FİZİK 203 ÖDEV 8 2) Gezegen nedir? Güneş sistemindeki gezegenleri sıralayınız. Cevap: Gezegen, güneşin etrafında bir yörüngede dönen, ve çekim gücü kendi etrafındaki cisimleri kontrol altında tutabilecek kadar büyük olan cisimlerin ortak adıdır. Bu tanıma göre güneş sisteminde 8 gezegen vardır: Merkür, Venüs, Dünya, Mars, Jüpiter, Satürn, Uranüs, Neptün 3) Cüce gezegen nedir? Örnekler veriniz. Cevap: Cüce gezegen: Güneşin etrafında bir yörünge izleyen, çekim gücü küresel biçimini destekleyecek kadar güçlü ancak etrafındaki cisimleri kontrol altında tutabilecek düzeyde olmayan cisimlerdir. Örnek: Ceres, Pluton, Eris 4) Tyco Brahe, Kepler, ve Newton un güneş sisteminin açıklanmasına katkıları neler olmuştur? Tycho Brahe: Hassas astronomik gözlemler yapmıştır. Kepler: Tycho Brahe nin gözlemlerine dayanarak gezegenlerin, güneşin etrafında elips şeklinde bir yörünge izlediklerini ortaya koymuştur. (1609-1619 yılları arasında) Newton: Kepler in sonuçlarının, hareket yasaları ve evremsel çekim kanununun güneş sistemine uygulanması ile elde edilebileceğini gösterdi. (1687) 5) Asteroit Nedir? Kuiper kuşağı nedir? Asteroit: Çoğunlukla kaya metalden oluşan küçük kütleli gök cisimleridir. Kuiper kuşağı: Çoğunlukla katı haldeki metan ve buzdan oluşan gök cisimlerinin oluşturduğu kuşaktır. Asteroit kuşağına göre güneşe daha uzak konumlanmıştır. 6) Güneşin samanyolu gökadasındaki konumunu ve hareketini açıklayınız. Güneş spiral şeklindeki samanyolu galaksisinin merkezine yaklaşık 30000 ışık yılı mesafede bulunur. Güneş etrafındaki gezegenler ve gök cisimleri ile birlikte (güneş sistemi) galaksi merkezi etrafında saniyede 220 km (saatte 792000 km) hızla dönmektedir ve bir turunu yaklaşık 240 milyon yılda tamamlar. 7) Hertzsprung-Russell diyagramı nedir? Güneş bu diyagramda nerede bulunur?
H-R diyagramı yıldızların parlaklırını ve efektif sıcaklıklarını gösteren bir diyagramdır. Güneş bu diyagramda anakol üzerinde bulunur. Bu diyagramdan yıldızların oluşumu ve gelişim sürecinin anlaşılabileceği düşünülmektedir. (Sıcaklık sola doğru artmakta, sağa doğru azalmaktadır.) Main Sequence: Ana kol White Dwarfs: Beyaz cüceler Giants: Devler Super Giants: Süper devler 8) Güneş hangi mekanizma ile enerji üretir? Güneş anakolda bulunan bir yıldızdır. Ana kolda bulunan yıldızlar nükleer füzyon ile enerji üretir. Nükleer füzyon proton ve nötronların birleşerek yeni parçacıklar oluşturdukları tepkimelerdir. Bu tepkimelerin kimyasal tepkimelerden farkı kütlenin enerjiye ve enerjinin kütleye dönüşebilmesidir. Güneşin merkezinde nükleer füzyon ile hidrojen (atom numarası:1 yani çekirdeğinde 1 proton bulunur) helyum a (atom numarası:2 )dönüşür ve büyük bir enerji ortaya çıkar. Az miktarda da olsa füzyon tepkimeleri ile daha ağır elementler oluşabilir. Ancak güneşteki ve diğer anakol yıldızlarındaki sıcaklık demir (Atom numarası: 26 yani çekirdeğinde 26 proton bulunur) ve demirden ağır elementlerin çekirdeklerini oluşturacak kadar yüksek değildir. Bu elementlerin süpernova patlamalarında ortaya çıkan yüksek enerjilerle oluştuğu düşünülmektedir. Yani demirin yanısıra yeryüzünde bulunan bakır (Atom numarası:29), çinko (Atom numarası:30), gümüş (Atom numarası:47), platin (Atom numarası:78), altın (Atom numarası:79), civa (Atom numarası:80), kurşun (Atom numarası:82) ve benzeri birçok element evrenin uzak noktalarındaki süpernova patlamalarında oluşmuş ve etrafa dağılarak güneş sistemine ve yeryüzüne ulaşmıştır. Güneşin anakoldaki yaşam süresi yaklaşık 10 milyar yıldır. Güneş bu evrenin yarısını tamamlamıştır, yani yaklaşık 5 milyar yıl daha anakolda hidrojen-helyum füzyonu ile enerji üretecektir. Bu evrenin sonunda kızıl deve dönüşecek olan güneş dünya dahil yakınındaki gezegenleri eritecek ve yutacaktır.
9) Güneşten yayılan enerji nasıl yeryüzünde canlıların ihtiyacı olan besinlere dönüşür? Cevap: Fotosentez işlemi ile canlıların ihtiyacı olan karbonhidrat ve şeker molekülleri sentezlenir. 10) Çıplak göz ile hangi dalga boyu aralığındaki ışıkları görebiliriz? Bu aralık hangi frekans aralığına tekabül eder? 11) Göz ile göremediğimiz ultraviolet ışınlar, radyo dalgaları, ve X ışınları yaklaşık olarak hangi frekans aralıklarında bulunur? Cevap (10-11): Bir dalganın dalga boyu ve frekansı ters orantılıdır. İkisinin çarpımı dalganın yayılma hızını verir. Maxwell denklemlerine göre elektromanyetik dalgalar boşlukta sabit bir hızla yayılır (Işık hızı). Bu dalgalar radyo dalgaları, mikro dalgalar, terahertz ışınları, kızıl ötesi (infrared), görünür ışınlar, mor ötesi(ultraviolet), X ışınları, gamma ışınları şeklinde sınıflandırılır. Şekilde görüldüğü gibi görünür ışınların dalgaboyu 400 ila 700 nanometre arasındadır. 7 7 14 15 ( 4 10 7 10 m) (Frekans 10 10 hertz). Diğer ışınların dalgaboyları ve frekansları da şekilde gösterilmiştir. 8) Dünyanın atmosferi hangi tabakalardan oluşur? Bunların fonksiyonları nelerdir?
Troposfer: Yere en yakın katmandır. Gazların çoğu ve su buharının tamamı bu katmanda bulunur. Meteorolojik olaylar bu katmanda gerçekleşir. Stratosfer: Yalnızca yatay hava hareketleri (rüzgarlar) görülür. Mezosfer: Küçük boyutlu gök taşları bu katmanda sürtünmenin etkisiyle buharlaşır. Ozonosfer ve kemosfer olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Ozonosfer kısmında bulunan ozon gazları güneşten gelen ultraviole ışınları emer. Termosfer: Bu katmanda gazlar iyon halinde ve seyrek olarak bulunur. Ekzosfer: Atmosferin en dış katmanıdır. Çok seyrek halde hidrojen ve helyum gazları içerir.
9) Küresel ısınma hangi nedenlerle ortaya çıkmıştır? Atmosferde yoğunluğu artan karbon dioksit, metan gibi gazlar güneşten gelen radyasyonun emilimini arttırarak ve dış uzaya yansımasını önleyerek yer kürenin fazla ısınmasına yol açmaktadır. Endüstrileşmenin artmasıyla bu süreç geri döndürülemez bir hal almıştır. 10) Dünyanın manyetik alanı nasıl oluşur, fonksiyonu nedir? Dünyanın manyetik alanı merkezinde sıvı halde bulunan iletkenlerin hareketiyle oluşur. Güneşten ve güneş sistemi dışından gelen yüksek enerjili, yüklü (elektrik yükü) parçacıkların dünyaya ulaşmasını engeller. 11) Kutup ışıkları olarak bilinen etki nasıl oluşur? Yüklü parçacıkların bir kısmı iyonosfer tabakasına ulaşırlar. Buradaki atomlarla etkileşerek kuzey ışıklarının oluşmasına neden olurlar. Bu etkileşimlerde çıplak gözle görülmeyen X ışınları da salınabilir. 12) Samanyolu gök adası yaklaşık olarak kaç yıldız ihtiva eder? Yaklaşık 200 milyar yıldız 13) Uzayda Samanyolu na en yakın konumda bulunan galaksiye ışık kaç yılda ulaşabilir? Andromeda galaksisi yaklaşık 2 milyon ışık yılı uzaklıktadır. 14) Temel kuvvetler nelerdir? Uzayın gözlenen yapısını hangi temel kuvvet şekillendirir? Zayıf nükleer kuvvet, güçlü nükleer kuvvet, elektromanyetik kuvvet, ve kütle çekim kuvveti. Evrenin görünen yapısını kütle çekim kuvveti şekillendirir. 15) Spin nedir? Spin=0, Spin=1/2, Spin=1, ve Spin=2 olan parçacıklara örnek veriniz. Spin, temel parçacıkların kendilerine özgü açısal momentum değerleridir. Spin değerleri tam sayı olan parçacıklara bozon (0,1,2...), kesirli olan parçacıklara fermiyon adı verilir (1/2,3/2,5/2...) Spin 0: Higgs bozonu. 1964 yılında standart modele göre var olması gerektiği ön sürülen bu parçacık, 2012 yılında Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi nde (CERN) gözlemlenmiştir. Spin ½: Madde olarak adlandırdığımız herşey spin ½ fermiyonlardan oluşur. Kuarklar ve leptonlar olarak iki kola ayrılır. Kuarklar: En çok bilinen yukarı (u), ve aşağı (d) kuarklardır. (ingilizce up ve down kelimelerinin baş harfleri) Atom çekirdeğindeki proton ve nötronlar kuarkların birleşiminden oluşmaktadır. Proton (uud), Nötron (udd) Leptonlar: Elekronlar ve nötrinolar leptonlara örnektir. Bunlar temel parçacıklardır. Etrafımızda madde olarak gördüğümüz herşey yukarı kuark (u), aşağı kuark (d), ve elektronların birleşmesinden oluşmuştur.
Spin1: Foton, Gluon, W ve Z bozonları Spin2: Kütle çekim kuvvetini taşıdığı varsayılan graviton. Bu parçacığı gözlemlemek henüz mümkün olmamıştır. 16) Nötron yıldızı nedir? Nasıl oluşur? Süpernova patlamasından sonra geriye kalan kütlenin kendi içine çökmesiyle oluşur. Çoğunlukla nötronlardan, az miktarda proton ve elektronlardan oluşur. Nötron yıldızlarının yoğunluğu çok yüksektir. Güneşin 1.5 katı kütleye sahip bir nötron yıldızının yoğunluğu sadece 10 km civarındadır. Nötron yıldızlarının yaklaşık %5 i ikili yıldız sistemlerinin üyeleridir. Einstein ın Genel görelilik kuramı, ikili yıldız sistemlerinin kütleçekimsel dalgalar yayacağını ve zaman içinde yıldızlar arasındaki mesafenin azalacağını söyler. Kütleçekimsel dalgaların varlığı ile ilgili ilk kanıt, nötron yıldızı içeren bir ikili yıldız sisteminin gözlemlenmesi ve yıldızlar arasındaki mesafenin genel görelilik kuramının tahminleriyle uyumlu bir biçimde değiştiğinin bulunmasıyla elde edilmiştir. 17) Karadelik nedir? Kara deliğin merkezindeki tekilliğin olay ufkunun arkasında saklı olmasının önemi nedir? Karadelik merkezde kütle-çekimsel çökme ile oluşmuş bir tekillik ve onun etrafını saran olay ufkunun oluşturduğu yapıdır. Genel görelilik kuramına göre madde ve enerji uzay-zamanın eğrilmesine yol açar. Tekillik ise bu eğriliğin sonsuza yaklaştığı noktadır. Penrose ve Hawking tarafından ortaya atılan tekillik teoremlerine göre kütle-çekimsel çökme sonucunda bir tekilliğin ortaya çıkması kaçınılmazdır. Evrende bir tekilliğin bulunması fizik yasalarını geçersiz kılar. Ancak kara delikten herhangi bir sinyalin dışarı çıkması imkansız olduğundan merkezindeki tekillik evrenin diğer yapıları etkileyemediği gibi, onlar için görünmezdir. Kara deliğin olay ufkunu geçen her parçacık merkezdeki tekilliğe doğru sürüklenir. Işık dahi dışarı çıkamaz. Bu nedenle bu yapıları direk olarak gözlemlemek imkansızdır. Samanyolu galaksisinin merkezinde yıldızların yaklaşık 4 milyon güneş kütlesine sahip görünmez bir yapının etrafında hızla döndükleri tespit edilmiştir. Bu hareketin en iyi açıklaması galaksinin merkezinde süper-kütleli bir kara deliğin varlığıdır. Diğer spiral galaksilerin merkezlerinde de benzer kara delikler olduğu düşünülmektedir. 18) Büyük patlama teorisi nedir? Bu teoriyi destekleyen veriler nelerdir? Büyük patlama teorisine göre evren yaklaşık 13.8 milyar yıl önce sonsuz yoğunluktaki tek bir noktadan (tekillik) oluşmuş ve genişleyerek bugünkü halini almıştır. Kozmik arka plan ışıması ve evrenin genişlemesi büyük patlama teorisini destekleyen en önemli kanıtlardır. 19) Kozmik arka plan ışıması nedir? Uzayın sıcaklığı şu anda yaklaşık kaç derecedir? Büyük patlama teorisine göre, patlamadan yaklaşık 380000 yıl sonra proton ve elektronlar ilk hidrojen atomlarını oluşturdu. Bu atomlarla etkileşmeyen ışık parçacıkları uzayda serbertçe hareket etmeye başladı. Böylece madde ve ışık birbirinden ayrıldı. Kozmik arka plan ışıması evrende her yönde eşit miktarda dağılan bu ilk serbest ışık parçacıklarının oluşturduğu elektromanyetik dalgalardır. Kozmik arka plan ışıması ilk ortaya çıktığında 3000 Kelvin olan evrenin sıcaklığı, evrenin genişlemesi ile birlikte yaklaşık 3 Kelvin e (-273 derece) kadar düşmüştür, ve düşmeye devam etmektedir.
20) Evrenin genişlemesi ne anlama gelir? Hangi gözlemlerle anlaşılır? Evrenin genişlemesi galaksiler arasındaki uzay boşluğunun genişlemesi anlamına gelir. Hubble ın gözlemleriyle kesin olarak kanıtlanmış olsa da ilk olarak Friedmann tarafından genel görelilik denklemleri kullanılarak ispatlanmıştır. Evren genişliyorsa diğer galaksilerin bizden uzaklaşması, ve nisbeten uzak olanların daha hızlı uzaklaşması beklenir. Hubble ın gözlemleri ile bu kanıtlanmıştır. Evren her yönde genişliyorsa zamanda geri girildiğinde bir noktadan başlamış olması gerekir. Bu da büyük patlama teorisine kanıt oluşturur. 21) Heisenberg belirsizlik ilkesi nedir? Belirsizlik ilkesine göre bir sistemin konumu ve momentumu (veya birbirinden bağımsız olmayan herhangi iki değişkeni) aynı anda tam doğru olarak belirlenemez. 22) Pauli dışarlama ilkesi nedir? Pauli dışarlama ilkesine göre iki veya daha fazla fermiyon aynı anda aynı kuantum durumunu işgal edemez. Örnek olarak bir atomda iki elektronun tüm kuantum sayıları aynı olamaz. (n:temel kuantum sayısı, l: açısal momentum kuantum sayısı, m: manyetik kuantum sayısı, s:spin kuantum sayısı). İki elektron aynı yörünge üzerinde ise ve n,l,m sayıları aynı ise, birinin spin sayısı +1/2 diğerininki ise -1/2 olmalıdır. Bozonlar (spin:0,1,2...) Pauli dışarlama ilkesine tabi değillerdir. Aynı anda birçok bozon aynı kuantum durumunda bulunabilir. 24) Matematiksel anlamda Grup Teorisi nedir? Fiziğin en çok hangi alanında kullanılır? Matematiksel anlamda grup soyut bir küme ve elemanları arasında tanımlanmış ve bazı temel özellikleri sağlayan bir işlemden oluşur. En çok parçacık fiziğinde kullanılır. 25) Riemann geometrisi nedir? Fiziğin en çok hangi alanında kullanılır? Riemann geometrisi eğri yüzeyleri inceleyen diferansiyel geometrinin geniş ve soyut bir genellemesidir. Einstein ın genel görelilik kuramının temelini oluşturur.