Bölüm-1

FİZ101
FİZİK-I
Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü B Grubu
Bölüm-1
24.09.2014
Aysuhan OZANSOY
• Bölüm-I: Birimler, Fiziksel Nicelikler ve Ölçme
1.
2.
3.
4.
Fizik Nedir?
Kimya ve Fiziğin İlişkisi
Mekanik Nedir?
Standartlar ve Birimler
4.1 Fiziksel Nicelikler ve Birim Sistemleri
4.2 Uzunluk, Zaman ve Kütle
4.3 Türetilmiş Birimler
4.4 Birimlerin Tutarlılığı
5. Boyut Analiz
6. Büyüklük Mertebesi Hesapları
7. Belirsizlik ve Anlamlı Sayılar
8. Bilimsel Yöntem
8.1. Bilimsel Yöntem Basamakları
8.2. Kuramlar, Yasalar, Modeller
2
A.Ozansoy
24.09.2014
“ Bildiğimiz şeyleri tekrar duyduğumuzda
aldığımız hazzı küçümsemeyin.”
Enrico Fermi
3
A.Ozansoy
24.09.2014
1. Fizik Nedir?
•
Fizik kelimesi, eski Yunanca’ da “physis=doğa”
kelimesinden gelir. Günümüzde fizik, modern bilimin
pek çoğunun açığa çıktığı ve eskiden “ Doğa Felsefesi”
olarak adlandırılan alana eşdeğerdir. Temel amacı
doğayı ve doğa olaylarını anlamaktır.
•
Tüm bilim dalları içinde en temel, en eski, en kapsamlı
ve bilimsel gelişmeye en çok katkısı olanı “ FİZİK”
tir.
•
Fizik, gözlemlenebilir şeyleri temel nedenlere
indirgemeye ve bu temel nedenler arasında ilişki
kurmaya çalışır.
•
Fizik, diğer pek çok bilim dalını da etkiler. İlk olarak
fiziği anlayabilirsek, diğer pek çok bilim dalını daha iyi
anlayabiliriz.
4
A.Ozansoy
24.09.2014
•Kısa tarihçe:
 M.Ö. 600- M.S. 800  Analitik olmayan çalışmalar
(Pre-Socratlar: Thales,Archimedes,Pisagor, Leucippus, Democritos,…
Büyük üçlü: Batı medeniyetini ve diğer bilim adamlarını en çok etkileyenler Socrates
,Plato, Aristo )
 800-1500  Farabi (Boşluk meselesi, havanın esnekliği), Biruni (özgül ağırlık),
İbn-i Sina (görme), Heysem (modern optiğin kurucusu), … (Bknz . Kaynak 1 ve2 )
 1500-1900 Bilimsel Devrim ve Aydınlanma
(Kopernik, Brahe, Kepler, Galileo, Newton, Faraday, Ampere,….
 1900-  Modern Fizik
•Modern fizikte iki
önemli gelişme
1. Kuantum Mekaniği
2. Görelilik (Rölativite)Teorisi Özel Görelilik
Genel Görelilik
5
A.Ozansoy
24.09.2014
2. Kimya ve Fiziğin İlişkisi
3. Mekanik Nedir?
- Mekanik
•Klasik Fizik 
- Elektrik ve Manyetizma
- Dalgalar ve Optik
- Termodinamik
- Statik
•Mekanik 
- Kinematik (Hareketi anlamak)
- Dinamik (Hareketi nedenleri ile anlamak)
6
A.Ozansoy
24.09.2014
- Yüksek Enerji Fiziği (Parçacık Fiziği)
- Nükleer Fizik
- Atom Fiziği ve Molekül Fiziği
•Modern Fizik 
Burada fizik ve kimya ayrılmaya
başlar. Fizik, basit moleküllerin nasıl oluştuğu
ve nasıl bir araya geldiği ile ilgilenir. Kimya,
hangi elementlerin birbiri ile birleştiği, bir
örnekte hangi bileşiklerin bulunduğu, basit
moleküllerin birbiri ile nasıl etkileştiği,
moleküllerin özelliklerini değiştirmenin ne gibi
etkiler yaratacağı ile ilgilenir.
- Katı Hal (Yoğun Madde) Fiziği
- Kozmoloji
7
A.Ozansoy
24.09.2014
4. Standartlar ve Birimler
4.1 Fiziksel Nicelikler ve Birim Sistemleri
fiziksel nicelikler (fiziksel büyüklükler)
Örnek: uzunluk, zaman, hız, momentum, …
Bütün fiziksel nicelikler bir sayı ve bir birim ile verilir.
Örnek:
l= 6,3 cm
Bazen bir fiziksel nicelik, ölçülmüş başka fiziksel nicelikler cinsinden verilebilir.
Örnek: Hız= Yerdeğiştirme / Zaman , Momentum= Kütle x Hız vb.
 Bir fiziksel niceliğin önceden belirlenmiş bir standarda göre sayısal değerinin
verilmesi işine ölçme denir. Önceden belirlenmiş bu standarda da birim denir.
8
A.Ozansoy
24.09.2014
I) MKS ( Metre-Kilogram–Saniye)
Birim Sistemleri
1791 Fransız Bilimler Akademisi
1889 Ölçümlerin duyarlılığını artırmak için düzenli toplanma
kararı
1960  SI (Systeme Internationale= Uluslararası Birim
Sistem))
Uluslararası Birim Sistemi (SI)’ nin 7 temel birimi:
Fiziksel
nicelik
Birim
Kısaltma
Uzunluk
metre
m
Zaman
saniye
s
Kütle
kilogram
kg
Sıcaklık
Kelvin
K
Elektrik
Akımı
Amper
A
Işık şiddeti
Kandela
Cd
Madde
miktarı
Mol
Mol
9
II) CGS( Cantimetre-GramSaniye) : daha ziyade elektrik
ve manyetizmada kullanılır.
1 cm= 0,01 m = 10-2 m
1 g = 0,001 kg= 10-3 kg
III) İngiliz Birim Sistemi:
1 inç= 2,54 cm
1 kg kütle = 2,21 libre (lb)
A.Ozansoy
26.09.2014
24.09.2014
4.2 Uzunluk, Zaman ve Kütle:
MKS birim sisteminde uzunluk, zaman ve kütle için standartlara bakalım.
Uzunluk: Standardı “metre (m) ”dir.
1 m: ışığın boşlukta 1/ 299 792 458 saniyede aldığı yoldur.
c= 2 99792458 x108 m/s
Işık hızı
Zaman: Standardı “saniye (s) ”dir.
1 s: Cs133 (sezyum) izotopunun belirli bir titreşim periyodunun 9 192 631 770
katıdır.
Kütle: Standardı “kilogram (kg) ”dir.
1 kg: Özel bir silindirik platin-iridyum alaşımının kütlesidir.
•Uzunluk ve zaman standardı için atomik tanımlar yapılmıştır. Kütle standardı
için atomik yolla tanım yapmak pratik olarak zordur. Bunun için her defasında
1026 tane atomu tek tek sayıp biriktirmek gerekir…!
10
A.Ozansoy
24.09.2014
10’ un kuvvetleri
11
Kuvvet
Ön Ek
Kısaltma
10-15
femto
f
10-12
piko
p
10-9
nano
n
10-6
mikro

10-3
mili
m
10-2
santi
c
103
kilo
k
106
mega
M
109
giga
G
1012
tera
T
1015
peta
P
A.Ozansoy
24.09.2014
Şekil Kaynak
3’ten alınmıştır.
12
A.Ozansoy
26.09.2014
24.09.2014
Ölçülmüş Bazı Zaman Aralıklarının
Yaklaşık Değerleri
Ölçülmüş Bazı Uzunlukların Yaklaşık
Değerleri
Zaman aralığı
Saniye (s)
Evrenin yaşı
5x1017
Uzunluk
Metre (m)
1 yıl
3,2x107
Gözlemlemlenebilir
evrenin sınırı
1026
1 gün
8,6x104
Dünyanın yarıçapı
6,37 x 106
Katı cisimdeki atomun
titreşim periyodu
10-13
Ort. İnsan boyu
1,5 m
10-22
Alyuvarlaın çapı
10-5
Bir nükleer
çarpışmada geçen
zaman
Atomun yarıçapı
10-10
Protonun yarıçapı
10-15
13
A.Ozansoy
24.09.2014
Bazı Cisimlerin Ölçülmüş Yaklaşık Kütleleri
14
Kütle
Kütle(kg)
Samanyolu galaksisi
7 x1041
Güneş
1,99x1030
İnsan
102
Sivrisinek
10-5
Bakteri
10-15
Elektron
9,1 x10-31
A.Ozansoy
24.09.2014
4.3. Türetilmiş Birimler:
1 nanometre = 1 nm= 10-9 m
1 milisaniye = 1 ms= 10-3s
1 mikrometre (mikron) = 1  = 10-6 m
1 Angstrom= 1 A= 10-10 m = 10-8 cm
Hız= Yer değiştirme / Zaman  Hız:m/s
Kuvvet= Kütle x ivme  Kuvvet: kg m/s 2  1 Newton = 1N = 1 kg m/s
İş= Kuvvet x Yol İş: kg m2 /s 2 1 Joule=1 J= kg m2 /s 2
2
4.4. Birimlerin Tutarlılığı:
 Denklemlerde her iki yanın birimi tutarlı olmalı
Farklı birimlere sahip fiziksel niceliklerle çarpma ve bölme
işlemi yapılır.
Aynı birime sahip fiziksel nicelikler toplanır ve çıkarılır.
15
A.Ozansoy
24.09.2014
3 temel boyut:
5. Boyut Analizi
Uzunluk (Length)  [L]
Zaman (Time)  [T]
Kütle (Mass)  [M]
Bir fiziksel niceliğin boyutu ile birimini birbirine karıştırmayın.
Fiziksel Nicelik
Simge
Birim
Birim için
kısaltma
Uzunluk
[L]
metre
m
Kütle
[M]
kilogram
kg
Zaman
[T]
saniye
s
•Aynı fiziksel boyuta sahip nicelikler toplanabilir veya çıkarılabilir.
•Bir eşitliğin her iki yanı aynı fiziksel boyuta sahip olmalıdır.
Fiziksel nicelik
Birimi
Fiziksel boyutu
İvme (a)
m/s2
[L] [T]-2
Kuvvet (F)
kgm/s2
[M] [L] [T]-2
Yüzey alanı (A)
m2
[L]2
İş (W)
kgm2/s2
[M] [L]2 [T]-2
16
A.Ozansoy
•Herhangi bir fizikel
büyüklük [Lq Tr Ms]
şeklinde temel
boyutların cebirsel
bileşimi şeklnde
gösterlir.
26.09.2014
24.09.2014
!!!
 Aynı fiziksel boyuta sahip nicelikler ile toplama ve çıkarma işlemi yapılabilir…!
 Farklı fiziksel boyuta sahip nicelikler ile çarpma ve bölme işlemi yapılabilir…!
17
A.Ozansoy
24.09.2014
6. Büyüklük Mertebesi Hesapları
Derste çözülen örneklere bakınız…
Örnek: (Bu örnek Kaynak 4’ ten alınmıştır)
Bir kum tanesinde ne kadar atom vardır?
1. Bir kum tanesinin boyutunu Lkum~ 1 mm=10-3 m=107 A olarak alalım.
Atomun yarıçapı ~ 1 A
2. Geometrinin ne olduğunu önemsemeyelim; örneğin kübik geometriyi
ele alalım:
Kum tanesinin hacmi Hkum ~ (107 A)3 ~ 1021 A3
Atomun hacmi  Hatom ~ (1 A)3 ~ 1 A3
3. Bir kum tanesindeki atom sayısı ~ Hkum / Hatom ~ 1021 tane
4. Bulunan sonuç makuldür, çünkü Avagadro sayısına yakın!
18
A.Ozansoy
24.09.2014
7. Belirsizlik ve Anlamlı Sayılar:
Ölçülen değer = En iyi tahmin ± Hata
Hiçbir fiziksel ölçüm hatasız değildir. Burada
hatadan kasıt, “yanlış” ya da “kusur” değil,
“belirsizlik” tir.
(orta ya da ortalama değer)
Kurallar:
Yapılan bir ölçümü belirtmede kullanılan
rakamlara anlamlı rakamlar denir.
Mutlak hata ya da standart sapma cinsinden ifade edilebilir. !!!
ayrıntılı bilgi “Ölçme ve Anlamlı Sayılar“ notunda (Bknz. Kaynak 5)
1. Ondalıklı sayılarda virgülün yerini belirtmek için kullanılan sıfırlar anlamlı değildir.
0,045 m  anlamlı rakam sayısı 2
2. Ölçüm sonucunun bir parçası olan sıfırlar anlamlıdır.
0.0050204 anlamlı rakam sayısı 5
3. 4000 sayısı için;
4  103
(1 anlamlı rakam)
4,0  103 (2 anlamlı rakam)
4,00  103
(3 anlamlı rakam)
4. a) Kalması istenen son rakamdan sonra gelen rakam 5’ ten küçük ise son rakam aynen
bırakılır. Örneğin 2,731 sayısının üç anlamlı rakamla yazılışı 2,73’ tür.
b) Eğer kalması istenen son rakamdan sonraki rakam 5 ve 5’ ten büyük ise son rakam 1
artırılır. Örneğin 8,6547 sayısının 4 anlamlı rakamla yazılışı 8,655’ tir.
19
A.Ozansoy
26.09.2014
24.09.2014
Anlamlı sayılarda çarpma ve bölme işlemi: Sonucun anlamlı rakam sayısı, en az
anlamlı rakama sahip olan sayının anlamlı rakam sayısı ile belirlenir. Örneğin;
(0,745 x 2,2) /(3,885) işleminin sonucu 2 anlamlı rakamla verilmelidir.
=0,42187021  0.42
olarak verilir.
Anlamlı sayılarda toplama ve çıkarma işlemi: Sonuç en az ondalık basamağa
sahip sayıya göre belirlenir Örneğin;
27,153 +
3 ondalık
basamak
138,2 - 11,74 = 153.613
1 ondalık
basamak
2 ondalık
basamak
Sonuç tek ondalık
basamak içermeli
=153.6 olarak sonuç
anlamlı rakamlarla
verilir.
20
A.Ozansoy
26.09.2014
24.09.2014
8. Bilimsel Yöntem
•Derste dağıtılan notu inceleyiniz…!
21
A.Ozansoy
24.09.2014
Kaynaklar:
1. “ Türklerin Bilime Katkıları, M. Dosay Gökdoğan, Atatürk Kültür Merkezi Yayını,
2008, Ankara
2. “ Işığın Öyküsü: Mitolojiden Matematiğe Işık Kuramlarının Tarihsel Gelişimi”,
H. Gazi Topdemir, TÜBİTAK Popüler Bilim Kitapları, 2007, Ankara
3. Üniversite Fiziği Cilt-I “, H.D. Young ve R.A. Freedman, 12. Baskı, Pearson
Education Yayıncılık 2009, Ankara
4. http://physics.illinois.edu/undergrad/seniorthesis/estimatesresearch.pdf
5. http://80.251.40.59/science.ankara/edu.tr/aozansoy
22
A.Ozansoy
24.09.2014