Bu Blmde Neler reneceiz Bu blmde fen bilimlerinde
Bu Bölümde Neler Öğreneceğiz? Bu bölümde, “fen bilimlerinde ölçme, büyüklükler ve birim sistemleri”, “madde ve özellikleri”, “kuvveti tanıyalım”, “elektrik”, “ışık”, “ses” ve “ısı ve sıcaklık” konuları üzerine durulacak ve örnek problemlerle desteklenecektir.
Fizik Bilimi Nedir? Fizik, en eski ve madde ile enerji arasındaki etkileşimi inceleyen bir bilim dalıdır. Temel amacı, doğayı incelemek ve doğal olayları anlamaktır. Newton Einstein
NÜKLEER FİZİK Atom çekirdeğinin yapısını, çekirdek reaksiyonlarını ve radyoaktif bozunmaları inceler KATI HAL FİZİĞİ Katı maddenin yapısını, katı maddenin optik, elektrik, manyetik, esneklik ve ısıl özelliklerini inceler. OPTİK Işığın oluşturduğu gölge, aydınlanma, yansıma, kırılma, renklenme gibi olayları inceler. MEKANİK Cisimlerin hareketini, hareket ile kuvvet arasındaki ilişkiyi ve bu etkileşimden oluşan enerjiyi inceler. ELEKTRİK Atomda bulunan parçacıkların taşıdığı elektrik yüklerinin oluşturduğu elektrik alan, elektriksel kuvvet ve yüklerin hareketlenmesi sonucu oluşan elektrik akımını inceler. MANYETİZMA FİZİK ATOM FİZİĞİ Atomun yapısını ve atomların birbirleriyle etkileşimlerini inceler. Mıknatısların ve elektrik akımının oluşturduğu manyetik alanı, manyetik kuvveti ve ayrıca dünyanın etrafında oluşan manyetik alanı inceler. TERMODİNAMİK Isı enerjisini, ısı enerjisinin madde içinde yayılmasını ve ısının maddeyle etkileşimini inceler.
1. Fen Bilimlerinde Ölçme, Büyüklükler ve Birim Sistemleri Ölçme Doğrudan ölçme Dolaylı ölçme Türetilmiş ölçme
Uluslararası Birim Sistemi (SI) 1960 yılında toplanan Uluslararası Birim Kurulu, aşağıdaki tabloda belirtilen büyüklükleri temek büyüklükler olarak belirlemiştir. Fiziksel Büyüklük Uzunluk Kütle Zaman Elektrik akımı Termodinamik sıcaklık Cismin çokluğu Aydınlanma şiddeti Birimi Metre Kilogram Saniye Amper Kelvin Mole Candela Simge m kg s A K mol cd
2. Madde ve Özellikleri Madde
Katı, Sıvı ve Gaz Maddelere Bazı Örnekler KATI TAHTA KUM TAŞ BETON ŞEKER BUZ TOPRAK MADDELER SIVI SU YAĞ ALKOL KOLONYA SÜT İSPİRTO GAZ YAĞI GAZ HAVA HİDROJEN OKSİJEN AZOT HAVA GAZI KARBONDİOKSİT HELYUM
Maddelerin Ortak Özellikleri Eylemsizliğe uyma Hacme sahip olma Kütleye sahip olma Boşluklu yapıya sahip olma
Maddelerde Ayırt Edici Özellikler AYIRT EDİCİ ÖZELLİK KATI SIVI GAZ ÖZKÜTLE (YOĞUNLUK) + + + ÇÖZÜNÜRLÜK + + + ÖZISI + + + ERİME NOKTASI + - - KAYNAMA NOKTASI - + - YOĞUNLAŞMA NOKTASI - - + GENLEŞME + + - ESNEKLİK + - -
Maddelerin Gözlemlenebilir Özellikleri • Sertlik ve Yumuşaklık • Esneklik ve Kırılganlık • Pürüzlü ve Pürüzsüz • Renkli ve Renksiz • Kokulu ve Kokusuz • Tat
3. Kuvveti Tanıyalım Kuvvet Cisimlerin hareket durumlarını veya şekillerini değiştirebilen etkiye kuvvet denir. Dinamometre ile ölçülür. Örneğin, 10 N ağırlığındaki bir cisim dinamometre yayında 1 cm’lik uzama yaratıyorsa, 40 N ağırlığındaki bir cisim aynı dinamometrenin yayını 4 cm uzatacaktır. Ağırlık da bir kuvvet olduğundan, kütlesi m olan bir cismin ağırlığı, G = mg bağıntısı ile hesaplanır. Buradaki g yer çekimi ivmesi olup ölçümün yapıldığı yere göre değişebilmektedir.
Kuvvetin Etkileri • Kuvvetin itme ve çekme etkisi M = F. d • Kuvvetin döndürme etkisi • Kuvvetin şekil değiştirme etkisi F • Kuvvetin harekete geçirme ve hızlandırma etkisi Hareket yönü F • Kuvvetin yön değiştirme etkisi F Ha r ek et Sağ tarafa hızlanan hareket yapar F • Kuvvetin yavaşlatma ve durdurma etkisi yö nü Hareket yönü Sağ tarafa yavaşlayan hareket yapar
Hareket İle İlgili Bazı Kavramlar Konum Yer değiştirme ∆X = Xson – Xilk Sürat ve hız İvme Sürat = Alınan Yol / Geçen Zaman a = ∆V / ∆t V = ∆X / ∆t
Newton’un Hareket Kanunları Daha önceleri Galileo ile başlayan bu serüven birçok bilim insanı ile devam etmiş ve 1686 yılında Isaac Newton’un “Tabi Bilimlerin Matematik Prensipleri” adlı kitabında prensiplerle yazılmıştır. Bunlar: • 1. Kanun (eylemsizlik prensibi) • 2. Kanun (temel prensip) • 3. Kanun (etki-tepki prensibi)
1. Kanun (Eylemsizlik Prensibi)
2. Kanun (Temel Prensip) F 1/a 1 = F 2/a 2 = F 3/a 3 = … = sbt = m. K
3. Kanun (Etki-Tepki Prensibi)
Sürtünme Kuvveti Statik Sürtünme Kuvveti Kinetik Sürtünme Kuvveti • DURAN CİSİMLERE ETKİ EDEN STATİK SÜRTÜNME KUVVETİ, CİSMİ HAREKE GEÇİRMEYE ÇALIŞAN KUVVETİN BÜYÜKLÜĞÜNE EŞİT OLCAĞINDAN DEĞİŞİKLİK GÖSTEREBİLİR. YANİ STATİK SÜRTÜNME KUVVETİ SABİT DEĞİLDİR. KİNETİK SÜRTÜNME KUVVETİ İSE HAREKET HALİNDEKİ CİSME UYGULANDIĞI İÇİN MAKSİMUM SÜRTÜNME KUVVETİ DE DENİR VE YÜZEYİN EĞİMİ DEĞİŞMEDİĞİ SÜRECE SABİTTİR. SÜRTÜNME KUVVETİNİN TEMEL FORMÜLÜ, Fs = k. N veya Fs = µ. N
4. Elektrik Kuvveti Elektrik yüklü cisimler birbirine elektrik kuvveti uygularlar, aynı yüklü cisimler birbirini iterler, farklı yüklü cisimler birbirini çekerler. Elektrik kuvveti F=k. q. q/d 2 denklemi ile tanımlanır. Elektrik Alan Elektrik yüklerinin birbirine itme çekme etkisi uyguladıkları bir alan vardır ve bu etki alanına Elektrik Alan denir. Elektrik alan E=kq/d 2 denklemi ile tanımlıdır.
Elektrik Akımı Temel olarak iletken madde içinde serbest elektronların hareket (akış) yönleri ile Elektrik Akımı yönleri birbirlerine terstir. Elektrik Akım birimi (Fransız bilim insanı Andre-Marie Ampere anısına) Amper olarak isimlendirilir ve A ile gösterilir. Elektrik Akımı I ile gösterilir ve birim alandan birim zamanda geçen yük miktarı olarak tanılanır. Teknolojide Doğru Akım (DC) ve Alternatif Akım (AC) kullanılmaktadır. Elektrik Gerilimi Gerilim, akımın oluşması için elektronları hareket ettiren enerjidir. Bir elektrik yükünün uzayda iki nokta arasında veya bir iletkenin iki ucu arasında taşınması için gerekli olan enerjiye gerilim denir. Ohm yasası V= I x R
Basit Elektrik Devreleri ve Devre Elemanları Basit elektrik devresi; ampul, anahtar, duy, iletken kablo, pil ve pil yatağı gibi elemanlardan oluşur.
Elektrik Devreleri Açık devre Bir elektrik devresinde anahtar açık olduğu için veya elektrik enerjisi akımı yolunda bir kopukluk olduğu için elektrik enerjisi kaynağından alıcı devre elemanına elektrik enerjisi akımı akıtılamıyorsa ilgili devre açık devre olarak isimlendirilir. Kapalı devre Bir elektrik devresinde anahtar kapalı, iletkenler ve bağlantıları sağlam, elektrik enerjisi kaynağından alıcı devre elemanına elektrik enerjisi akımı akıyorsa ve kaynağa geri dönüyorsa ilgili devre kapalı devre olarak isimlendirilir.
Kısa devre
Seri bağlı devrede devre elemanlarının eşdeğer direnci ilgili devre elemanlarının dirençlerinin toplamına eşittir. Reş = r 1 + r 2 + r 3 + r 4 + … Seri bağlı devrede direnci olan her bir devre elemanının üzerinden aynı miktarda elektrik enerjisi akımı geçer. Iana kol = i 1 = i 2 = i 3 = … Seri bağlı devrede toplam gerilim her bir devre elemanının uçlarındaki gerilim farklarının toplamına eşittir. Vtoplam = V 1 + V 2 + V 3 + …
Paralel bağlı devrede devre elemanlarının eşdeğer direnci 1/R, ilgili devre elemanlarının dirençlerinin 1/r 1 1/r 2 1/r 3 1/r 4 oranında toplamına eşittir ve aşağıdaki denklem ile verilir. 1/Reş = 1/r 1 + 1/r 2 + 1/r 3 + 1/r 4 + … Paralel bağlı devrede direnci olan her bir devre elemanının üzerinden farklı miktarda elektrik enerjisi akımı geçer. Elektrik enerjisi sağlayıcıdan gelen elektrik akımı devre elemanlarının üzerinden geçen akımların toplamına eşittir. Iana kol = i 1 + i 2 + i 3 + i 4 + … Paralel bağlı devrede toplam gerilim ve her bir devre elemanının uçlarındaki gerilim birbirlerine eşittir. Vtoplam = V 1 = V 2 = V 3 = V 4 = …
Mıknatıs Demir, nikel ve kobalt içerikli maddeleri temas etmeden çekebilen manyetik kutup özelliğine sahip cisimlere mıknatıs denir. Manyetit adı verilen demir oksit (Fe 3 O 4) bileşiği dünyanın değişik yerlerinde bulunabilen doğal mıknatıstır. Mıknatısın kutupları Manyetik malzemeden yapılan pusula iğnesinin coğrafi kuzeyi gösteren ucuna kuzey kutbu (N), güneyi gösteren ucuna güney kutbu (S) denilmektedir. Tek kutuplu mıknatıs yoktur, bir mıknatısı bölündüğünde iki tane küçük ama kuzey ve güney kutupları olan mıknatıs oluşturulmuş olur. Kaç kere bölünürse bölünsün her seferinde iki mıknatıs oluşturulmuş olur.
5. Işık Işığın doğasının elektromanyetik dalga biçiminde olduğunu James Clerk Maxwell 1864 yılında fark etti. Dolayısıyla ışık dalga biçimine sahiptir ve bilinen bir hızı (boşlukta ışık hızı 2. 998 x 108 m/s), dalga boyu ve frekansı vardır.
Doğal ve Yapay Işık Kaynakları Doğal ışık kaynakları bilimsel anlamda güneş gibi, kendi ürettiği enerjiyi ışıma yaparak tüketen varlıklardır. Dişi ateş böceği, Hawai mürekkep balığı, Mycena Lux-Coeli isimli ağaç mantarı, Panellus isimli mantar, Atolla Wyvillei isimli denizanası, Aequorea Victoria isimli kristal denizanası gibi kendi ürettiği enerji ile ışıma yapan doğal ışık kaynağı canlılar çevremizde yaşam sürmektedirler. Çoğunlukla geceleri kullanılan geliştirilmiş aydınlatma araçları ise yapay ışık kaynaklarıdır. Ateş, meşale, kandil, yağ lambası, mum, gaz lambası, akkor halojen ampul, floresan lamba, LED lamba gibi.
Aynalar Düzlem aynalar Küresel aynalar Çukur aynalar Tümsek aynalar
Düzlem aynalar Işığı yansıtan yüzeyi düz olan malzemeye düzlem ayna denir. Çoğunlukla bir camın tek tarafı sırlanarak yapılır. Ayrıca parlak yüzeyli malzemeler de düzlem ayna gibi ışığı yansıtırlar.
Küresel aynalar Küresel bir camın iç veya dış yüzeyinin sırlanması ile oluşturulan aynalara küresel ayna ismi verilir. Benzer şekilde küresel parlak malzemeler de küresel aynalar gibi ışığı yansıtırlar. Kürenin iç yüzeyi sırlanıp dış yüzeyi yansıtıcı olarak kullanılırsa tümsek ayna veya dışbükey ayna şeklinde ifade edilir. Kürenin dış yüzeyi sırlanıp içi yüzeyi yansıtıcı olarak kullanılırsa çukur ayna ya da içbükey ayna olarak isimlendirilir.
Mercekler Bir küresel yüzey ile bir düzlem yüzey arasında kalan veya iki küresel düzlem arasında kalan saydam araçlara mercek denilmektedir. İki düzlemin birleşerek oluşturduğu merceklerin; uç kısımları (kenarları) orta kısımlarından daha ince ise bu merceklere ince kenarlı veya yakınsak mercek ismi verilmektedir. Benzer şekilde kenarları (uç kısımları) orta kısımlarından daha kalın olan merceklere ise kalın kenarlı veya ıraksak mercek denilmektedir.
Işık Prizmaları Üçgen kesitli çoğunlukla camdan yapılan saydam prizmalara ışık prizması adı verilmektedir. Beyaz ışık demeti prizmayı geçtikten sonra bir perde üzerine düşürüldüğünde oluşan renk demetine beyaz ışığın spektrumu denir.
6. Ses Maddesel ortamlarda titreşen cisimlerin oluşturduğu dalga hareketi ses olarak bilinir. Titreşen bir cisim tarafından oluşturulan ses, dalgaların iletilebileceği maddesel ortamlarda yayılıp, alıcı tarafından algılanır. Ayrıca titreşim dalgaları olan ses boşlukta yayılmaz. Ses şiddeti Titreşen bir cismin oluşturduğu ses dalgalarının farklı mesafelerde bulunan alıcılar tarafından duyulmasını sağlayan özelliğe sesin şiddeti (sesin gürlüğü) denilmektedir. Sesin şiddeti doğrudan ses dalgasının genliği ile ilişkilidir. Genlik ses dalgasının tepe noktası ile çukur noktası arasındaki düşey uzaklığın yarısıdır.
Seste tını Farklı kaynaklar titreşirken oluşan, aynı sesin ayırt edilebilir farklılığına o sesin tınısı denir. Ses yankısı Ses dalgalarının sert bir yüzeyden yansıyıp kaynağına geri dönmesine yankı denir. Sesin frekansı Ses dalgalarının frekansı, bir saniyedeki titreşim sayısı olarak tanımlıdır ve birimi Hertz’dir. Hz ile gösterilir. İnsan kulağı frekans sayısına göre de bir hassaslığa sahiptir; yani kulağımız 20 Hz ile 20000 Hz (20 k. Hz) arasındaki ses dalgalarını algılayabilir. Dalga boyu ile dalga frekansı ters orantılıdır, biri büyüdükçe diğeri küçülür.
Seste yükseklik (Ses perdesi) Ses kaynaklarının ürettiği ses dalgalarının yüksekliği frekans ile belirlenir. Genlikleri (ses şiddetleri) enerjileri aynı olmasına rağmen dalga boyları ve frekansları farklı olması durumunda seslerin yüksekliği de farklı ocaktır. Sesin yüksekliğine ses perdesi de denilmektedir. Ses dalgalarında titreşim hızı frekansın artması ile sesin yüksekliği artar buna bağlı olarak duyulan ses ince çıkar, titreşim hızı frekansın azalması durumunda ses kalın duyulur. Seslerin yüksekliği ince ses veya kalın ses olarak işitilmelerini belirlemektedir. Yüksekliği fazla olan sesler ince ses (tiz ses), yüksekliği az olan sesler kalın ses (pes ses) olarak isimlendirilir.
7. Isı ve Sıcaklık Bu iki kavram günlük hayatta zaman yanlış şekilde kullanılmaktadır. Isıtılan maddelerin, hal değişimi olmadığı sürece, sıcaklığı artar; soğutulan maddelerin ise sıcaklığı azalır. Isı ile sıcaklık kavramları birbiri ile ilişkili, fakat farklı kavramlardır. Bu iki kavram birbirine karıştırılmamalıdır. “Havanın ısısı 20 OC’dir” yanlış kullanılan bir ifadedir. Doğrusu, “Havanın sıcaklığı 20 OC’dir” olmalıdır. Isı ile sıcaklık aynı nicelik değildir. Fakat sıcaklığın değişmesi için ısı alışverişinin olması şarttır.
Sıcaklık ölçümü ve termometreler • CELCIUS (SANTİGRAD OC): SAF SUYUN DONMA SICAKLIĞINI 0 O, SAF SUYUN KAYNAMA SICAKLIĞINI 100 O KABUL ETMİŞTİR. • FAHRENHEIT (OF): SAF SUYUN DONMA SICAKLIĞINI 32 O, SAF SUYUN KAYNAMA SICAKLIĞINI 212 O KABUL ETMİŞTİR. • KELVIN (OK): SICAKLIKLAR İÇİN BAŞLANGIÇ NOKTASINI -273 OC KABUL ETMİŞ VE BÜTÜN SICAKLIK DERECELERİNİ POZİTİF SAYILARLA İFADE ETMİŞTİR. BU ÖLÇEKTE SICAKLIK İÇİN SIFIR, MUTLAK SIFIRDIR. BUNDAN DOLAYI BU ÖLÇEĞE MUTLAK SICAKLIK ÖLÇEĞİ DE DENİR. YAPILAN ARAŞTIRMALAR HİÇBİR MADDENİN -273 OC’DE MOLEKÜLLERİNİN TİTREŞEMEDİĞİNİ GÖSTERMEKTEDİR. BU SEBEPLE BU ÖLÇEĞE GÖRE MUTLAK SIFIR VARDIR. BU ÜÇ TERMOMETRE ARASINDAKİ İLİŞKİ AŞAĞIDAKİ GİBİDİR: C/100 = (F-32)/180 = (K-273)/100
Isının Maddeler Üzerindeki Etkisi Genleşme KATILARDA BOYCA UZAMA MİKTARI, KATININ İLK BOYU İLE, KATININ BOYCA UZAMA KATSAYISI İLE VE SICAKLIK DEĞİŞİMİ İLE DOĞRU ORANTILIDIR. ∆�� = ��. ∆T 0. �� KATILARDA YÜZEYCE GENLEŞME MİKTARI, KATININ İLK YÜZEY ALANI İLE, KATININ YÜZEYCE GENLEŞME KATSAYISI İLE VE SICAKLIK DEĞİŞİMİ İLE DOĞRU ORANTILIDIR. ∆S = S 0. ��. ∆T KATILARDA HACİMCE GENLEŞME MİKTARI, KATININ İLK HACMİ İLE, KATININ HACİMCE GENLEŞME KATSAYISI İLE VE SICAKLIK DEĞİŞİMİ İLE DOĞRU ORANTILIDIR. ∆V = V 0. ��. ∆T
Yoğunlaşma (Büzülme) Sıcaklığı azaltılan maddelerin boy, yüzey ya da hacim olarak değişiklik göstermesine yoğunlaşma denir. Genleşmenin tersi durum geçerlidir.
Isı Aktarımı (Isı İletimi)
Bölüm Değerlendirme Soruları 1. 36 km/h hızla hareket eden bir otomobil saniyede kaç metre yol alır? A. B. C. D. E. 36000 100 36 10 1
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21. Mikrafonla şarkı söyleyen bir müzisyen, sesin aşağıda verilen hangi özelliğini artırmaya çalışmaktadır? A. B. C. D. E. Hız Yükseklik Şiddet Frekans Tını
22.
23.
24.
Bölüm Değerlendirme Sorularının Cevapları
- Slides: 69