Fiziğin Uygulama Alanları 2

  • yeni
    Fiziğin Uygulama Alanları 2
KİTAP HAKKINDA

Fiziğin Diğer Disiplinlerle İlişkisi

Fizik en temel bilim dalıdır, kapsamı çok geniştir. Bu nedenle de fizik biliminin çok farklı disiplinlerle bağlantısı vardır. Şimdiye kadarki tüm bilimsel gelişmelerde çok derin etkileri bulunmaktadır. Fiziğin bu temel rolünden dolayı, pek çok farklı alandaki öğrenci kendini, hiç ummadığı bir biçimde fizik çalışırken bulur.

Fizik ve Kimya

Fizik biliminden belki de en derinden etkilenen disiplin kimyadır. Eski zamanlarda kimya, neredeyse tamamen, şimdi inorganik kimya olarak adlandırdığımız cansız varlıkların yapısıyla ilgilenirdi. Bir çok elementin varlığını ve birbirleriyle nasıl basit bileşikler yaptığını bulmak için çok sayıda analiz yapmak gerekirdi. Bu alanda fizik ve kimya bilimleri arasındaki etkileşim çok fazlaydı. Çünkü atom teorisi büyük ölçüde deneysel kimyaya dayanıyordu. Bugün ise kimyanın ana teorisini oluşturan ve elementler arasındaki değişik ilişkileri açıklayan kurallar topluluğu olan “Periyodik Tablo” da aslında kuantum fiziği ile açıklanır yani teorik kimya gerçekte fiziktir.

Diğer yandan her kimyasal olayda çok sayıda atom yer alır. Bu atomlar rastgele ve karmaşık bir şekilde hareket eder. İşte atomların çarpışmalarını ve moleküllerin hareketlerini analiz eden istatiksel mekanik de aslında ısı bilimi yani termodinamiktir ve kimya ile fiziği içinde birlikte kaynaştırarak kullanır.

Fizik ve Matematik

Fizik ve matematik Rönesans’ın başlangıcından beri çok yakın ilişkidedir. Bu ilişki, 1609 yılında Johannes Kepler’in gezegen yörüngelerinin 3 kanununu keşfi ile başladı. Isaac Newton, 1687’de ortaya attığı yer çekimi teorisini matematiğin bir alt dalı olan ve hızdaki değişimleri analiz etmemize yarayan kalkulus olmadan asla geliştiremezdi. Daha sonra 1916’da yer çekiminin tanımı değişti çünkü Albert Einstein yer çekimini uzayın eğriliği ve zamanla ilişkilendirdi. Fakat Einstein da bugün genel görelilik olarak adlandırdığımız bu teorisini 1800’lü yıllarda Alman matematikçi Bernhard Riemann tarafından geliştirilen Euclid-dışı geometri olmadan ortaya atamazdı. 1960’larda kara deliklerin herşeyi yuttuğu ve asla dışarıya birşey vermediği düşünülüyordu. Bundan dolayı da bazı temel fizik yasalarına uymadıkları kabul ediliyordu. Fakat 1973 yılında Stephen Hawking kara deliklerin aslında az da olsa dışarıya ısı yaydığını keşfetti. Hawking bunu, matematiği kuantum fiziği, genel görelilik ve termodinamik teorileri ile birleştirerek ispatladı. Dünya üzerinde farklı dil ve alfabe kullanan fizikçiler matematik dilini kullanarak birbiriyle iletişim hâlindedir. Yani matematik fiziği anlatmak için özel bir dil hâline gelmiştir. Fiziğin sıkça kullandığı disiplinlerden biri de geometridir. Şimdi bir örnek üzerinde geometriden nasıl yararlanıldığını görelim.

Fizik ve Biyoloji

Fizik prensipleri, biyolojideki osmoz, difüzyon ve gözdeki merceğin ışığı retina üzerine düşürmesi gibi bazı en temel olayları açıklamak için kullanılmıştır.

Canlı organizmaların, canlı olmayan sistemlerin fizik prensiplerine uyduğunun keşfedilmesi biyoloji biliminde önemli bir etkiye neden olmuştur. 18. yüzyılda fizikçi Luigi Galvani’nin kaslardaki kasılma ile elektrik akımı arasındaki bağlantıyı bulması, kas kasılması ve sinir iletimi hakkında bugün hâlâ devam etmekte olan araştırmaların başlangıcını oluşturur. Bu keşif sayesinde bugün kullandığımız elektrokardiogram (kalp grafiği), elektroen- sefalogram (beyin grafiği) ve kalp pilleri geliştirilmiştir. Fizik ve biyoloji arasındaki etkileşimden en çok da tıbbi teknoloji yararlanır. 1900’lerde Wilhelm Conrad Rontgen’in X-ışınlarını keşfi ile başlayan radyolojideki gelişmeler, 20. yüzyılın ilk yarısı boyunca devam etti ve II. Dünya Savaşı’nda yaralı askerlerin tedavilerinde yaygın olarak kullanıldı. Yakın zamanlarda ise fizik biliminin bizlere armağanı olan bilgisayarlı tomografi ve manyetik rezonans görüntüleme cihazları tıbbın hizmetine sunulmuştur. Fizikteki keşifler sayesinde kullanılmaya başlayan elektronik cihazlar ve teknikler biyoloji bilimini sadece tanım © yapan bir bilim olmaktan çıkartıp, analiz yapan bir bilim | dalı hâline getirmiştir. Buna en güzel örnek, hemoglobi- £ nin, virüslerin ve mikroorganizmaların yapılarını da orta- |î ya çıkartmamıza yarayan X-ışmı difraksiyonu tekniğinin, 2 DNA’nın moleküler yapısının çözülmesi için kullanılma- -Ç z sidir. Fizikteki gelişmelerin biyolojiye uygulanması sayesinde geliştirilen elektron mikroskobu, hücre yapısı ve fonksiyonları hakkında çok miktarda bilgi edinilmesini sağlamıştır. Farklı koşullar altında, vücut fonksiyonlarının gözlenmesini sağlayan ısı ve basınç sensörleri ise uzay programlarında astronotların ortama uyum sağlayabilmesi amacıyla kullanılmaktadır.

Fizik ve Sanat

Fizik ve sanat genellikle çok farklı disiplinler olarak görülse de sanatçılar fizik bilimini ellerindeki malzemeleri ve enstürmanları anlamak, daha iyi eserler ortaya çıkarabilmek için kullandılar. Bu iki disiplin tarih boyunca birbirini destekledi ve birlikte gelişti. Bilim ve fizikte yaşanan büyük atılımlar, kabaca sanattaki devrimsel karakterlerle eş zamanlıdır. Örneğin, Kopernik’in devrimsel güneş merkezli evren teorisi ile geleneksel inanışlar yıkıldı. Zaman ve uzay kavramlarındaki değişen anlayış, sanatçıları da perspektif ve boyut açısından deneysel eserler vermeye itti. Daha yakın zamanda Einstein, Planck ve Bohr gibi fizikçilerle aynı dönemde Monet, Cezanne ve Picasso gibi sanatçılar da kendi alanlarında eski gelenekleri yıktılar. Hepsi de içinde yaşadıkları dünyayı yeni bakış açısıyla görmeye çalışıyorlardı.

Fizik ve Teknoloji

Toplumun gelişimi teknolojideki ilerlemelere bağlıdır. Teknolojinin ilerleyebilmesi için de fizikteki gelişmelerden yararlanılır. Günlük yaşamda fizik, teknoloji ve toplum arasındaki bağlantıyı gösteren pek çok örnek vardır. Fiziğin alt dallarından biri olan termodinamik, buharlı motorları geliştirme ihtiyacından doğmuştur. Buharlı motorların yaygınlaşması ise 18. yüzyılda İngiltere’de yaşanan Endüstri Devrimi’nde çok önemli bir rol oynamıştır.

Fiziğin önünü açtığı teknolojilere örnekler

1. Kablosuz iletişim teknolojisi: 19. yüzyılda keşfedilen temel elektrik ve manyetizma yasaları kullanılarak kablosuz iletişim teknolojileri olarak adlandırdığımız ve bugün rahatça haberleşmemizi sağlayan sistemler geliştirildi.

2. Nükleer teknoloji: Fizikçi Ernest Rutherford 1933’te atomdan enerji yayılabileceğinin mümkün olmadığını ileri sürmüştü ancak 1938’de Hahn ve Meitner uranyumun nötron kaynaklı fisyonunu keşfettiler. Bu da nükleer reaktörlerin ve nükleer silahların temelini oluşturdu.

Fizik ve Mühendislik

Fizik, evrenin temel yasalarını bulmaya çalışan bir bilimdir, evreni basit matematiksel kanunlar hâline getirmeyi amaçlar. Diğer taraftan mühendisler, etrafınızdaki yapıların ve makinelerin nasıl dizayn edileceği, ne şekilde meydana getirileceği ve nerede kullanılacağı ile ilgilenirler. Öyle ise, fizik ve mühendisliğin birbirleriyle ilişkisi nedir ?

Karmaşık bir asma köprü inşa ettiğimizi düşünelim. Köprüyü yüzlerce arabanın ağırlığını taşıyabilecek kadar güçlü yapmak zorundayız fakat aynı zamanda, bu köprü doğanın oluşturabileceği her türlü rüzgârla, buzla ve yağmurla baş edebilecek şekilde inşa edilmelidir. Flerhangi bir aşamada yapılacak küçük bir yanlış, biraz kuvvetli bir sallantıda tüm köprünün yıkılmasına neden olacaktır. Tasarladığınız bir yapıda, her şeyin yolunda gittiğinden emin olmanın yolu planlarınızı, fizik yasalarını kullanarak analiz etmektir. Fizik yasaları size kuvvetler, harmo- nik titreşimler, gerilim kuvvetleri, elastiklik ve köprünüzü yaparken ihtiyaç duyacağınız her türlü hesaplamalarınız hakkında bilgi verecektir. Basitçe söylemek gerekirse, eğer doğanın kanunlarını bilirseniz, inşa ettiğiniz yapıların başına neler gelebileceğini rahatça tahmin edebilirsiniz. Mühendislik, fiziğin teknolojiye uygulanmasıdır. Fiziğin mühendislikte birçok uygulama alanı vardır. İnşaat mühendisliği genel olarak barajlar, köprüler, gökdelenler, yollar ve demir yolları yapımı ile ilgilenir. Mühendisler planlamalarında kuvvetler, sıvı basıncı ve yer çekimi ile ilgili fizik bilgilerini kullanırlar. Elektrik mühendisliği motorlar, elektrikli cihazlar, fiber optik ağlar ve bilgisayarlardaki elektrik devrelerini dizayn eder. Burada voltaj, akım ve direnç gibi fizik bilgilerini kullanır. Kimya mühendisliği petrol ayrıştırma ve endüstriyel kimyasallar üretme ile ilgilenir. Bunları yapmak için de fizik bilimine ait moieküler kuvvetlerin bilinmesi gerekir. Makine mühendisliği uçakların, motorların, silahların, arabaların, hidrolik sistemlerin yapımı ile ilgilenir. Öyleyse makine mühendisleri kuvvetleri, bir uçağın etrafındaki hava akımları gibi karmaşık akışkan hareketlerini ve tüplerdeki sıvı akımlarını iyice anlamış olmalıdır.

Bir mühendis ordu için yeni bir savaş uçağı dizayn etmesi için veya dünyadaki en yüksek gökdelenin inşaatında bir destek sistemi geliştirmesi için işe alınabilir. Hibrid motorlu bir araba ya da nanoteknoloji ile üretilen bir spor malzemesi üzerinde çalışıyor olabilir. Mühendis ürünü baştan tasarlıyor olabilir veya ürünü üretmenin yolları üzerinde çalışabilir. Her şekilde, bu sistemlerin arka planındaki fizik bilimini anlamadan başarı sağlaması imkansızdır.

Fizik ve Spor

Fizik sadece “Evren nasıl oluştu?” gibi “büyük sorularla ilgilenmez, her gün içinde yaşadığımız dünyaya da uygulamaları vardır. Spor bunlardan biridir. Spordaki çoğu aktivitenin arkasında fizik bulunur. Fizik, koşucuların başlangıç ve bitiş çizgilerindeki pozisyonlarının kesin olarak belirlenmesinde kullanılır. Modern çıkış takozlarına yüksek teknolojili başlama tabancası sistemi yerleştirilmiştir. Takozdaki basınç sensörleri, atletin ayağını bir insanın fiziksel olarak reaksiyon verebileceğinden (0,1 saniye) daha önce kaldırdığını tespit ederlerse, otomatik olarak hatalı çıkış için uyarı verirler. Bitiş çizgisinde ise hangi atletin çizgiyi daha önce geçtiğini fotoğraf çekerek belirlemeye çalıştığımız günler çok geride kaldı. Bunun yerine, koşucuların ayaklarına ve üzerlerindeki numaralara transpondırlar yerleştirilir. Bunlardan özellikle öndeki numaraya yerleştirilenin daha kesin sonuç verdiği düşünülür çünkü ön vücudun çizgiyi ne zaman geçtiğini gösterir. Bir sporu yaparken öne geçebilmek için sadece formda olmak yetmez, sporcular tekniklerini de geliştirmek zorundadır. Kürek çekmede kullanılan küreklere basınç sensörleri yerleştirilerek sporcunun antrenman sırasında her noktaya uyguladığı kuvvetler tespit edilir. Böyle ce kürekçinin farklı zamanlarda uyguladığı kuvvetler grafik hâline getirilir. Bu da sporcunun hangi hareketlerini daha çok geliştirmesi gerektiğini görebilmesini sağlar.

  Koşucular, bisikletçiler ve yüzücüler, onları hareket ettikleri yönün tam tersine iten, hava veya suyun direnciyle oluşan bir kuvvetle karşı karşıya kalırlar. Bisikletçiler pozisyonlarını değiştirerek kesit alanlarını yarıya indirebilirler. Örneğin, bisikletlerine sıkıca sarılarak karşı karşıya geldikleri bu ters kuvveti yarı yarıya azaltabilirler. 2009 yılında yüzücüler poliüretan paneller içeren, tüm vücutlarını kaplayan mayolar kullanmaya başladılar. Bu sıkı mayolar hem yüzücülerin kesit alanlarını küçülttü, hem de su ile derileri arasındaki sürtünmeyi azalttı. Bu sayede yüzmede peşi peşine dünya rekorları kırılmaya başlandı. Ayrıca fizyoterapistler sporcuların sakatlıklarını izlemede ve iyileştirmede fizik bilimi kullanılarak geliştirilen ultrasonu kullanırlar. Yüksek frekanslı ses dalgaları kullanılarak futbolcuların dizlerine bakılır. Farklı dokular, ses dalgalarını farklı yoğunlukta yansıtacağı için fizyoterapistler hangi dokuya baktıklarını rahatça anlayabilirler. Bu sayede dizde toplanan sıvıyı, tendonlarda- ki küçük yırtıkları başlangıçta fark edebilirler. Böylece sporcular hızla iyileşerek, spordan uzun süre ayrı kalmamış olurlar.

Fizik ve Felsefe

Günümüzde insanlar, fizik ve felsefeyi tamamen birbirinden farklı iki ayrı alan olarak değerlendirmeye meyillidir. Mühendislik veya temel fen bilimleri eğitimi almış olanlar felsefeyi spekülatif fikirlerle uğraşmakla eleştirirler, felsefenin kullandığı metodların belirsiz olduğunu düşünürler. Diğer yandan, fizik biliminin tam ve deneysel olarak kanıtlanabilir bilgiler vermesini överler. Sosyal bilimlerle uğraşanlar ise fizik bilimini yüzeysellikle suçlayarak, felsefeyi insan yaşamı için hayati önem taşıyan soruları cevaplamaya çalıştığı için yüceltirler. Oysa ki bu tartışmalar tamamen yararsızdır çünkü fizik ve felsefe hem öz hem de köken olarak çok eski çağlardan beri ilişki içindedir. Bugünkü Batı medeniyetinin köklerini oluşturan erken dönem Yunan Medeniyeti döneminde fizik ve felsefe arasında bir ayrım yoktu. O dönemde fizikçi, belirli bir alanda özelleşmiş bir felsefeciydi. Fakat 17. yüzyılda Bilimsel Devrim ile birlikte fizik ve felsefe arasındaki ilişki daha da gelişti. Bu dönemde felsefede ortaya çıkan “deneycilik” akımı iki dal arasındaki etkileşime başka bir boyut kazandırdı. Deneycilik fiziğe felsefi bir ortam sağlarken, felsefeyi de yeni analitik araştırma metodu ile tanıştırdı. Deneycilik akımının önde gelen felsefecileri Bacon, Locke, Berkeley ve Hume görevlerinin, deneyleri analiz ederek, doğadan elde ettiğimiz sonuçları doğrulamaya çalışmak olduğuna inanıyorlardı ki bu aslında fizik biliminin temel çalışma prensibiydi. Bu akımı 19. yüzyılda Mili ve Russell devam ettirdiler. Bilim alanındaki devrimin bu iki yüz yılda ilerlemesi ile felsefe de önemli derecede dönüşüm geçirdi. 20. yüzyılda ise teorik fizikteki gelişmeler, özellikle de Al- bert Einstein’in görelilik teorisi, fizik ve felsefe arasındaki bağı daha da güçlendirdi. Zaman ve uzayı ele alan fizik teorileri hakkındaki felsefi sorular arttıkça, her iki dalda bu konularla uğraşan öğrencilerin ve bilim insanlarının sayısı da arttı

O dönemde yayınlanan “Yaşayan Filozoflar Kütüphanesi” adlı eserde Albert Einstein “Filozof-fizikçi” olarak geçiyordu. Fakat 20. yüzyılda Einstein filozof-fizikçilerin tek örneği değildi. Niels Bohr, DanimarkalI felsefeci Flarold Hoffding’in yakın arkadaşıydı ve Bohr’un kuantum mekaniğinde kullandığı birçok açıklama, ünlü felsefeci Kant’tan alıntılanmıştı. Werner Heisenberg de kuantum teorisi üzerinde çalışıyordu ancak eski Yunan felsefesi özellikle Aristoteles metafiziği alanında çok bilgiliydi.

Ünlü kuantum fizikçisi Erwin Schrodinger’in de Schopenhauer’in yazıları üzerinde çalışmaları bulunmaktaydı.Kabaca 1880 ile 1930 arasındaki 50 yıl filozof fizikçilerin dönemi olmuştur. Aynı zaman diliminde fizikte devrim niteliğindeki değişimlerin yaşandığı dönem olması rastlantı değildir. Einstein, felsefi düşünce alışkanlığının, bilimdeki gelişme için gerekli özgür düşüncenin anahtarı olduğuna inanıyordu.
Ona karşı çıkabilir miyiz?

 

BENZER YAZILAR
YORUMLAR
KPSS
İşyeri Hekimliği ve İş güvenliği
SEÇME SINAVI

18 mayıs 2019

KPSS
SIKÇA SORULAN SORULAR
  • Sarımsak Tansiyonu Düşürür Mü ?

    Sarımsak Tansiyonu Düşürür Mü ?  Sarımsağın birçok faydası olduğu bilinmektedir. Bunlardan bir tanesi de yüksek tansiyonu düşürmeye yardımcı olmasıdı... Devamını Oku

KPSS
DERS DOKÜMANLARI
KATEGORİLER