Fizik Bilimine Giriş Ders Notu

Fizik, uzay, zaman, madde ve enerji arasındaki etkileşimleri inceleyen, gözlem ve deneye dayalı bir doğa bilimdir. Evrende gerçekleşen mikro boyuttaki atom altı parçacık hareketlerinden, makro boyuttaki galaksilerin hareketlerine kadar pek çok olayın temelinde fizik yasaları yer alır.

🔬 Fiziğin Alt Dalları

Fizik bilimi geniş bir inceleme alanına sahip olduğu için alt dallara ayrılmıştır. Bu alt dallar akılda kalıcılığı artırmak amacıyla KAMYONET kısaltmasıyla kodlanabilir:

• Katıhal Fiziği: Kristal yapıdaki katı maddelerin mikroskobik özelliklerini, iletkenlik ve manyetik durumlarını inceler. (Örn: Yarı iletkenler, LED teknolojisi, bilgisayar çipleri)
• Atom Fiziği: Maddenin atomik düzeydeki yapısını, atomların birbiriyle olan etkileşimlerini ve molekül yapılarını inceler. (Örn: Nanoteknoloji, lazer)
• Mekanik: Kuvvet, hareket ve denge arasındaki ilişkileri inceler. Statik (denge), Kinematik (hareket) ve Dinamik (kuvvet-hareket) olmak üzere üç ana bölüme ayrılır. (Örn: Gezegen hareketleri, köprü yapımı)
• Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği: Atom altı parçacıkların özelliklerini ve maddenin 4. hali olan plazmayı inceler. (Örn: Güneş patlamaları, füzyon enerjisi)
• Optik: Işığın yapısını, yayılmasını, kırılmasını ve gölge olaylarını inceler. (Örn: Mercekler, gözlük, teleskop, fiber optik kablolar)
• Nükleer Fizik (Çekirdek Fiziği): Atom çekirdeğinin yapısını, çekirdekteki tepkimeleri ve radyasyonu inceler. (Örn: Nükleer santraller, PET-CT gibi tıbbi görüntüleme cihazları)
• Elektromanyetizma: Elektrik yüklerini, yüklerin hareketini, mıknatısları ve manyetik alanları inceler. (Örn: Maglev trenleri, pusula, jeneratörler)
• Termodinamik: Isı enerjisini, sıcaklığı, ısı transferini ve maddenin ısı karşısındaki davranışlarını inceler. (Örn: Isı yalıtımı, klimalar, motorlar)

📏 Fiziksel Niceliklerin Sınıflandırılması

1. Temel ve Türetilmiş Büyüklükler

Fizikteki büyüklükler kendinden başka bir büyüklükle ifade edilip edilmemelerine göre ikiye ayrılır.

A) Temel Büyüklükler: Başka bir büyüklüğe ihtiyaç duyulmadan doğrudan ölçülebilen ve ifade edilen büyüklüklerdir. Toplam 7 tanedir ve KISA MUZ şeklinde kodlanır:

Büyüklük	Sembol	SI Birimi	Ölçme Aracı
Kütle	m	Kilogram (\( kg \))	Eşit kollu terazi
Işık Şiddeti	I	Kandela (\( cd \))	Fotometre
Sıcaklık	T	Kelvin (\( K \))	Termometre
Akım Şiddeti	i	Amper (\( A \))	Ampermetre
Madde Miktarı	n	Mol (\( mol \))	Hesaplama ile bulunur
Uzunluk	l	Metre (\( m \))	Şerit metre
Zaman	t	Saniye (\( s \))	Kronometre

B) Türetilmiş Büyüklükler: Temel büyüklükler kullanılarak matematiksel bağıntılar yardımıyla tanımlanan büyüklüklerdir. Örnek: Hız, kuvvet, basınç, alan, hacim, enerji.

Örnek Bağıntı: Kuvvet büyüklüğü temel büyüklükler türetilerek elde edilir: \[ F = m \times a \]

2. Skaler ve Vektörel Büyüklükler

• Skaler Büyüklükler: Sadece sayısal bir değer ve birimle tam olarak ifade edilebilen büyüklüklerdir. Yön bilgisi içermezler. (Örn: Sıcaklık \( 25^\circ C \), zaman \( 10 \ s \), kütle \( 5 \ kg \))
• Vektörel Büyüklükler: Sayısal değer ve birimin yanı sıra yön ve doğrultu gerektiren büyüklüklerdir. Üzerlerine ok işareti koyularak gösterilirler. (Örn: Kuvvet, hız, ivme, yer değiştirme, ağırlık)

🏛️ Bilim Araştırma Merkezleri

Bilimsel araştırmaların yürütüldüğü, bilgi ve teknolojinin geliştirildiği merkezler şunlardır:

• TÜBİTAK: Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (Türkiye)
• ASELSAN: Askerî Elektronik Sanayii (Türkiye)
• TENMAK: Türkiye Enerji, Nükleer ve Maden Araştırma Kurumu (Türkiye)
• CERN: Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (İsviçre-Fransa sınırı)
• NASA: Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (ABD)
• ESA: Avrupa Uzay Ajansı (Avrupa)

✏️ Çözümlü Örnek Sorular

Örnek 1

Aşağıda verilen nicelikleri Temel-Türetilmiş ve Skaler-Vektörel olma durumlarına göre sınıflandırınız:

a) Hız
b) Kütle
c) Kuvvet

Çözüm:

• a) Hız: Türetilmiş bir büyüklüktür ve yön gerektirdiği için Vektöreldir.
• b) Kütle: KISA MUZ içerisinde yer aldığı için Temel bir büyüklüktür ve yönü olmadığı için Skalerdir.
• c) Kuvvet: Formülle ifade edildiği için Türetilmiştir ve yönü olduğu için Vektöreldir.

Örnek 2

Bir cisme aynı doğrultuda Doğu yönünde \( 12 \ N \) ve Batı yönünde \( 5 \ N \) büyüklüğünde iki kuvvet etki etmektedir. Bu cisme etki eden bileşke kuvvetin yönü ve büyüklüğü nedir?

Çözüm:

Vektörel büyüklüklerde zıt yönlü olan nicelikler birbirinden çıkarılır:

\[ R = 12 - 5 \] \[ R = 7 \ N \]

Büyük olan kuvvetin yönü geçerli olacağından bileşke kuvvet Doğu yönünde \( 7 \ N \) büyüklüğündedir.