Fizik Biliminin Önemi ve Uygulamaları
İnsanoğlu, temel ihtiyaçlarını gidermek ve doğayı anlamak amacıyla birçok gözlemde bulunmuştur. Çevresindeki olayları yorumlarken bazen taklit etmiş, bazen ise anlayamadığı fenomenler karşısında endişe duymuştur, örneğin şimşek ve yıldırım gibi. Ancak bu endişe, insanın bu olayları daha fazla anlama çabasına yönlendirmiş ve böylece fizik, kimya, biyoloji ve matematik gibi bilim dallarının temelleri atılmıştır. Doğaya duyulan merak, zamanla fizik, kimya, biyoloji gibi çalışma alanlarına ayrılarak fen bilimleri adını almıştır. Bu bilim dallarıyla birlikte matematik, bilimin ortak dili olarak kullanılmaktadır.
Fizik, uzay, zaman, madde ve enerji arasındaki ilişkileri inceleyen, gözlem ve deneye dayalı bir bilim dalıdır. İnsanlar çok eski zamanlardan itibaren makro evreni, yani gezegenlerin hareketlerini, yıldızları, şimşeği ve hava olaylarını merak etmiş ve bu olguları duyular yoluyla açıklama çabasına girişmişlerdir. Bu makro evrenle ilgili sorular zaman içinde bilimsel yöntemlerle birleşerek bilgi seviyesini artırmıştır. Bilim insanları, duyularla algılanamayan mikro evrende gerçekleşen olaylarla ilgili de cevaplar aramış ve bu alandaki çalışmalar “modern fizik” olarak adlandırılmıştır. Makro evrene ait fizik bilgileri ise “klasik fizik” olarak adlandırılır.
Fizik biliminin geniş çalışma alanı nedeniyle birçok alt dalı bulunmaktadır. Bunlar arasında mekanik, optik, elektrik gibi temel konular yer alırken, bilgi seviyesi arttıkça manyetizma, termodinamik, atom fiziği, nükleer fizik, katı-hal fiziği, yüksek enerji fizik ve plazma fiziği gibi dallara ayrılmıştır.
- Mekanik
Mekanik, hareket, kuvvet ve denge ile ilgilenir. Kuvvet etkisinde dengede olan cisimlerle uğraşan bölümüne statik, kuvvet etkisinde hareket eden cisimlerle ilgilenen bölüme dinamik denir. Kinematik ise cisimlere uygulanan kuvvet veya kuvvetin etkisiyle ilgilenmemekte, sadece cisimlerin hareketleriyle ilgilenmektedir.
2. Elektromanyetizma
Fiziksel Niceliklerin Sınıflandırılması
Fizik, doğadaki kanunları inceleyen ve araştıran bir bilim dalıdır. Bu incelemeler için temel yöntemler deney ve gözlemi içerir. Bilimsel çalışmalarda varlık veya olayla ilgili bilgiye ulaşmanın ilk adımı gözlem yapmaktır. Gözlem, nitel ve nicel olmak üzere iki ana kategoriye ayrılır. Duyu organlarıyla yapılan nitel gözlem öznel bir sonuca sahiptir ve kişilere göre değişebilir. Ölçüm aletleriyle yapılan nicel gözlemlerin sonuçları ise objektif ve bilimseldir.
Bilim insanları, gözlem ve deney sonuçlarıyla elde edilen bilgileri daha anlaşılır hale getirmek için ortak bir dil kullanma kararı almıştır. Bu nedenle, 1971 yılında gerçekleştirilen Ölçü ve Ağırlık Konferansı’nda Uluslararası Birim Sistemi (SI Birim Sistemi) kabul edilmiştir.
Fizik biliminde kullanılan nicelikler için farklı sınıflandırmalar yapılabilir. Nicelikler, kendisinden başka bir niceliğin ölçülmesine gerek olmadan ifade edilip edilmeyeceğine göre temel ve türetilmiş; yöne bağlı olup olmamalarına göre de vektörel ve skaler olarak sınıflandırılır.
Temel ve Türetilmiş Büyüklükler
Bilim insanları ölçümleri sonucunda elde ettikleri büyüklükleri gruplandırmak için belirli sınıflar kullanır. Deney veya gözlem sonucu elde edilen bu büyüklükler nitel (öznel) ve nicel (nesnel) olmak üzere sınıflandırılır. Nicel gözlem, ölçü aletleriyle yapılan nesnel ölçümleri içerir ve temel ile türetilmiş büyüklükler olarak iki ana kategoriye ayrılır.
1. Temel Büyüklükler
Kendisinden başka hiçbir miktarın ölçülmesine gerek olmadan ifade edilen büyüklüklere temel büyüklük denir. Tamamı skalerdir. Temel büyüklükler kütle, ışık şiddeti, sıcaklık, akım şiddeti, madde miktarı, uzunluk, zaman olarak sıralanır ve temek büyüklüklerin baş harflerinden oluşan KISAMUZ kısaltması ile daha akılda kalıcı olabilir
2. Türetilmiş Büyüklükler
Türetilmiş büyüklükler kendi başlarına değil birden fazla temel büyüklük veya türetilmiş büyüklük ile ifade edilir. Her türetilmiş büyüklüğün bir tanımlayıcı denklemi vardır. Skaler veya vektörel olabilir.
Örnek vermek gerekirse hız(v) belirli bir zamanda alınan yolun zamana bölümü ile hesaplanır. İki temel büyüklüğün oranı ile hesaplanmış olur.
Hız=metresaniye
| Büyüklük | Birim | Sembol |
|---|---|---|
| Hacim | Metreküp (m³) | V |
| Özkütle | Kilogram per Metreküp (kg/m³) | ρ |
| Hız | Metre/saniye (m/s) | v |
| İvme | Metre/saniye² (m/s²) | a |
| Kuvvet | Newton (N) | F |
| Enerji | Joule (J) | E |
| Güç | Watt (W) | P |
| Elektrik Yükü | Coulomb (C) | q |
| Direnç | Ohm (Ω) | R |
| Basınç | Pascal (Pa) | P |
Skaler ve vektörel büyüklükler, fizik biliminde önemli bir sınıflandırmadır.
- Skaler Büyüklükler:
Skaler büyüklükler, sadece büyüklükleriyle ifade edilen niceliklerdir. Ölçü değeri ve birimiyle tanımlanırlar. Örneğin, 5 litre su dediğimizde, 5 ölçü değerini temsil ederken, litre ölçü birimini gösterir. Skaler büyüklükler, doğrultu ve yön içermezler. Temel aritmetik işlemlerle (toplama, çıkarma) işlenebilirler. Kütle, zaman, uzunluk, hacim, özkütle ve sıcaklık gibi büyüklükler skaler büyüklük örnekleridir. - Vektörel Büyüklükler:
Vektörel büyüklükler, büyüklükleri yanı sıra yönleri ve doğrultuları olan niceliklerdir. Vektörler, başlangıç ve bitiş noktaları, büyüklükleri, doğrultuları ve yönleri ile tanımlanır. Genellikle ok işaretiyle gösterilirler. Örneğin, hız vektörü, bir aracın hızını ve hareket ettiği yönu gösterir. Diğer vektörel büyüklük örnekleri arasında kuvvet, ivme ve momentum bulunur.