Fizik ve fiziğin temel konuları ile ilgili hikaye. Fiziğin temel konuları olan maddenin 3 hali, birimler, iş, güç ve enerjinin konu edinildiği fizik hikayesi.
Tekin hem odada geziniyor, hem de ablasına soru yağdırıyordu:
“Demek ki fizik maddelerin özelliklerini inceleyen bir bilim dalıdır. Bu özelliklere fiziksel özellikler diyoruz. Çünkü cisimlerin bir de kimyasal özellikleri vardır, onu da kimya bilimi inceler. Fizik maddeleri incelediği gibi, çevremizdeki birçok olayın, daha doğrusu doğa olaylarının nasıl, neden olduğunu da açıklar. Bu olayların yasa’larını (kanunlarını) koyar.”
“Evet, Tekin. Birkaç tane de örnek verebilir misin?”
“Elbette. Yağmuru ele alalım. Biz fizik bilirsek yağmurun nasıl yağdığını kolayca açıklarız. Bunun gibi bir cismin ısıtılması, kimi cisimlerin saydam, kimilerinin de saydamsız olması sonunda neler olur biliriz.”
“Buradan şu sonucu da çıkarabiiriz değil mi? Fizik de bütün diğer pozitif bilimler gibi belli bir yöntem kullanır. Bunu adım adım anlatayım: Bir fizik bilgini düşünelim. Bu bilgin, önce, ele aldığı olayı birçok kez gözler. Bu gözlem dönemidir. Değişik ortamlarda, değişik koşullar altında o olay nasıl oluyor iyice saptar. Ondan sonra o olayı yapay olarak tekrarlamaya sıra gelir. Bu da deney dönemidir. Deney genellikle laboratuvarda yapılır. Bilim adamı olayı laboratuvarında birçok kez tekrarlar, gene gözlem yapar. Yalnız, bu kez her tekrar edişinde olayın koşullarını değiştirir, böylece o olayın nelere, nasıl bağlı olduğunu anlamaya çalışır. Bu dönem de bitince artık iş yasa koyma’ya. kalmıştır. Yasa o koşullar sağlanınca mutlaka o olayın tekrarlanacağını belirleyen bir yargıdır. Onun için de geneldir. Örneğin biz an suyun, deniz kıyısında 0 (sıfır) santigrat derecesinde donduğunu, yani buz haline geldiğini biliriz değil mi? Bu her zaman böyle olur.”
Tekin: “Nasıl her zaman?” deye sordu.
— “Yukarda sözünü ettiğim koşullar sağlanırsa, yani arı su deniz kıyısına götürülürse, ortam sıcaklığı da 0 santigrat derecesi ise su mutlaka katılaşır.
Fizik yasalara böyle kesindir, hiç şaşmaz.”
“Suyun donmadığı hiç olmaz mı yani?”
“Hiç olmaz; mutlaka donar. Donmuyorsa, koşullardan biri, ya da birkaçı değişik demektir. İşte fizik ele aldığı olayları hep böyle kesin yasalara bağlamaya çalışır. Çoğunlukla da her fizik yasası bir formülle anlatılır. Biliyorsun: Bir cismin ağırlığı hacmi ile özgül ağırlığının çarpımına eşittir, değil mi? Bunu böyle sözle anlatacağımıza, her fiziksel büyüklüğü bir harfle gösteririz, P = VxD şeklinde yazarız. Burada P ağırlık, V hacim, D özgül ağırlık anlamına gelir.”
CİSİMLERİN ÜÇ HALİ
Tekin’in aklına bir şey gelmişti.
“Cisimler, doğada, üç halde bulunurlar değil mi, abla? Katı halde, sıvı halde, bir de gaz halinde.”
“Evet, Tekin. Biz bunlara katı, sıvı, gaz cisimler deriz. Şöyle çevremizi bir gözden geçirirsek hemen örnekler buluruz. Genellikle, kullandığımız eşyalar katı haldedir; üzerine oturduğumuz iskemle, yazdığımız kalem, evimizin duvarları gibi. İçtiğimiz su, meyve suları ise, adı üstünde, sıvı cisimlerdir. Gaz cisimlere gelince, sigara içen birini düşünelim. Üflediği duman gaz halinde bir cisimdir.”
“Öğretmen havanın da gaz olduğunu söyledi?”
“Evet. O da gazdır elbette. Ama, onu gözümüzle pek göremeyiz. Var olduğunu başka türlü anlarız, örneğin, rüzgâr, havanın yer değiştirmesiyle, yani hareket etmesiyle ortaya çıkar, biliyorsun. Şimdi ben sana bir şey sorayım: Cisimlerin, hangi halde olurlarsa olsunlar, değişmeyen nitelikleri vardır, nelerdir onlar, söyleyebilir misin?”
GAZOZ NEDEN KOPURUR?
“Bütün cisimlerin bir ağırlığı vardır, bu bir. İkincisi, her cisim uzayda bir yer kaplar. Yalnız, bu, cismin bulunduğu hale göre değişir. Katı cisimlerin kapladığı yer, yani hacim’leri için “değişmez” deyebiliriz. Evet, sıcaklık bu hacmi biraz değiştirir ama, bu değişme pek önemli değildir. Aynı durum sıvı cisimler için de söz konusudur. Gaz cisimlerin sabit bir hacimleri yoktur. Bir gazı, küçük bir gazoz şişesine doldursak, sonra aynı miktar gazı çok daha büyük bir kaba aktarsak, gaz her iki kabı da silme doldurur. Çünkü gazların genişleme, içine kondukları kabı doldurma özellikleri vardır. Yalnız, büyük kaptaki bir gazı küçük gazoz şişesine doldururken onu sıkıştırırız.”
“Aferin sana! Peki, öyleyse söyle bakayım? Bir gazoz şişesini açınca gazoz neden köpürür?”
“Çünkü şişeye gazozla birlikte basınçla bir gaz da doldurulmuştur. Biz şişenin kapağım açınca gaz, genişlemeye yer bulduğu için, genişler, genişlerken gazoz kabarcıkları oluşturur, biz de buna gazoz köpürdü deriz.”
“Çok güzel. Başka bir konuya geçebiliriz şimdi: Fizikte birim neden çok önemlidir?”
BİRİMLER
“Fizik doğada uygulanabilen somut bir bilim dalıdır da ondan. Biz aritmetikte, 3; 846; 12.589 gibi sayılardan söz edebiliriz. Bunlar soyut büyüklüklerdir. Ama günlük yaşamımızda olsun, onun bilim dalı demek olan fizikte olsun bu sayılar bir anlam taşımaz. Yalnız, ben “8 metre”, “2,5 kilogram”, “5 saniye” dersem, hangi büyüklüğü anlatmak istediğimi kesinlikle belirlemiş o-lurum. O zaman bu değerler fizik bakımından bir anlam kazanır. Biz matematikte bir problemin sonucunu bazı durumlarda yalnız sayı olarak bulabiliriz. Fizikte ise, bulduğumuz sayının yanına birimini de mutlaka yazmamız gerekir, yoksa problemi çözmüş olmayız.”
“Çok doğru, Tekin. Dediğin gibi, fizikte her büyüklüğün bir de birimi Vardır. Bu birimler de aralarında kümelenmiş, bölümlere ayrılmış, her büyüklük için bir ana birim seçilmiştir, örneğin uzunluk birimi metre (m.), alan birimi metre kare (m2), hacim birimi metre küp (m3), zaman birimi saniye, ağırlık birimi kilogram (kg) dır. Bir de bu ana birimlerin katları, askatları vardır. Günlük yaşamda, ya da bilimsel, teknik araştırmalarda, gereğine göre başka birimler de kullanılır. Günlük yaşamımızda, bir hacim birimi olan litre’ yi çok kullanırız örneğin.”
“Peki ama, abla, litre ağırlık ölçüsü değil mi?”
“Şaşırmakta haklısın, kardeşim. Yalnız, şu var. Sütçünün elindeki ölçeği düşün. Sütün ağırlığını ölçer mi süt verirken, ölçmez değil mi? Ne yapar? Sütü, elinde hacmi önceden bilinen kaba boşaltır, sonra senin evden verdiğin kaba aktarır; yani, sütün hacmini ölçmüş, sana, istediğin gibi, bir, iki, ya da yarım litre hacminde süt vermiş o-lur. Genellikle böyledir bu. Sıvılarda, ağırlıktan çok, hacim ölçüsü kullanılır.”
“Evet, biliyorum 1 litre 1 desimetre küp (dm3) demektir.”
ÖZGÜL AĞIRLIK
“Şimdi sana bir problem soracağım, iyi dinle: Elimizde 1 litrelik bir kap var; deyelim, sütçünün kabı. Bu kabı önce sütle dolduruyorum, sonra da suyla. Sonra her iki sıvıyı ayrı ayrı tartıyorum. Hangisi daha ağır olur?”
“Onu bilmeyecek ne var! Elbette süt ağır olur.”
“Neden?”
“Süt sudan daha ağırdır da ondan.”
“Fizik bilen biri gibi konuşuuyorsun ama, Tekin. Fizikte bu durum başka türlü anlatılır, ne denir?”
“A, evet, şöyle demem gerekiyordu: Sütün özgül ağırlığı suyun özgül ağırlığından daha büyük olduğu için, 1 litre süt 1 litre sudan daha ağırdır.”
“Evet, böyle söylemen gerekir işte. Bir daha unutma! Şimdi, özgül ağırlığı da şöyle kısaca bir anlatıver.”
“Birim hacimdeki bir cismin a-ğırlığına o cismin özgül ağırlığı denir. Buna göre, özgül ağırlık birimi = (eşittir) ağırlık birimi + (bölü) hacim birimi. Hacim birimi olarak cm3, ağırlık birimi olarak da gram (gr) alırsak, özgül ağırlık birimi gr.cm3 olur. Yalnız, bir de yoğunluk var. Yoğunlukla özgül ağırlık aynı şey değil, öyle değil mi?”
“Evet, Tekin; yalnız, ikisi arasındaki ayrımı anlamak senin için şimdilik çok güç. ileride göreceğiz.”
“Peki, abla. Biraz da kuvvet, iş, güç, enerji’den söz edelim.”
“Peki. Soracağın bir şey var mı?”
KUVVETİN DÖRT ELEMANI
“Ben bir özetleyeyim, sen de dinle bakalım, yanlışım var mı? Bir cismi yerden kaldırmış, harekete geçirmiş, ya da hareketinin yönünü, doğrultusunu, hızını değiştirmişsek o cisme bir kuvvet uygulamışızdır. Kuvvet uygulanmadan bu saydıklarımdan hiçbiri gerçekleşmez. Bir kuvvetin 4 elemanı vardır: 1) Uygulama noktası, 2) Doğrultu, 3) Yön, 4) Şiddet. Kuvveti ölçmek için kullanılan ölçü aletine dinamometre deriz. Her cismin ağırlığı vardır, ağırlık da kuvvettir. Kuvveti bir doğru parçasıyla gösteririz. Bir noktaya çeşitli kuvvetler uygulanıyorsa, bu kuvvetleri bir tek kuvvete indirgeyebiliriz. Bu kuvvete bileşke, bütün kuvvetlere de bileşen kuvvet denir.”
“Tamam, şimdi ötekilere geç artık.”
İŞ, GÜÇ NEDİR?
“Bir noktaya uygulanan bir kuvvet iş yapar. Bunu bulmak için noktanın, ya da cismin hareketi sonucu aldığı yolun uzunluğuyla kuvvetin şiddetini çarparız. Bir kuvvetin birim zamanda yaptığı işe güç denir. Örneğin güçlü bir insan, güçsüz bir insandan daha çok ağırlık kaldırabilir. Bir cismin, bir sistemin, ya da bir insanın iş yapabilme yeteneği varsa, enerjisi var demektir. Ben şimdi kalkıp şu kitabı kaldırabilirim, öyleyse benim enerjim vardır. Yeryüzünde ne oluyorsa enerji ile olmaktadır. Enerji kullanmadan, yani bir kuvvet uygulamadan hiçbir iş yapılamaz. Bir iş yapmak için enerji kullanınca o enerji yok olmaz, şekil değiştirir. örneğin kömür yakarız, yani kömürden kimyasal enerji alırız; bu, ısı enerjisine dönüşür, biz de ısınırız.”
Tekin ablasının anlattıklarını iyice kavramıştı. Teşekkür etti, gitmek üzere ayağa kalktı. Ablası sordu:
“Şimdi sen ne yapıyorsun?”
“Yürüyorum, yani bir iş yapıyorum.”
“Güzel! Bir iş yapabildiğine göre sende ne var?”
“Enerji var.”
“Aferin, Tekin, iyi Öğrenmişsin.”
