Fizik

Fiziğin Doğası

Bilim Nedir?

İçinde bulunduğumuz doğal ortamda birçok tabiat olayı ile karşı­laşırız. Şimşek çakma­sı, yıldırım düşmesi, gökkuşağının oluşu­mu, Güneş ve Ay tu­tulması, yıldız kayması, tsunami, depremler bunlardan bazılarıdır. Bu olayların bazıları sık sık gerçekleşirken bazıları nadiren gerçekleşmektedir. Yaşadığımız Dünya’yı ve evreni tanımak için yapı­lan çalışmalar kısaca bi­lim olarak tanımlanabilir, insanoğlunun bu arayışı bilimsel çalışmaların te­melini oluşturmuştur.

İnsanlar önceleri ağır­lıklı olarak yaşamlarını ve sağlıklarını etkile­yen olaylar ile her gün gökyüzünde gördük­leri Güneş ve yıldızlar gibi çevrelerindeki di­ğer tabiat olayları ile ilgilenmişlerdir. Bu ne­denle ilk bilimsel çalışmalar bu alanlarda olmuştur. Böylece tıp, fizik ve astronomi gibi çeşitli bilim dalları doğmuştur. Doğa olaylarından, canlı var­lıklarla ilgili olanları biyoloji, maddenin yapısal özellikleri ile ilgili olanları kimya, mad­denin özellikleri ile bunlar üzerinde gerçekleşen olayla­rı ise fizik konusu içindedir.

Fizik nedir? Neye yarar?

Fizik, madde ve enerji arasındaki etkileşimi inceleyen ve doğada gerçekleşen olaylarla ilgili mantıklı açıkla­malar üretmeye çalışan uygulamalı bir bilim dalıdır. Bu bilimle uğraşan insanlara da fizikçi denilir.

Fizik, çevremizdeki maddi evrende meydana gelen her türden olayın nedenlerini ve nasıl meydana geldi­ğini yani olayları şekillendiren ya da yöneten yasaları inceleyen, araştıran bilim dalıdır.

Astronomide yeni gezegenlerin, yıldızların, galaksile­rin keşfedilmesinde, 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 kovduğu bilgilerden yararlanılmaktadır.

Yaşadığımız dünyayı hatta tümüyle evreni etkileye veya şekillendiren yasalar, fizik yasalarıdır. “Nasıl?” sorusu fizikçileri ilgilendirir. Ancak ‘Niçin?” sorusunun cevabını bulmak oldukça zordur. Örneğin suyun cisimleri kaldırması ile ilgili kuralları ortaya koyan fizikçiler, gemiler ile yapılan taşımacılığa temel oluşturmuşlardır. Ancak fizikçiler hiçbir zaman suyun cisimleri niçin kaldırdığını araştırmaz.

Fizik Neyle İlgilenmez?

Fizik, maddi evre­nin dışındaki hiç­bir şeyle ilgilen­mez. Başka bir ifa­de ile maddi varlı­ğı olmayan hiçbir şeyle ilgilenmez. Duygu dünyamızla ilgilenmez, korku, sevinç, kaygı, üzüntü, ruhlarla ilgilenmez. Maddenin var olmasından önce ne olduğuyla ilgilenmez. Düşüncenin ürettiği kav­ramlarla ilgilenmez. Teoloji ile ilgilenmez. Genel olarak fizik ötesi (metafizik) ile ilgilenmez.

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 modelleme

 

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.