiklikler fiziksel olaydır. Şekerin suda çözünmesi, kağıdın yırtılması, buzun erimesi....... gibi.

Kimyasal Değişme

• Maddenin iç yapısı ile ilgili olan özelliklere kimyasal özellikler denir. Yanıcı olup olmaması, asidik ya da bazik özellik ..... gibi.
• Maddelerin ve moleküllerinde meydana gelen değişiklikler kimyasal olaydır. Kağıdın yanması, hidrojen ve oksijenin birleşerek su oluşturması, demirin paslanması ...... gibi.

Maddelerin ayırdedici özellikleri

Aynı şartlarda miktara bağlı olmayan yalnızca o maddeye ait olan özelliklere ayırt edici özellikler denir.

a. Özkütle (yoğunluk)

b. Erime noktası

c. Kaynama noktası

d. Çözünürlük

e. Esneklik

f. İletkenlik

g. Genleşme

Özkütle

Maddelerin 1 cm³ ündeki madde miktarının gram cinsinden değeridir.

Erime ve kaynama noktası

Katı fazdaki maddenin sıvı faza geçtiği sıcaklık erime noktası, sıvı fazdaki maddenin kaynamaya başladığı sıcaklık kaynama noktasıdır. Erime ve kaynama sırasında sıcaklık sabit kalır. Sıcaklığın sabit kaldığı zamanlarda potansiyel enerji artarken diğer zamanlarda kinetik enerji artar.

Çözünürlük

Belirli bir sıcaklıkta 100 gram çözücüde çözünebilen maksimum madde miktarıdır.

Çözünürlük ; çözücü ve çözünenin cinsine, sıcaklığa, basınca bağlı olarak değişir.

Esneklik

Katı maddelerin yapısı ile ilgili bir özelliktir. Madde üzerine bir kuvvet uygulandığında şeklin değiştiği kuvvet ortadan kaldırıldığında eski haline geldiği durum esnekliktir. Yalnız katılar için ayırt edici özelliktir.

Genleşme

Isıtılan cismin hacminde, yüzeyinde veya boyundaki değişmedir. Genleşme katı ve sıvılar için ayırt edici özelliktir. Her katı ve sıvı maddenin ayrı bir genleşme katsayısı vardır. Ancak bütün gazların genleşme katsayısı aynıdır.

Elektrik İletkenliği

Metaller elektrik akımını iletir, ametaller iletmez. Çözelti bazındaki maddelerde ise yapısında iyon bulunduranlar elektrik akımını iletir.

Maddelerin bu ayırd edici özellikleri aynı şartlarda farklı maddelerin birbirinden ayırt edilmesinde yararlanılan özelliklerdir.

• MADDELERİN AYRILMASI

a. Elektriklenme İle Ayrılma

Cam, ebonit ve plastik çubuklar yünlü giyeceklere veya saçımıza sürtüldüklerinde elektrik yükü kazanırlar.

Kağıt parçacığı, karabiber gibi hafif bazı tanecikler de yüklü bu çubuklar tarafından çekilirler.

Yüklü cisimden etkilenen madde ile etkilenmeyen madde bir arada bulunursa bu özelliklerinin farklılığından yararlanılarak karışım bileşenlerine ayrıştırılır.

b. Mıknatıs İle Ayırma

Mıknatıs demir, kobalt ve nikel metallerini ve bu metallerden yapılmış olan teneke, toplu iğne gibi cisimleri çeker. Mıknatıs tarafından çekilen maddelere ferromanyetik maddeler denir.

c. Öz Kütle Farkı İle Ayırma

Yoğunlukları farklı olan iki maddeden oluşan karışım, öz kütle farkından yararlanılarak ayrıştırılır.

Katı - katı karışımlarını ayrıştırmak için rüzgâr ya da bir sıvıdan yararlanılır. Kullanılan sıvının yoğunluğunun katılardan birisininkinden büyük diğerininkinden küçük olması gerekir.

Dikkat edilecek başka bir nokta ise iki katının da bu sıvıda çözünmemesi ve kimyasal değişikliğe uğramaması gerekir.

Su ve zeytinyağı birbiri içerisinde çözünmez. Bu iki madde karıştırıldığında öz kütlesi küçük olan sıvı diğer sıvının üzerinde toplanır. Oluşan karışım bir huni yardımıyla ayrıştırılır. Ayrıştırma işleminde öz kütle farkından yararlanılmış olur.

Su ile zeytinyağı karıştırıldığında öz kütlesi büyük olan sıvı altta toplanır. Musluk açıldığında su başka bir kaba alınır.

d. Eleme Yöntemi İle Ayırma

Tanecik büyüklükleri farklı olan katı katı karışımları elenerek birbirinden ayrıştırılabilir.

e. Süzme İle Ayırma

Kumlu su süzgeç kağıdından geçirilirse su süzülürken, kum süzekte kalır. İşte böyle heterojen katı - sıvı karışımları süzülerek birbirinden ayrıştırılabilir.

Haşlanmış olan makarna kevgir ile süzülerek suyundan ayrıştırılır.

Çamurlu su, bulanık baraj suları bu medod ile ayrıştırılır.

f. Çözünürlük Farkı İle Ayırma

Katı içeren sıvı karışım süzülür. Sıvı alta geçerken katı kısım süzekte kalır ve karışım ayrıştırılmış olur.

Tuz ile kumun karışmış olduğunu düşünelim. Karışım su içerisine atılırsa tuz çözünürken kum çözünmez. Oluşan yeni karışım süzelerek kum ile tuzlu su ayrıştırılır. Suda çözünmüş olan tuz ise buharlaştırma ile yeniden elde edilir.

Yemek tuzu ve talaş, yemek tuzu - kum karışımları çözünürlük farkından yararlanılarak su yardımı ile birbirinden ayrıştırılmış olur.

g. Hâl Değiştirme Sıcaklıkları Farkı İle Ayırma

Katı - katı karışımları erime noktası farkından yararlanılarak ayrıştırılır.

Karıştırılan maddeler sıvı olabilir. Karışımdaki bir sıvı buharlaştırılıp tekrar yoğunlaştırma ile diğerlerinden ayrıştırılabilir. Bu yönteme ayrımsal damıtma denir.

Gazların ve ham petrolün ayrıştırılması da ayrımsal damıtma ile yapılmaktadır.

Gaz karışımı soğutulur. Kaynama noktası en yüksek olan gaz yoğunlaşmaya başlar ve gaz kısmından ayrılmış olur.

h. Gaz Karışımlarını Çözünürlük Farkı İle Ayırma

Gazlar kimyasal özelik olarak değişik değişiktir. Bu özellikten yararlanılırak gaz karışımları ayrıştırılabilir. Belli bir çözücüde çözünürlükleri farklı olan gaz karışımı bu çözücü içerisine gönderilirse gazlardan biri çözünür diğeri çözünmez. Karışım da böylece ayrıştırılmış olur.

• BİLEŞİKLERİN AYRIŞMASI

Karışımların ayrıştırılmasında ayırt edici özelliklerden yararlanılır. Fiziksel yöntemlerle elementler ve bileşikler ayrıştırılamaz.

a. Isı Enerjisi İle Ayrışma

Bazı bileşikler ısıtıldıklarında kendisini oluşturan element ya da bileşiklere parçalanır.

KClO₃(katı) ® KCl(katı) +  O₂(gaz)

CaCO₃(katı) ® CaO(katı) + CO₂(gaz)

b. Elektrik Enerjisi İle Ayrışma (Elektroliz)

Bazı bileşikler elektrik enerjisi ile kendisini oluşturan elementlere ayrıştırılabilir. Bu olaya elektroliz denir. Su (H₂O) elektroliz edildiğinde H₂ ve O₂ gazlarını dönüşür.

2H₂O(s) ® 2H₂(g) + O₂(g)

c. Başka Ayrıştırma Teknikleri

Bazı bileşikleri elementel hale getirmek için elektroliz yapmaya gerek yoktur. Bileşikte bulunan element ile reaksiyon verebilecek madde, bileşik ile reaksiyona sokulur.

FeO + C ® Fe + CO

Fiziğin Alt Dalları

Fizikle ilgili çalışmalar tarihi gelişim sürecinde gelenek­sel olarak mekanik, elektrik, manyetizma, optik, termo­dinamik gibi alanlara ayrılmıştır. 1900’lü yılların başla­rından itibaren de atom fiziği, nükleer fizik ve katıhâl fi­ziği alanlarında çalışmalar başlamıştır. Günümüzde her ne kadar fiziğin alt alanları sanki ayrı birer bilim da­lıymış gibi kendi sahalarında derinleşmiş olsalar da bunlardan herhangi birinde elde edilen yeni bir bilgi diğerlerinde de kullanılabilmektedir.

1. Mekanik

Kuvvet ve hareket arasındaki enerji ilişkilerini inceler. Dalga­ların oluşmasından ma­kinelerin çalışma pren­siplerine kadar çok ge­niş bir uğraş alanı vardır.

2. Elektrik

Maddenin yapısındaki elek­tron ve protonların sahip ol­duğu elektrik yükleri ile bun­ların neden olduğu elektrik alan ve elektriksel kuvvetleri konu alır. Yıldırımlardan elektrikle çalışan aletlere değin çok geniş bir uygulama ala­nı vardır.

3. Manyetizma

Temelde elektrik yükleri­nin hareketi ile oluşan manyetik alanları ve manyetik kuvvetleri ko­nu edinir. Yön bulmak­tan, tıpta kullanılan man­yetik rezonans uygula­malarına kadar birçok alanda manyetizmadan yararlanılır.

4. Optik

Işığın davranışı ile aydın­lanma, gölge oluşumu, yansıma ve kırılma gibi ışık olaylarını inceyen fizik dalıdır. Gö­zün görmesinden renk­lerin oluşumuna kadar birçok olay optiğin ilgi alanına girer.

5. Termodinamik

Temelde ısı olaylarını ve enerjinin ısı ile ilgi­li kısmını inceler. Su­yun kaynamasından buzulların erimesine kadar ısı ile ilgili ko­nularla ilgilenir.

6. Atom Fiziği

Fiziğin, maddeyi oluşturan atomları, atomların yapısını ve özelliklerini, atomların birbirle­ri ile ilişkilerini inceleyen bir dalıdır. Günümüzde mikros­kobik fizik alanındaki gelişme­ler, bilim alanında nanoteknolojiye ulaşılmasını sağlamıştır.

7. Nükleer Fizik

Atom çekirdeğini inceleyen fizik dalı­dır. Her ne kadar atom bombası gibi zararlı uygulamala­rı geliştirmiş olsa da radyasyondan korunma yollarını öğretir ve günü­müzde enerji üreti­minde vazgeçilmez bir yeri vardır.

8. Katıhâl Fiziği

Kristal maddelerin yapısında simetri gözlendiği için bu maddeler kolayca incelenebilme ortamı oluşturur. Fiziğin bu alt dalı kristal yapılı bu maddeleri özellikle ele alır. Katıhâl fiziği elektroniğin teorisini meydana getirir.

Fizik diğer bilim dallarına yardımcı olur.

Fizik bilimindeki bilgiler diğer bilim dallarındaki (biyo­loji, kimya, coğrafya, astronomi v.s) olayları açıklama­da yardımcı olur.

Fizik, biyolojide gözün yapısı, görme olayı, renklerin birbirinden ayırt edilmesinin nasıl gerçekleştiğini açık­lamada yardımcı olur. Fizik, kimyada bileşik oluşumu­nu açıklamada kullanılır.

Fizik bilimiyle, coğrafyadaki alçak ve yüksek basınçlar, atmosferdeki hava olayları, fırtına ve rüzgârlar izah edi­lebilmektedir. Ayrıca fizik bilimiyle, coğrafyadaki fay hareketleri, depremler ve tsunami olayları gibi birçok olay izah edilebilmektedir.

Bilimin gelişiminde fiziğin alt alanları kullanılır.

Tıpta görme kusurlarının düzeltilmesinde, arabalarda, optik biliminin ışık ışınları ile ilgili elde ettiği bilgiler kul­lanılmaktadır. Pusula yapımında, kapı zilinin yapımın­da, telefon, radyo ve televizyonda ses ve görüntü ileti­minde, voltmetrede, ampermetrede, elektrik motorla­rında, bazı oyuncakların yapımında, hızlı trenlerde manyetizma biliminin ortaya koyduğu bilgilerden ya­rarlanılmaktadır.

İletişim teknolojisinde fiber optik kabloların, nükleer enerji santral­lerinde nükleer fizik ile ilgili elde edilen bil­gilerin, evlerin ısıtıl­ması ve soğutulma­sında termodinamik biliminin elde ettiği bilgilerin kullanılması fiziğin hayatımızla iç içe olduğunu gösteren olaylardır.

Ayrıca uzay mekiklerinin uza­ya gönderilmesi, haberleşme uydularının yörüngelerine oturtulması, mekanik bilimi­nin elde ettiği bilgiler saye­sindedir. Barajlardaki suyun potansiyel enerjisinden elek­trik enerjisi elde edilmesinde, lambaların ışık vermesinde, hem mekanik hem de elektrik biliminin ortaya koyduğu bil­gilerden yararlanılmaktadır.

Not: Fizikle diğer birçok bilim dalı arasındaki ilişkiler ne­deni ile biyofizik, fizikokimya, astrofizik, jeofizik gibi bilim dalları doğmuştur. Birçok bilim dalı fizikteki ge­lişmeleri takip ederek yeni ulaşılan bilgileri kullan­maktadır.

Gözlem

Birçok doğa olayında, olayları açıklayabilmek için, dü­şünme, gözlem yapma, tahminde bulunma, inceleme, araştırma, modelleme, ölçme, analiz etme ve sonuç çıkarma gibi yöntemler kullanılır.

Duyu organları ile gözlem yapmak, gözlemler sonu­cunda toplanabilecek verilerden çıkarılabilecek sonuç­ların kesinliğini düşünmek, bir takım teknolojik araçlar­la ölçüm yapmak, mantıklı bir analiz yapmak fizik bili­minin vazgeçilmezleri arasında yer alır.

Gökyüzündeki yıldızların ya da gezegenlerin çıplak gözle değil de uygun teleskoplarla incelenmesi, ölçüm yapılacak; uzunluk, kütle, zaman, sıcaklık gibi büyük­lükler için teknolojik aletlerin kullanılması, ölçme so­nuçlarının duyu organları ile yapılan ölçme sonuçları­na göre daha objektif ve doğru olmasını sağlar.

Bir olayla ilgili olarak duyu organları yardımı ile bazı araç ve gereçler kullanarak yapılan incelemeye gözlem denir. Birçok fiziksel olay, duyu organlarına yar­dımcı olan bir takım teknolojik araçlarla gözlenmiştir.

Gözlemler ikiye ayrılır. Bunlar nitel ve nicel gözlemler­dir.

Nitel Gözlem

Herhangi bir ölçme aracı kullanmadan beş duyu orga­nı kullanılarak yapılan gözlem çeşididir. Nitel gözlem kesinlik ifade etmezler, nitelik belirtirler. Hata payı çok­tur, yanıltıcıdır, güvenilir değildir. Duruma ve kişiye gö­re değişebilir. Objektifliği ve kesinliği yoktur. Nitel göz­lemler olayların ayırıcı özelliğini belirler.

Aynı yemeği yiyen iki kişiden birisi "yemek sıcak”, diğeri­nin ise “yemek soğuk” demesi, bir çuvalı kal­dıran adamın "bu çu­val 40 kg gelir" deme­si, "bu ağacın boyu 15 metre var” demesi nitel gözleme birer örnektir.

Nicel Gözlem

Duyu organları ile birlikte ölçme araçları da kullanıla­rak yapılan gözlem çeşidine nicel gözlem denir. Yapı­lan ölçümler sonucunda sayısal veriler elde edilir. Ni­celik belirtir. Duruma ve kişiye göre değişmez. Bilimsel önem taşır. Güvenilir bir gözlemdir. Bilimde en çok kul­lanılan gözlem çeşididir.

Örneğin; kaptaki su­yun sıcaklığı termomet­re ile ölçülerek 40 °C ol­duğu tespit ediliyor. Bu bir nicel gözlem iken, aynı suya parmağımızı daldırarak duyu organı­mızla suyun sıcaklığı hakkında fikir belirtme­miz bir nitel gözlemdir.

Nitel ve nicel gözlemler birbirinin tamamlayıcısıdır, karşıtı değildir. Olaylarda her ikisi de birlikte kullanılabilir. Çünkü gözlemlerdeki ölçmelerde elde edilen veriler kadar gözlemler sırasın­da olayların nasıl gerçekleştiğinin nitel olarak izlenme­si de öğrenme sürecinde önemli yer tutar.

Bilimsel çalışmalarda nitel gözlemlerden ziyade nicel gözlemlere ağırlık verilir. Bazı durumlarda her ikisi bir­likte kullanılır.

Temel Büyüklükler ve Türetilmiş Büyüklükler

Fizik bilimi ile ilgili bilimsel bilgilerin tanımlanmasında, uzunluk, kütle, zaman, elektrik akımı, termodinamik sı­caklık, madde miktarı, ışık şiddeti vb. daha birçok fizik­sel büyüklük kullanılır. Günlük hayatımızda fizikle ilgili olayları açıklarken, küt­le, uzunluk, zaman, kuvvet ve hız gibi büyüklükler ya­nında akım şiddeti, sıcaklık ve ışık şiddeti gibi büyük­lükleri de kullanırız. Bu büyüklüklerin bazıları tek başı­na anlam ifade ederken bazıları da diğer büyüklüklere bağlı olarak bir anlam ifade eder. Fiziksel büyüklükler temel büyüklükler ve türetilmiş büyüklükler olmak üzere ikiye ayrılır. 

Kendi başına kullanıldığında bir anlam ifade eden ve diğer bütün fiziksel büyüklükleri ifade etmede yeterli olan büyüklüklere temel büyüklükler denir. Tanımlayabilmek için en az iki temel büyüklüğe ihtiyaç duyduğumuz büyüklüklere de türetilmiş büyüklükler denir.

Temel büyüklükler yedi tanedir. Bunlar, uzunluk, kütle, zaman, akım şiddeti, sıcaklık, madde miktarı, ışık şid­detidir.

Fizikte Ölçemin Önemi

Fiziksel büyüklüklerin tam olarak tanımlana­bilmesi için nitel ve ni­cel gözlemleri de içe­ren ölçümlerin yapıl­ması gerekir. Bundan dolayı fizik biliminde olaylar açıklanırken ölçme önemli yer tu­tar. Ölçümün anlam ifade edebilmesi için ölçüm sonuçları bir birimle verilir.

Fizikle ilgili bir büyüklüğün ölçülebilmesi için kendi cinsinden ve “birim” adı verilen diğer bir ölçü ile karşı­laştırılması gerekir.

Kütlenin Ölçülmesi

Kütle terazi ile ölçülür. Ölçüm sonucu kilogram ile ifa­de edilir. Birim tanımlanırken herhangi bir matematik­sel dönüşüm yapılmadan sonuç doğrudan ölçülen bi­rim cinsinden belirtilir. Bundan dolayı kilogram temel bir büyüklüktür.

Maddelerin kütlesi ölçülürken çok değişik özelliklerde teraziler kullanılır. En basit terazi labaarotuvarda kullanı­lan eşit kollu terazidir. Günlük hayatta ölçeceğimiz maddenin kütlesinin büyük ya da küçük olmasına gö­re, dijital teraziler, analog teraziler, elektronik ve banyo terazileri, kuyumcu terazileri kullanılır.

Eşit kollu terazide, terazi kolu denilen düzgün bir çu­buk, ortasından bir destek üzerine konulmuştur. Tera­zi kolu üzerinde serbestçe hareket edebilen iki tane metal sürgü bulunmaktadır. Terazi kolunun uçlarında iki kefe, ortalarında ise gösterge bulunur. Eşit kollu te­razide, kefeler boşken gösterge bölmenin ortasında bulunur ya da gösterge bu bölmenin her iki tarafında eşit salınımlar yapar.

Eşit kollu terazilerin tartım takımlarında küçük kütle değerlerinde standart kütleler bulunur. Bu kütle değer­leri ile hassas tartımlar yapılabilir. Bunun için terazi ko­lu standart külle yardımı ile eşit olarak bölmelenir.

Dijital teraziler, banyolarda kullanılan elektronik tera­ziler, kuyumcu terazileri, genellikle elektrikle çalışır. Bu terazilerde kefeye konulan cismin ağırlık etkisi yük hüc­resi adı verilen, esnek ve direnci değişebilen bir parça­da baskı oluşturur. Bu baskı elektrik sinyaline dönüş­türülür.

Esnek olan yük hücresi baskı nedeni ile şekil değişimi­ne uğrar ve direnci değişir. Bu direnç değişimi ile yük hücresinden geçen akım şiddeti değişir. Terazide bulu­nan bir işlemci, oluşan bu değişimleri değerlendirerek kefeye konulan cismin kütlesini dijital olarak gösterir.

Analog olan banyo ve market terazilerinin içinde kaldıraç mekanizması bulunur. Tartım sırasında oluşan kuvvet, yük ile destek arasında başka bir kaldıraç üze­rine etki eder. Bu kaldıraç devreye girer ve gösterge yayını gerer. Bu yayın hareketi ile gösterge çalışır, so­nuçla ölçümü yapılan nesnenin kütlesi ölçülmüş olur.

Uluslararası birim sisteminde(SI), kütle birimi kilogram(kg) dır. Küçük miktarlardaki tartımlar için gram(g) ya da miligram(mg) çokça kullanılmaktadır.

Kütle birimleri onar onar artar ya da azalır. Buna göre,

1 g = 1000 mg

1 kg = 1000 g

1 ton = 1000 kg dır.

Zamanın Ölçülmesi

Zamanın ölçümü çok eski yıllardan beri insanlar için önemli olmuştur. Önceleri insanlar, zamanı belirlemek için belirli zaman aralıkla­rında tekrarlanan doğa olaylarını dikkate almışlar­dır. Daha sonra Güneş ve kum saatleri kullanmışlar­dır. Günümüzde zamanı ölçmek için saat kullanıl­maktadır.

Olimpiyat yarışlarında, ara­ba yarışlarında zamanın öl­çümüyle yarışın dereceleri belirlenir. Bu tür yarışmalar­da hangisinin daha süratli olduğunun belirlenmesi, şimdiye kadarki kırılan rekor­ların tespiti, sınırlı zaman dilimi içinde başarılı olabil­mek için nelerin yapılması gerektiği hususunda bilgiler vermektedir.

Uluslararası birim sisteminde (Si) kullanılan zaman bi­rimi saniyedir. Günlük işlerde zamanı tespit etmek için çoğunlukla zaman birimi olarak saat kullanılmak­tadır. Çok kısa zaman diliminde oluşan olaylarda za­man ölçümü, kronometreler ile yapılmaktadır. Bunun­la birlikte örneğin at yarışlarında olduğu gibi yarışın sonucu fotofiniş ile belirlenmektedir.

Zaman birimleri arasındaki ilişki;

1 saat = 60 dakika = 3600 saniye = 360000 salise şeklindedir.

Uzunluğun Ölçülmesi

Değişik büyüklükteki nesnelerin boyutlarının ölçülme­si, nesnelerin tanımlanmasına, elde edilen bilgilerin gerekli yerlerde kullanılmasına yardımcı olur. Bir terzi­nin elbise dikmek için yapacağı ölçüm, bir marango­zun işi gereği yapacağı ölçüm uzunluk ölçümü olup ayrı bir öneme sahiptir. Nesnelerin uzunluklarını ölçmek için uygun araçlar kul­lanılır. Kumpas, mezura, cetvel bunlardan bazılarıdır. Uluslararası birim sisteminde (SI) kullanılan uzunluk birimi metredir. Bazı uzunluk ölçümleri ya çok büyük ya da çok küçük sayılarla verildiğinden uzunluk birimi olan metrenin ast ve üst katları tanımlanmıştır.

Uzunluk ölçü birimleri onar onar büyür ya da küçülür. Buna göre,

1 m = 10 dm = 100 cm = 1000 mm dir.

1 m = 0,1 dam = 0,01 hm = 0,001 km dir.

Tarihsel ve geleneksel nedenlerle kullanılan farklı bir­çok başka uzunluk birimi de vardır. Örneğin bazı ülke­lerde uzunluk ölçü birimlerimi olarak yarda ve bundan türetilmiş uzunluklar günlük hayatta kullanılmaktadır. Bunlar şu şekildedir;

1 inch = 2,54 cm dir.

1 mil = 1609 m dır.

Günlük hayatta kullanılan birimlerle ifade edilemeyen uzunluklar için, örneğin gök cisimleri arası uzaklıklar için, astronomi birimi ya da ışık yılı kullanılır. Astronomi birimi Dünya ile Güneş arası uzaklık, ışık yı­lı ise ışığın bir yılda aldığı yoldur.

1 ışık yılı = 9,5 1012 km dir.

Atom fiziğinde ve bazı hesaplamalarda mikron(n), angstrom(Â) gibi uzunluk birimleri de kullanılır.

1 n = 10-6 m 1 Â = 1010 m dir.

Uzunluk ölçmek için ölçüm aracının doğru tutulması, aracın düzgün kullanılması, ölçüm yapılacak nesnenin özelliğinin iyi bilinmesi gerekir.

Sıcaklığın Ölçülmesi

Havanın, insan vücudunun, doğadaki maddelerin sı­caklıklarının ölçülmesi yaşadığımız ortamın şartlarının tespit edilmesinde, elde edilen verilerin bir çok alanda kullanılmasında önemli katkılar sağlar.

Sıcaklık, termometre ile ölçülür. Termometre çe­şitleri, katı, sıvı, gazlı ola­bilir. Çok yaygın olarak kullanılan termometreler sıvılı ve metal termomet­relerdir. Termometre çe­şitleri ısı sıcaklık konu­sunda daha geniş olarak incelenecektir. Günlük hayatta sıcaklık birimi olarak derece (°C) kullanmakla birilikte SI birim sisteminde sıcaklık birimi kelvin dir. Sıcaklık fizik­te T ile sembolize edilir. Derece ile kelvin arasında,

T (°C) = K - 273 eşitliği vardır.

Duvar termometresi, hasta termometresi, lazerli ter­mometre, metal termometre değişik sıcaklık aralıkları­nı ölçebilen termometre çeşitlerindendir.

Akım Şiddetinin Ölçülmesi

Elektrikle çalışan birçok cihaz elektriksel anlamda iş yaparak hayatımızı kolaylaştırır. Evlerde ve iş yerlerin­de kullanılan bu cihazların üzerinde gerekli teknik bil­giler mevcuttur. Bu teknik bilgilerden bir tanesi de ci­hazı çalıştıracak akımın türü ve şiddetidir.

Akım şiddeti ampermetre ile ölçülür. Ampermetre, elektrik devresine seri olarak bağlanır. Her cihazın üze­rinde olduğu gibi amper­metrelerin de üzerinde öl­çüm yapabileceği değerler mevcuttur. O nedenle öl­çüm yapmak için uygun ampermetreler kullanmak gerekir.

Uluslararası birim sisteminde(Sl) kullanılan akım şid­deti birimi amper dir. A sembolü ile gösterilir. Akım şid­detleriyle ilgili ölçüm sonuçları bazı durumlarda amper cinsinden ifade edilemez. Bunun yerine akım şiddeti olan amperin ast ve üst katları kullanılır.

Bir elektrik devresinden geçen akım şiddetinin ölçü bi­rimleri biner biner büyür ya da biner biner küçülür. Bu­na göre;

1 A = 103 mA = 106 μA = 109 nA = 1012 pA 

1 A =10-3 kA = 10 -6 MA = 10-9 GA dir.

Yukarıdaki kısaltmaların okunuşları m; mili, n; mikro, n; nano, p; piko, k; kilo, M; mega, G; ciga dır.

Ampermetrede akım şiddeti doğrudan okunur. Amper­metrenin kadranı; amperin askatlarına göre bölümlere ayrılmış cetveldir. Düşük şiddetteki elektrik akımını öl­çen alete "galvanometre” adı verilir.

Ölçme Hataları

Fiziksel büyüklüklerle yapılan ölçümlerde, aynı nicelik ölçülüyor olmasına rağmen de­ğişik nedenlerden do­layı farklı sonuçlar or­taya çıkar. Uzunluğun, kütlenin, zamanın, sı­caklığın ve akım şid­detinin ölçülmesinde peş peşe ölçümler ya­pılsa da ölçüm sonuç­ları farklı olabilir. Ölçüm sonucu ile ger­çek değer arasındaki farka ölçmede hata denir. Ölçüm sonuçlarının gerçek değerden farklı olması ölçmede hata yapıldığı anlamı­na gelir. Bu hataların kaynağı; ölçme yöntemi, ölçümü yapan kişi, ölçme aracı ve ölçümün yapıldığı ortamdır.

Ölçmedeki gerçek değer, tüm hata kaynaklarının mini­muma indirgendiği durumda yapılan ölçümlerin orta­lamasıdır. Dolayısı ile her ölçümde mutlaka bir miktar hata olacaktır. Hata kaynaklarının ortadan kaldırılması ya da sıfırlanması söz konusu olamaz. Buna rağmen, ölçme yöntemini doğru seçmek ve sıra ile ölçüm yap­mak, ölçüm aletine uygun şartları oluşturmak, ölçümü birden fazla sayıda yapmak ölçmede hatayı azaltır.

Ölçümün yapıldığı ortamın sıcaklık, basınç, sürtünme ve nem gibi etkenleri; ölçülen niceliği ve ölçüm aletini etkiler. Ölçme aletlerinden kaynaklanan hatayı minimuma in­dirmek için, ölçü aletlerinin kullanım tekniklerini iyi bil­mek ve ölçme tekniklerini de kurallarına uygun olarak uygulamak gerekir.

Ölçümü yapan kişiden kaynaklanan bir hata, kişinin öğrenim durumu, yaşı, ölçme anında alınan pozisyon, ölçme anındaki ruh hâli etkili olur.

Ölçümü yapandan kaynak­lanan hatalara şu örnekleri verebiliriz. Termometrenin haznesinden tutarak sıcaklık ölçmeye çalışmak, paket las­tiğini uzatarak boyunu ölç­meye çalışmak, mezro ile öl­çüm yaparken mezroyu düz tutmamak, cetvel ile ölçüm yaparken sıfırdan değil de 1 den başlayarak ölçmek, göstergeli araçlarda okuma hatası yapmak.

Bilimsel Bilgi Nasıl Ortaya Çıkar?

Bilimsel çalışmalar ve bilimsel bilgiler, bilim­sel verilere dayalıdır, belirli yöntemler ve metotlar izlenerek gerçek­leştirilir. Bu yöntemlere bilimsel çalışma yönte­mi denir. Bilim insanları, inceledikleri olaylarla ilgili yaptıkları ni­tel ve nicel gözlemlere ve deney sonuçlarına bağlı ola­rak bazı bilimsel bilgilere(ilke, kanun ve teorilere) ula­şırlar. Fizik ile ilgili bilimsel bilgilere ulaşırken de planlı ve sistemli bir şekilde çalışırlar.

Bilimsel çalışmada ilk önce incelenecek problem tespit edilir. Problem belirlendik­ten sonra problem durumunu açıklayan verileri elde etmek için gözlemler, ince­leme ve araştırmalar yapılır.

Hipotez

Bilim insanları topla­dıkları verilere bağlı olarak, inceledikleri problemi çözebilmek için önce bir dizi hi­potez kurarlar. Hipo­tez, bilimsel bir prob­lemin verilere dayalı olarak kurulan geçici çözüm yoludur. Hipotezler kurulduktan sonra sürekli olarak test etme sürecine tabi tutulur. Bundan sonra kontrollü deneyler yapılarak hipoteze dayalı tahminlerin ve hipotezin ge­çerliliği ve doğruluğu araştırılır. Kontrollü deneylerden sonra elde edilen verilerin, ku­rulan hipotezleri destekleyip desteklemediğine ya da destekliyorsa ne ölçüde desteklediğine karar verilir.

Deneysel verilerden sonuç çıkarılır. Bir hipotez deney­sel olarak destekleniyorsa daha güçlü hipotez olarak kabul görür. Benzer şekilde teoriler de deneysel olarak destekleniyorsa daha güçlü teori olarak kabul edilir.

İyi bir hipotezin özellikleri; Deney ve gözlemlere açık olmalıdır. Eldeki verilere en uygun özellikleri ta­şımalıdır. Yeni gerçeklere ve tahminlere açık olmalı­dır. Aksi ispatlanıyorsa değiştirilmelidir. Bilimsel bir “tahmin” olduğundan kontrollü deneylerle sınanmalıdır.

Bilim insanlarının bilimsel bir problemin çözümünde takip ettiği yol sırasıyla şu şekilde olabilir:

1. Problem belirlenir,
2. Problemle ilgili veriler toplanır,
3. Hipotez kurulur,
4. Hipoteze dayalı tahmin yapılır,
5. Kontrollü deney ve nicel gözlem yapılır,
6. Deney ve gözlemlerin hipotezi doğrulayıp doğrula­madığı kontrol edilir.
7. Doğrulanmıyorsa işlemlere tekrar baştan başlanır.
8. Doğrulanıyorsa hipotez geçerlidir, sonuçlar kamuoyuna duyurulur.

Bilimsel bilgilerin doğruluğu bir olay üzerine yapılan gözlemler ile ispatlanır.

Bilimsel Teori Yasalaşır mı?

Bilimsel teori, gözlenen bir doğa olayıyla ilgili yapılan genellemelerin açıklamasıdır. Bilimsel bir yasa ise, doğ­ruluğu kanıtlanmış varsayım olarak tanımlanabilir. Bi­limsel teoriye; büyük patlama (bing - bang) ve rölativi­te örnek olarak verilebilir. Bilimsel yasaya ise, kütle çe­kimi, kütle ve enerjinin korunumu, termodinamik, ha­reket yasaları örnek olarak verilebilir. Bilimsel teori ve yasalar deneysel desteğe sahip olmalıdır. Fakat bilim­sel teoriler asla yasa olmaz

Hipotez hiçbir kuşkuya yer vermeyecek şekilde doğrulanırsa, evrensel gerçek hâline gelir. Buna kanun (yasa) denir. Hipotez kısmen doğrulanır, tama­men reddedilmezse ve yeni bulgularla desteklenir­se teori (kuram) hâline gelir. Hipotez doğrulanmaz­sa, hipotez değiştirilir ve kalan basamaklar yeniden uygulanır.

Fizikte Modelleme

Çıplak gözle görülmeyen olgu, olay ve kavramların daha iyi anlaşılması için modellemeye ihtiyaç duyulur.

Modelleme, gerçeğe benzer görüntülerin yapılması, senaryoların düzenlenmesi, gerçek bir olaya benzeti­lerek yapılan kopyaların, zihinde tasarlanan olay ve ol­guların gerçek yaşamda canlandırılmasıdır.

Modelleme; görseldir, zaman sınırlamaz, ekonomiktir, güvenilirdir, kontrol edilebilir, hızı ayarlanabilir, test ara­cıdır, tekrarlanabilir, düşündürür, zaman kazandırır. Fizikte bir atomun iç yapısı ile ilgili ortaya konan mo­del, kimya bilimindeki kimyasal değişme konularının daha iyi tanımlanmasına yardımcı olmaktadır.

Atom modelleri, Dünya’nın manyetik alanı, mıknatısın manyetik alanı, elektromanyetik dalgalar, elektrik alan çizgileri vb. modeller, fiziğin daha iyi anlaşılmasını sağ­lar. Bilim adamları çalışmaları ile ilgili değişik modeller hazırlayarak çalışmalarını daha somut hâle getirirler.

 

Fizikte Matematiğin Önemi

Fizik ile ilgili konuların açıklanmasında matematiğin kolaylaştırıcı rolü vardır. Matematik kullanılarak fiziksel olaylar daha basit bir şekilde tanımlanabilir.

Fizikte yapılan deney ve gözlemler ile, ölçmeler sonu­cunda elde edilen veriler kullanılarak üzerinde araştır­ma yapılan nicelikler arasında bağ kurulmaya çalışılır. Değişkenler araştırılır. Defalarca yapılan bu işlemler sonrasında fizik kanunlarının matematiksel bağıntıları­na ulaşılır.

Sayısal verilere ve dolayı­sıyla bu verilerle ifade edi­len matematiksel bağıntıla­ra dayalı olmayan açıkla­malar objektif olmaz. Çün­kü herhangi bir kanun her zaman sınanmaya açıktır. Sınama veya karşılaştırma ise sayılarla olur. Dolayısıy­la fizik kanunlarının mate­matik diline dökülerek çok kolay anlaşılması matema­tiğin fizik bilimine ne kadar önem kattığını gösterir. Ayrıca elde edilen tüm veri ve sonuçların düzenlenme­sinde matematiğin tablo modelinden yararlanılır. Ve son olarak grafik modeli yardımıyla çizilen grafikler, sonuçların analiz edilmesinde kolaylık sağlar.

Fizikte kullanılan formüller de bir model olarak ka­bul edilebilir.

Matematik, bilimin kullandığı ortak bir dildir. Bilimin ve teknolojinin gelişmesiyle büyük miktarlardaki bilgiyi ve veriyi doğru analiz edebilmek için matematik, çok önemli hâle gelmiştir. Günümüzde Nano - teknolojinin 1 metrenin bir milyarda biri boyutlarda araştırma ve projeler yaptığını düşünecek olursak hesaplamaların ne kadar hassas ve dikkatli yapılması gerektiği ve ma­tematiğin ne kadar önem kazandığı daha iyi anlaşılır. Unutulmamalıdır ki matematik bir bilim değil dildir. 

Fizik ve Teknoloji

Fizik bilimi ile teknoloji arasında sıkı bir ilişki vardır. Bi­lim ve teknoloji birbirini tamamlar. Bilimsel çalışmalar­la uygulamaya yönelik bilgiler üretilir. Bu da teknolojik ilerlemeye neden olur. Teknolojik gelişmelerde bilim­sel araştırmaların daha iyi şartlarda yürütülmesini sağ­lar. Dolayısı ile bilimsel gelişmelere hız kazandırır. O halde fizik bilimi birçok teknolojik gelişmeye yol açar­ken diğer taraftan teknolojideki standartların yüksel­mesi de fizik bilimine katkıda bulunur.

Bilimin gelişmesinde ve bilgi artışında etkili olan faktör teknolojik gelişmelerdir. Teknoloji bilimsel çalışmalar­da elde edilen bilgilerin insan yaşamına aktarılmasıdır. Fizikteki buluşlar teknolojideki gelişmeleri, teknoloji­deki gelişmeler de insanın yaşam kalitesini artırır.

Örneğin uzayın ince­lenmesi ile ilgili yapılan ilk teleskopun yerini günümüzde Hubble teleskopu almıştır. Za­man içinde optik bili­miyle ilgili ortaya ko­nan bilimsel bulgular kullanılarak daha yük­sek kalitede teleskop­lar üretilmiştir. Bu te­leskoplar sayesinde, evrende farklı güneş sistemleri olduğu, ev­rende çekim gücü çok fazla olan ve ışığı dahi yutan kara deliklerin bulunduğu, bazı yıldızlardan gelen ışık ışınlarının ışık hızından daha yüksek hızlarla hareket ettiği keşfedilmiştir.

Vücudumuzun çalışmasında, içinde bulunduğumuz çevrede ve yaşantımızda fizik ilke ve yasalarının birçok yansımaları bulunmakladır. Fizik, ışığın kırılması, yansıması gibi ışık olayları, titreşim ve dalga oluşumu, sürtünmeler, hareket ve enerji, cisimlere etkiyen yerçe­kimi kuvveti ile cisimlerin yere düşmesi, elektrik, ısı gi­bi günlük yaşamımızda sürekli karşı karşıya bulundu­ğumuz daha birçok olayla ilgilenir.

Örneğin; burnumuz termodinamik yasalarına göre, kalbimiz elektrik ve mekanik yasalarına göre, beynimiz elektrik yasalarına göre, damarlarımız basınç ve dina­mik yasalarına göre, elimiz mekanik ve termodinamik yasalarına göre, gözlerimiz optik yasalarına göre çalı­şır. Nefes alıp vermemiz yine akışkanların basıncı ile gerçekleşen fiziksel bir olaydır. Bu gerçek bilindiği için, dağcılar buna göre önlemlerini alırlar.

Ayrıca özellikle fiziğin teknolojik alandan günlük ya­şantımızı etkileyen uygulamaları vardır. Örneğin;

• Sıvıların kaldırma kuvveti, gemilerin yüzdürülmesi sayesinde, yük ve insan taşımacılığında önemlidir.
• Hidroelektrik santrallerde, termik santrallerde, nük­leer santrallerde fizik ilke ve yasalarından yararla­nılarak elektrik üretimi gerçekleştirilir.
• Günlük hayatımızı kolaylaştıran cep telefonları, bil­gisayarlar, fotoğraf makineleri, televizyonlar fizik il­ke ve yasalarından yararlanılarak yapılır.
• Mikrodalga, lazer ve nano teknoloji fiziğin ilgi ala­nındadır. Bu alanlardaki ürünler günlük hayatımıza renk katıp kolaylaştırmaktadır.
• Manyetizma alt alanının ilgi alanında olan elektrik motorları ve pusulanın yaşantımıza katkısı çok bü­yüktür.