ORTAÖĞRETİM. Fizik 11 DERS KİTABI YAZARLAR

ORTAÖĞRETİM Fizik 11 DERS KİTABI YAZARLAR M. Altan KURNAZ Ali DEĞERMENCİ Celâlettin KALYONCU Engin PEKTAŞ Güntaç BAYRAKTAR Uğur AYDIN Yeliz MORADAOĞLU DEVLET KİTAPLARI BEŞİNCİ BASKI., 2014

M LLÎ E T M BAKANLI I YAYINLARI...: 4896 DERS K TAPLARI D Z S...: 1479 14.?.Y.0002.4034 Her hakkı saklıdır ve Millî Eğitim Bakanlığına aittir. Kitabın metin, soru ve şekilleri kısmen de olsa hiçbir surette alınıp yayımlanamaz. EDİTÖR Prof. Dr. Salih ÇEPNİ DİL UZMANI Özlem KUDUBAN GÖRSEL TASARIM UZMANI Adem Yavuz HIZAL PROGRAM GELİŞTİRME UZMANI Vedat UZUNER ÖLÇME DEĞERLENDİRME UZMANI Yurdagül GÜNAL REHBERLİK UZMANI Adem POLAT ISBN: 978-975-11-3426-4 Millî Eğitim Bakanlığı, Talim Terbiye Kurulu Baflkanl n n 10.02.2010 gün ve 12 say l kararı ile ders kitab olarak kabul edilmifl, Destek Hizmetleri Genel Müdürlüğünün 28.03.2014 gün ve 1310094 say l yaz s ile beşinci defa 357.609 adet bas lm flt r.

Korkma, sönmez bu şafaklarda yüzen al sancak; Sönmeden yurdumun üstünde tüten en son ocak. O benim milletimin yıldızıdır, parlayacak; O benimdir, o benim milletimindir ancak. Çatma, kurban olayım, çehreni ey nazlı hilâl! Kahraman ırkıma bir gül! Ne bu şiddet, bu celâl? Sana olmaz dökülen kanlarımız sonra helâl. Hakkıdır Hakk a tapan milletimin istiklâl. Ben ezelden beridir hür yaşadım, hür yaşarım. Hangi çılgın bana zincir vuracakmış? Şaşarım! Kükremiş sel gibiyim, bendimi çiğner, aşarım. Yırtarım dağları, enginlere sığmam, taşarım. Garbın âfâkını sarmışsa çelik zırhlı duvar, Benim iman dolu göğsüm gibi serhaddim var. Ulusun, korkma! Nasıl böyle bir imanı boğar, Medeniyyet dediğin tek dişi kalmış canavar? Arkadaş, yurduma alçakları uğratma sakın; Siper et gövdeni, dursun bu hayâsızca akın. Doğacaktır sana va dettiği günler Hakk ın; Kim bilir, belki yarın, belki yarından da yakın Bastığın yerleri toprak diyerek geçme, tanı: Düşün altındaki binlerce kefensiz yatanı. Sen şehit oğlusun, incitme, yazıktır, atanı: Verme, dünyaları alsan da bu cennet vatanı. Kim bu cennet vatanın uğruna olmaz ki feda? Şüheda fışkıracak toprağı sıksan, şüheda! Cânı, cânânı, bütün varımı alsın da Huda, Etmesin tek vatanımdan beni dünyada cüda. Ruhumun senden İlâhî, şudur ancak emeli: Değmesin mabedimin göğsüne nâmahrem eli. Bu ezanlar -ki şehadetleri dinin temeli- Ebedî yurdumun üstünde benim inlemeli. O zaman vecd ile bin secde eder -varsa- taşım, Her cerîhamdan İlâhî, boşanıp kanlı yaşım, Fışkırır ruh-ı mücerret gibi yerden na şım; O zaman yükselerek arşa değer belki başım. Dalgalan sen de şafaklar gibi ey şanlı hilâl! Olsun artık dökülen kanlarımın hepsi helâl. Ebediyyen sana yok, ırkıma yok izmihlâl; Hakkıdır hür yaşamış bayrağımın hürriyyet; Hakkıdır Hakk a tapan milletimin istiklâl! Mehmet Âkif Ersoy

GENÇLİĞE HİTABE Ey Türk gençliği! Birinci vazifen, Türk istiklâlini, Türk Cumhuriyetini, ilelebet muhafaza ve müdafaa etmektir. Mevcudiyetinin ve istikbalinin yegâne temeli budur. Bu temel, senin en kıymetli hazinendir. İstikbalde dahi, seni bu hazineden mahrum etmek isteyecek dâhilî ve hâricî bedhahların olacaktır. Bir gün, istiklâl ve cumhuriyeti müdafaa mecburiyetine düşersen, vazifeye atılmak için, içinde bulunacağın vaziyetin imkân ve şeraitini düşünmeyeceksin! Bu imkân ve şerait, çok namüsait bir mahiyette tezahür edebilir. İstiklâl ve cumhuriyetine kastedecek düşmanlar, bütün dünyada emsali görülmemiş bir galibiyetin mümessili olabilirler. Cebren ve hile ile aziz vatanın bütün kaleleri zapt edilmiş, bütün tersanelerine girilmiş, bütün orduları dağıtılmış ve memleketin her köşesi bilfiil işgal edilmiş olabilir. Bütün bu şeraitten daha elîm ve daha vahim olmak üzere, memleketin dâhilinde iktidara sahip olanlar gaflet ve dalâlet ve hattâ hıyanet içinde bulunabilirler. Hattâ bu iktidar sahipleri şahsî menfaatlerini, müstevlîlerin siyasî emelleriyle tevhit edebilirler. Millet, fakr u zaruret içinde harap ve bîtap düşmüş olabilir. Ey Türk istikbalinin evlâdı! İşte, bu ahval ve şerait içinde dahi vazifen, Türk istiklâl ve cumhuriyetini kurtarmaktır. Muhtaç olduğun kudret, damarlarındaki asil kanda mevcuttur. Mustafa Kemal Atatürk

ÖN SÖZ Öğretim programları birçok ülkede, ihtiyaçlar doğrultusunda, uzmanların yaklaşık beş yılda bir bir araya gelmesi ile köklü değişimlere uğramakta veya tamamen değiştirilmektedir. Örneğin; Avrupa Birliği (AB) üye ülkeleri komisyonlar oluşturarak bu ülkelerdeki eğitimin kalitesini artırmak için sürekli çalışmaktadırlar. Bu süreçte, üst düzey düşünme yetenekleri, bilgi ve iletişim teknolojileri, yapısalcı veya yaşam temelli öğrenme yaklaşımları, alternatif ölçme - değerlendirme yaklaşımları gibi kavramlar öğretim programlarında yeni eğilimler ve ortak kavramlar olarak tanıtılmaktadır. Ülkemiz açısından bakıldığında Ortaöğretim Fizik Dersi Öğretim Programı yirmi yılı aşkın bir süredir önemli bir değişikliğe uğramamıştır. Bu program, davranışçı öğrenme kuramını temel almıştır. Bu süreçte hazırlanan fizik ders kitapları, öğretmenlerin kitaplardaki bilgileri daha çok düz anlatım yöntemi kullanarak sunabilecekleri bir tarzda yazılmıştır. Çağımızda ise öğrencinin aktif olduğu, yaparak - yaşayarak bilgiye ulaştığı, öğrencinin zekâ türüne uygun öğretilerle kavramların irdelendiği, değerlendirmede alternatif ölçme - değerlendirme yaklaşımının birçok tekniğinin kullanıldığı ve performans gelişimine odaklanan öğrenme kuramlarının savunulduğu fikirler ön plana çıkmaktadır. Dolayısıyla bu fikirleri yansıtacak fizik ders kitaplarına ihtiyaç duyulmaktadır. 2008 yılında geliştirilen 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nın çağa uygun öğrenme anlayışlarına paralel şekilde, hızlı değişimlere ayak uydurabilecek, esnek ve dinamik bir yapıya sahip olduğuna inanılmaktadır. 2008 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nın temel yapısı aşağıdaki modelde gösterilmiştir. Aşağıdaki modelde beceri ve bilgi kazanımları sırasıyla ağaç, kök ve meyve ile temsil edilmektedir. Bilgi ve beceri kazanımlarının dönüşümlü olarak birbirini desteklediğini göstermek için modelde su damlası benzetmesi kullanılmıştır. MANYETİZMA %16 MODERN FİZİK %23 KUVVET VE HAREKET %23 DALGALAR %10 %12 YILDIZLARDAN YILDIZSILARA %16 Problem Çözme Becerileri Bilişim ve İletişim Becerileri Fizik Teknoloji Toplum Çevre Kazanımları Tutum ve Değerler Problem Çözme Becerileri Bilişim ve İletişim Becerileri Fizik Teknoloji Toplum Çevre Kazanımları Tutum ve Değerler 2008 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nın Temel Yapısı (MEB, 2008). Yeni programın başarıya ulaşması için öncelikle Fizik Dersi Öğretim Programlar ımıza yeni giren Yaşam (Bağlam) Temelli Öğrenme ve Yapısalcı Öğrenme Yaklaşımları; Problem Çözme Becerileri (PÇB), Bilişim ve İletişim Becerileri (BİB), Fizik - Teknoloji - Toplum - Çevre (FTTÇ) Yaklaşımı, Tutum ve Değerler (TD) ve Alternatif Ölçme ve Değerlendirme Yaklaşımı gibi konu veya kavramların öğretmenler tarafından çok iyi bir şekilde anlaşılması gerekmektedir. Bu kavramlar aşağıda özetlenmiştir. A. Yaşam (Bağlam) Temelli Öğrenme Yaklaşımı: Yeni programlarda bağlam kavramı; 7

öğrencilerin günlük yaşantıda karşılaştığı veya karşılaşabileceği gerçek bir durumdan, bir olaydan, bir olgudan veya günlük yaşantıda kullandığı veya yakından tanıdığı bir teknolojik araçtan yola çıkarak ünitede verilmek istenen konu veya kavramları, ilişkilendirme anlamında kullanılmaktadır. Okul bilgisi ile yaşam bilgisinin birbiriyle olan ilişkisi, fizik kitaplarına çok az yansıdığından ülkemizde birçok öğrenci, fizik derslerini sıkıcı bulmakta ve haklı olarak Bu dersleri bizlere niçin okutuyorlar? Fizik derslerinde anlatılan bilgilerle gerçek yaşantımızda hangi sorunlarımızı çözebiliriz? gibi sorular sormaktadırlar. Geleneksel fizik kitaplarında ve derslerinde bu soruların cevaplarını bulamayan öğrencilerin fizik derslerine olan ilgileri azalmakta ve öğrenciler buna paralel olarak fizik derslerinde başarısız olmaktadırlar. Ayrıca fizik derslerini seçen öğrenci sayısında her geçen gün bir düşüş yaşandığı da gerçektir. Bağlam temelli öğrenme yaklaşımı; öğrencilerin günlük yaşantıda karşılaştıkları bir olayı veya günlük yaşantıda kullandıkları ve yakından tanıdıkları teknolojik bir aracı temel alarak ünitede geçen konu veya kavramların bu olay veya araç ile olası bağlantılarını kuran bir yaklaşımdır. Yapısalcı öğrenme kuramı ile iç içe olduğu bilinen bu yaklaşımın amacı, öğrencilerin edindikleri bilgileri yeni durumlara transfer edebilmelerini sağlamaktır. Bağlamsal öğrenmede çok etkili olduğu bilinen ve kullanılan stratejiler; çok etkili olarak bilinen öğretmenleri kapsayan çalışmalardan elde edilen sonuçlar, öğretmenlerin derslerinde vurgu yaptıkları beş önemli hususu ortaya çıkarmıştır. Bu konular bağlamsal öğrenme yaklaşımının benimsediği stratejiler olarak tanımlanmıştır. Bunlar; a) İlişkilendirme: En kuvvetli bağlamsal öğrenme stratejisi olarak kabul görmektedir. Öğrencilerin ön bilgileri ve hayat tecrübeleri ile öğrenecekleri bilgiler arasında ilişki kurmaları bilgileri anlamlı öğrenmelerini sağlayacaktır. Öğrenciler genellikle yeni bilgiyi, benzer bilgilerle rahatlıkla ilişkilendiremezler. Bu nedenle öğretmenler öğrencilere gerçekle uyumlu durumlar sunmak için bu süreci dikkatle planlamalı ve örneklendirilen olayları gerçek yaşam kesitinden almalıdırlar. Öğrencilerin ilgisini çekmek amacıyla günlük yaşantıda karşılaşılan olaylar ve kullanılan teknolojik araçlarla ilgili kavramlar arasında bağlantılar kurarak derse başlamak da öğrencilerin fiziğe karşı olan tutumunu pozitif yönde etkileyecektir. b) Tecrübe etme: İlişkilendirme; öğrencilerin sınıfa getirdikleri yeni bilgileri, birikimleri ve ön bilgileri birleştirmeleriyle mümkündür. Öğrenciler tecrübe ve ön bilgi yönünden yeterli düzeye ulaşmamışlarsa, bu ilişkileri görmeleri oldukça zordur. Bu aşama, daha çok onların karşılaşacakları yeni bir durumu anlamalarında veya bir problemi çözmelerinde gerekecek bilgi ve becerileri geliştirmeleri için kullanılır. Bu aşamada öğrencilerin keşfetme, bulma, icat etme yolu ile yaparak ve yaşayarak öğrenmeleri gerekir. Laboratuvarlarda yapılan deney veya etkinliklerin yanında, problem çözme aktiviteleri (öğrencilerin problem çözme becerisi, analitik düşünme, iletişim kurma, grup etkileşimini geliştirme) ve soyut kavramları model ve benzetimler kullanarak anlamaları kritik öneme sahiptir. c) Pratik yapma / Uygulama: Öğrencilerin kavramları gerçek yaşamda kullanıp bunlardan fayda sağlamak için gayret sarf ettikleri aşamadır. Günlük yaşantıda hangi olaylar veya teknolojiler öğrendiğim kavramlarla ilişkilidir? düşüncesi ile hareket eden öğrenciler, günlük yaşantıdan bulabildiği kadar özel örnekler bulur ve bu örneklerle öğrenilen kavramın nasıl bir bağlantı içerisinde olduğunu sorgularlar. Onların bu süreçte, öğrenilen bilgilerin pratikte bir işe yaradığı veya merak ettikleri olayların açıklamalarına katkı sağladığı yönünde bir anlayış geliştirmeleri mutlaka sağlanmalıdır. ç) İş birliği oluşturma / Grupla çalışma: Grup çalışmaları bireysel çalışmalara oranla öğrenci başarısını ve motivasyonunu oldukça artırdığı kabul gören bir ilkedir. Problem çözme aktiviteleri, çoğu zaman gerçekle iç içe olduğundan karmaşıktır. Öğrenciler, bireysel çalıştıklarında ve öğretmenlerinden yardım alamadıklarında çalışmaları, çoğunlukla olumsuz olarak neticelenmektedir. Oysa öğrenciler, problemler üzerinde küçük gruplar oluşturarak iş birliği içinde çalışırlarsa dışarıdan küçük bir yardımla problemi çözebilirler. Çünkü öğrenciler akranlarıyla birlikte çalıştıklarında bireysel stres ve kaygı düzeyleri azalır. Arkadaşlarına rahatlıkla sorular sorar, fikirlerini başkası ile paylaşır ve kendilerine olan güven duygularını geliştirirler. Bu yolla fikir veya bilgilerinin test edilmesini veya değerlendirmesini öğrenirler. Bu süreçte öğretmen duruma uygun biçimde, bazen yönlendirici, motive edici, bilgi veya kaynak sağlayıcı, bazen açıklayıcı gibi çeşitli roller üstlenebilirler. Fakat hiçbir zaman dersi anlatan bir birey olmazlar. d) Transfer etme: Öğrenilen bilginin, henüz öğrenilmemiş yeni bir duruma uyarlanması veya 8

öğrencilerin dikkatini çekmemiş yeni bir olayla ilişkilendirmesinin sağlanmasıdır. Bilginin transferi hem ders içi hem de ders dışı durum veya olaylar üzerine yapılabilir. Ders dışı ilişkilendirmelerle öğrenciler, öğrendikleri bilgi veya kavramaların farklı disiplinlerdeki yerini ve ilişkilerini kavrarlar. Öğrencinin algılamada zorluk çektiği yeni bir teknolojiyi veya kavramı anlamada ve günlük yaşantıda daha önce çözemediği bir problemi çözmede bilgilerini kullanma, bu strateji kapsamında ele alınır. B. Yapısalcı Öğrenme Yaklaşımının 5E Modeli a) Girme aşaması: Öğrencilerin eski fikirlerinin farkında olmalarının sağlanması amacıyla konu hakkında bildiklerini tanımlamalarına yardımcı olunur. Bu aşamada eğlendirici, merak uyandırıcı bir girişle derse başlanır ve öğrencilere anlatılacak olayın nedeni hakkında sorular sorulur. Burada önemli olan öğrencilerin doğru cevabı bulmaları değil, değişik fikirler ileri sürmeleri ve soru sormaya özendirilmeleridir. b) Keşfetme aşaması: Öğrenciler birlikte çalışıp deneyler yaparak, öğretmenin yönlendirebileceği bilgisayar, video ya da kütüphane ortamında çalışarak sorunu çözmek için düşünceler üretirler. Bu düşünceler öğretmenin süzgecinden geçerken olayı çözümlemek için becerilere ve çözüm yollarına dönüştürülür. Bu aşama öğrencilerin en aktif oldukları aşamadır. c) Açıklama aşaması: Bu basamakta öğretmen, öğrencilerin yetersiz olan eski bilgilerini daha doğru olan yenileriyle değiştirmelerine yardımcı olur. Modelin öğretmen merkezli aşamasıdır. Öğretmen, formal tanımları ve bilimsel açıklamaları yapar; öğrencilere karşılaştıkları durumlarla ilgili düşünceleri açıklamaları ve problemleri çözmeleri için yardımcı olur. Ayrıca çözüm yolları ile ilgili açıklamalarda bulunmalarını sağlar. Gerektiği durumlarda temel bilgi düzeyinde açıklamalarda bulunarak öğrencilere yardımcı olur. ç) Derinleşme aşaması: Bu aşamada öğrenciler kazandıkları bilgileri veya problem çözme yaklaşımını; yeni olaylara ve günlük yaşantıda karşılaştıkları problemlere uygularlar. Bu yolla zihinlerinde daha önce var olmayan yeni kavramları öğrenmenin yanında yeni elde ettikleri bilgileri, formal terimleri, tanımları kullanmaları ve yeni durumlarda anlayışlarını sergilemeleri yönünde teşvik edilirler. d) Değerlendirme aşaması: Öğretmenin, öğrenciler problem çözerken veya çeşitli etkinlikler yürütürken izlediği ve gerektiğinde onlara açık uçlu sorular sorduğu bir aşamadır. Bu aynı zamanda yeni kavram ve becerileri öğrenmede öğrencilerin kendi gelişmelerini değerlendirdikleri aşamadır. C. Problem Çözme Yaklaşımı (PÇB) Problem, öğrencinin karşılaştığı bir olayı sahip olduğu mevcut bilgi ile açıklayamaması biçiminde ifade edilebilir. Problem çözme sürecinde öğrenci karşılaştığı durumu tanımlar, çözüm için öneriler geliştirir, bunları test eder ve sonuca ulaşır. Bu özelliklerden dolayı problem çözme bir öğretim yaklaşımı olarak kullanılabileceği gibi araştırma yöntemi olarak da kullanılabilir. Problem çözme yaklaşımının kullanılması için öğrencilerin bazı yeterliliklere sahip olmaları, gerekmektedir. Öğrencilerin problemi çözebilecek ön bilgi, beceri ve zihinsel yeterliliğe sahip olmaları, problem çözme becerilerine sahip olduklarının bir göstergesi olarak kabul edilebilir. Öğrencilerin problem çözme becerilerinin geliştirilmesini sağlamak için aşağıda verilen altı basamak takip edilebilir: 1. Problemi tanımlama 2. Geçici hipotezler oluşturma 3. Probleme çözüm yolu oluşturma 4. Veri toplama 5. Sonuç çıkarma 6. Sonuçları test etme Bu yaklaşımda, üründen ziyade öğrencilerin problem çözme sürecinde kazandıkları deneyim ve becerilere önem verilmelidir. Bununla birlikte öğretmene problem çözme sürecinde düşen görev ve sorumluluklar şu şekilde sıralanabilir: 1. Öğrencileri problem çözmeye hazırlama a. Öğrencinin ilgisini çekebilecek etkinlikler tasarlama b. Problemin algılanmasını sağlayacak düzeyde etkinlikler tasarlama c. Problemin çözüm yolunu öğrencilerin, öncelikle zihinlerinde canlandırmalarını sağlama ç. Problem çözümünde takip edilebilecekleri işlem basamaklarını tasarlama 9

2. Benzer problemlerle öğrencileri karşılaştırma 3. Problemi öğrencilerin seviyelerine göre sunma 4. Problemin öneminin farkında olmalarını sağlama 5. Öğrencileri, problemin çözümünün sağlayabileceği katkılardan haberdar etme 6. Öğrencilerin gerekli araç - gereci kolay temin etmelerini sağlama 7. Gerektiğinde öğrencilerin, uzmanlarla iletişime geçmelerine yardımcı olma 8. Öğrencilerin ulaştıkları çözümü diğer problemlerin çözümünde kullanabileceklerini onlara fark ettirme 9. Problemin çözüm sürecini değerlendirme 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nda yer alan problem çözme becerileri bu kitabın sonundaki eklerde verilmiştir. Ç. Bilişim ve İletişim Becerileri (BİB) Günümüzde bilgiye ulaşmada İnternet ve bilgisayar gibi teknolojik ürünler önemli bir yer tutmaktadır. Bu nedenle 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı, bilişim çağının en önemli gereksinimlerinden olan temel bilgi teknolojilerini ve iletişim becerilerini öğrencilere kazandırmak için bilişim ve iletişim becerilerine özel önem vermiştir. Bu becerilere sahip olan öğrenciler; ihtiyaç duyduğu her konuda teknolojinin tüm olanaklarını kullanmak suretiyle sistematik bir hazırlık evresinden geçerek istediği bilgiye ulaşabilme, bu bilgileri en etkin şekilde işleyerek yorumlayabilme ve sunabilme becerilerini de kazanacaktır. Bilişim ve iletişim beceri kazanımlarının gelişmesini sağlayabilmek amacıyla etkinlikler hazırlanmış ve bu etkinlikler kitap içerisinde farklı yerlerde metin-görsel ilişkisi kurularak sunulmuştur. 2008 11. sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nda yer alan bilişim ve iletişim becerileri bu kitabın sonunda yer alan eklerde verilmiştir. D. Fizik-Teknoloji-Toplum-Çevre Becerileri (FTTÇ) Bu beceriler; fizik ile toplum, teknoloji ve çevre arasındaki ilişkileri anlama, yorumlama ve geliştirmeyi sağlayan kazanımları içermektedir. 2008 Yılı 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nda yer alan FTTÇ kazanımları bu kitabın sonundaki eklerde verilmiştir. E. Tutum ve Değerler (TD) Bu beceriler; öğrencileri bilimsel ve teknolojik bilgiler edinmeye, bu bilgilerin sadece kendisi için değil, karşılıklı olarak toplumun ve çevrenin yararına yönelik kullanılmasını destekleyen tutum ve değerleri geliştirmeye teşvik etmektedir. 2008 Yılı 11. Sınıf Fizik Dersi Öğretim Programı nda yer alan TD kazanımları bu kitabın sonundaki eklerde verilmiştir. F. Alternatif Ölçme-Değerlendirme Yaklaşımları a) Alternatif ölçme ve değerlendirme: Tek doğru cevabı bulunan çoktan seçmeli testlerin de içinde bulunduğu geleneksel değerlendirme tekniklerinin dışında kalan ve öğrenme ürünü ile birlikte öğrenme sürecinin de değerlendirildiği ölçme ve değerlendirme yaklaşımıdır. Alternatif ölçme ve değerlendirmede en temel amaç, öğrencilerin istenilen alandaki bilgi ve becerilerini ölçmek için o alanla ilgili öğrencilere bir görev verip onların o görevdeki etkinliklerini, geçerlik ve güvenirlikleri sağlanmış ölçme araçları kullanarak tespit etmektir. b) Performans değerlendirme: Ürün seçki dosyası (portfolyo), kavram haritaları, yapılandırılmış grid, tanılayıcı dallanmış ağaç, bulmaca, kelime ilişkilendirme, proje, drama, görüşme, rapor, gösteri, poster, matris bulmaca, grup veya akran değerlendirmesi, kendi kendini değerlendirme gibi alternatif ölçme-değerlendirme teknikleri olarak ifade edilebilir. Kitap hazırlanırken bilgiyi ölçmenin yanında beceriyi de ölçebilen alternatif ölçme-değerlendirme tekniklerinin kullanılması benimsenmiş ve içerikte, mümkün olduğunca bu tekniklerden faydalanılmıştır. Bununla birlikte açık uçlu soru, çoktan seçmeli test, boşluk doldurma, doğruyanlış, eşleştirme gibi ölçme-değerlendirme tekniklerinden de yararlanılmıştır. Bu yeni yaklaşımın başarılı olmasında; öğretmenlerin öğrencilerine etkili bir rehberlik yapmaları, zengin ve iş birlikçi öğrenme ortamları sunmaları; öğrencilerin deneyimlerini, becerilerini ve okul bilgilerini ilişkilendirebilecekleri sosyal, kültürel ve teknolojik çevre zenginliğinin sağlanması kritik öneme sahiptir. Bağlama dayalı materyaller sayesinde fiziğin günlük yaşantıdaki yeri, hayatla olan iç bağlantıları, nerede hangi sorunların çözümünde kullanıldığı, çeşitli bağlamlarla (günlük yaşantıdan hikâyeler, gerçek yaşam olayları ve günlük 10

yaşantıda kullanılan bir teknolojik araç vb.) ilişkilendirilerek fizik bilgi veya kavramlarının derinliği öğrencilere mutlaka kavratılmalıdır. Bu kitap hazırlanırken; öğrencilerin öğrenirken zevk almaları, bazen sahip oldukları beceriler ile bilgilere erişebilirken bazen de sahip olduğu bilgiler ile becerilerini geliştirdikleri, yaratıcı ve kritik düşünebilmeleri ve öğrenimlerinden kendilerinin sorumlu olmaları gibi anlayışlar göz önünde tutulmuştur. Kitapta, üniteler fizik dersi öğretim programının kazanımları doğrultusunda bir veya birkaç bağlam dikkate alınarak ve öğrencilerin karşılaşabilecekleri olaylarla ilişkilendirilerek işlenilmiştir. Kitaptaki bilgiler ve etkinlikler yapısalcı öğrenme kuramına uygun, bağlamsal öğrenmede kullanılan stratejilerin doğasını yansıtabilecek bir yapıda hazırlanmaya çalışılmıştır. Öğrenciden beklenen kazanımlar: Öğrencilerin Dünya hakkında meraklı olmaları ve Dünya yı anlamaya yönelik araştırmalar yapmaları, Öğrencilerin bilimsel ve teknik konularla ilgilenmeleri; fiziğe karşı ilgi, hayranlık ve olumlu tutum geliştirmeleri, Öğrencilerin bilimsel araştırmaların süreçlerini anlamaları, fiziğin açıklayıcı yapısı ve bilgileri hakkında genel bir fikir elde etmeleri, Bu fikirlerin niçin önemli olduğunu fark etmeleri, Şimdiki ve daha sonraki bağlamlarında günlük içerikte almak istedikleri kararların altında yatan mantığın farkına varmaları, Bilimsel bir konuyla ilgili raporları eleştirel olarak inceleyebilmeleri ve anlayabilmeleri, Fen konuları ile ilgili sürece aktif bir şekilde katılmaları ve sorunlar hakkında kişisel bakış açılarını ifade edebilmeleri, Daha geniş öğrenci kitlesini teşvik etmek için fiziğin ayrıntılı bir uygulamasını sağlayabilme, Hem ilgileri hem de mesleki amaçları için gerektiğinde başka bilgileri elde edebilmeleri, şeklinde sıralanabilir. Öğrenme Sürecinde Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar 1. Bilgi verme yerine bilgiye ulaşma yolları; etkinlikler, projeler, posterler ve performans ödevleri yardımıyla öğretilmeye çalışılmıştır. 2. İnternet ve bilgisayardan faydalanmak, bu alandaki deneyimleri artırmak için öğrenci birçok durumda bilişim teknolojilerine yönlendirilmiştir. Bu yolla, öğrencilerin bilgiye en kısa zamanda ve etkili olarak ulaşmaları amaçlanmıştır. 3. Kavram yanılgısını giderme ve kavramsal değişimi sağlamak için her ünitede olası kavram yanılgılarına özel vurgu yapılarak bunların etkinlikler yolu ile giderilmesi amaçlanmıştır. 4. Ünitelerdeki kazanımlar, bağlam temelli olacak şekilde yapısalcı öğrenme kuramında yer alan 5E modeli ile iç içe işlenerek öğrencilerin becerileri ve tutumlarında arzu edilen değişimlerin ve gelişimlerin sağlanmasına çalışılmıştır. Bu yolla fizikte amaçlanan konu ve kavramlar hem bağlamla ilişkilendirilmiş hem de öğrenciyi merkeze alan çağdaş öğretim, yöntem ve teknikleriyle fiziğin öğretilmesi sağlanmıştır. 5. İlköğretim fen ve teknoloji öğretim programlarında olduğu gibi 2008 Yılı 11. Sınıf Fizik Ders Programı nda yer alan üniteler, disiplinler ve sınıflar arasında sarmal yapının doğasına uygun ilişkilendirmeler yapılmıştır. 6. Program; klasik ölçme - değerlendirmeyi dışlamamakla birlikte, alternatif ölçme - değerlendirme ve performans gelişimi odaklı ölçme - değerlendirmeyi ön planda tutmuştur. Başarılar getirmesi dileğimle Editör Prof. Dr. Salih ÇEPNİ 11

KİTABIMIZI TANIYALIM Kazanımların Renklendirilmesi Kitabın tamamından fizik dersini üç veya dört saat seçen öğrenciler sorumludur. Fizik dersini iki saat seçen öğrenciler ise siyah renkle yazılan kazanımlardan sorumludur. Kazanımlar, müfredatın bu ayrımına göre renklendirilmiştir. Araç ve Gereçler Etkinliklerin gerçekleştirilmesinde kullanılacak araçlar ve gereçler sıralanır. Etkinlik Öğrencilerin, verilen araç - gereçleri kullanarak istenilen bilgiyi kendi gayretleriyle keşfetmeleri için yapmış oldukları çalışmalardır. 8. Etkinlik Newton Beşiği Araç ve Gereçler Newton beşiği Nasıl Bir Yol İzleyelim? 1. Beş veya altı kişilik gruplar oluşturunuz ve aşağıdaki etkinlik basamaklarını dikkate alarak görev paylaşımı yapınız. 2. Newton beşiğinde dışta kalan özdeş kürelerden birini düşeyden bir miktar ayırınız. 3. Ayırdığınız küreyi serbest bırakmadan önce diğer kürelerin nasıl hareket edeceği konusunda tartışarak bir öngörüde bulununuz. Araştıralım Öğrenilen kavramlar irdelenerek günlük yaşantıyla bağlantı kurmaları için farklı kaynaklardan da araştırılır ve elde edilen sonuçlar sınıfla paylaşılır. Araştıralım Yüklü iletkenin elektriksel alanındaki bir yükün sahip olduğu elektriksel potansiyel enerji ile herhangi bir gezegenin sahip olduğu genel çekim potansiyel enerjisinin benzetilip benzetilemeyeceğine dair bir araştırma yapınız. Şayet benzetilebiliyorsa bu benzetmede nelerin birbiriyle benzetilebildiğini, istisnalar olup olmadığını belirleyiniz. 12

Örnek Şekildeki 1 kg lık kütle durmakta olan kütleye çarpıyor. Onu aynı yönde fırlatırken kendisi zıt yönde hareket ediyor. Buna göre çarpışma sonrası hızlar kaç m/s dir (Çarpışma esnasında sürtünmeden dolayı enerji kayıpları ihmal edilecektir.)? Örnek Öğrencilere keşfettikleri bilgileri kullanma yeteneği kazandırılır. Proje Ödevi Güneş Paneli Yapıyoruz Beklenen Performans Değerlendirme Süre Yaratıcılık Problem Çözme Becerisi Bilişim ve İletişim Becerisi Dereceli Puanlama Anahtarı 2 Hafta Proje Ödevi Keşfedilen bilgiler öğrencilerce bir sistem içinde uygulamaya dönüştürülür. KONULAR * LUNAPARK * HABERLEŞME UYDUSU TÜRKSAT * BOĞAÇ HAN HİKÂYESİ * SU ÇEKEN DEVE * ACEMİ ŞOFÖR * İKİ MİLYON IŞIK YILI UZAKTAKİ GEZEGEN * REKOR DENEMESİ * KÜÇÜK SANAYİ ÇARŞISI Bu Ünitede Neler Öğreneceğiz? Ünitenin ana konularını ve elde edilecek kazanımları içerir. Bu ünitede; Kuvvetin döndürme etkisini matematiksel olarak inceleyerek itme ve momentum kavramlarını, iş ve enerji teoremini açıklayacağız. Enerji dönüşüm bağıntılarını ve denge koşullarını irdeleyeceğiz. Denge koşullarını sabit makinelere uygulayacağız. Ağırlık ve kütle merkezini, gezegenlerin hareketlerini, açısal momentumun varlığını ve bazı olayların açısal momentumun korunumu ile açıklandığını keşfedeceğiz. 13

Problem Çözelim Problem Durumu Salih ve babası satın aldıkları ikinci el otomobille yolculuğa çıkarlar. Yolculuk esnasında büyük bir gürültüyle otomobil durur. Tekerlek patlamıştır. Tekerleği değiştirmek için işe koyulurlar fakat bijonlar sıkışmıştır. Güçleri bijonları sökmeye yetmez. Babası Salih ten bu işi çözmesini ister. Nasıl Bir Yol İzleyelim? 1. Bu problemdeki değişkenleri belirleyiniz. Problem Çözelim Günlük yaşantıda karşılaşılabilecek sorunlara çözüm aranır. Performans Görevi Mıknatıslar ve Hız Beklenen Performans Problem Çözme Becerisi Bilişim ve İletişim Becerisi Değerlendirme Dereceli Puanlama Anahtarı Süre 1 Hafta Performans Görevi Belirlenen sorulara cevap bulabilmek için yönlendirmeler eşliğinde araştırma yapılır. Görev İçeriği: Hızla küreselleşen dünyada ülkelerin sınırları LUNAPARK Ünitenin Bağlamı Ünitede geçen kavramların günlük yaşantıda karşılaştığımız olay veya teknolojik araç - gereçlerle ilişkilendirilmesidir. Sarp fizik dersini çok seven, etrafındaki nesneleri ve olayları fizik ilkeleriyle açıklamaya çalışan bir öğrencidir. Bir hafta sonu arkadaşlarıyla lunaparka gider. Buradaki eğlence düzeneklerinin işleyişi dikkatini çeker. Sarp, bu düzeneklerin çalışma ilkelerini merak eder ve düşüncelere dalar. Tam o sırada gözü çocukları taşıyan trene takılır. Tren rayın en yüksek noktasından aşağıya doğru hızlanmaktadır. Sarp, trenin büyük bir kinetik enerjiye sahip olduğunu düşünür. Pano Oluşturalım Öğrenilen kavramlar derinlemesine irdelenerek günlük yaşantıyla bağlantıları farklı kaynaklardan araştırılır ve elde edilen sonuçlar okul veya sınıf panosunda sergilenir. Pano Oluşturalım Roketlerin boşlukta ilerlemesinin hangi fiziksel kurala bağlı olarak gerçekleştiğini araştırınız. Araştırmanızı yaparken internet, kütüphane ve bu konuda yazılmış bilimsel makalelerden yararlanabilir, fizik ve makine mühendisleri ile görüşebilirsiniz. 14

Düşünelim Hatırlayalım Öğrendiğiniz bu kavramları hatırlayarak aşağıdaki çizelgeye benzer bir çizelgeyi defterinize oluşturarak doldurunuz. Kavramlar Yıldız Açıklama Düşünelim - Hatırlayalım Önceki yıllarda veya ünitelerde öğrenilen kavramların hatırlandığı bölüm. Pekiştirelim Gezegenlere ait kütle ve yarıçap büyüklüklerini araştırarak gezegenler için kurtulma hızlarını hesaplayınız. Defterinizde aşağıdaki çizelgeye benzer bir çizelge oluşturup elde ettiğiniz sonuçlardan faydalanarak boşlukları doldurunuz. Gezegen İsmi Merkür Venüs Mars Satürn Neptün Gezegenin Kütlesi (kg) Gezegenin Yarıçapı (km) Kurtulma Hızı (km/s) Pekiştirelim Ünitede işlenen konu ve kavramların kalıcı hâle getirildiği bölüm. Tartışalım Bir roket, Ay yüzeyinden mi Dünya yüzeyinden mi daha kolay kurtulabilir? Tartışınız. Tartışalım Bazı kavramların araştırılıp sonuca ulaşmak için tartışıldığı bölüm. ÜNİTE İLE İLGİLİ SORULAR A. Aşağıdaki ifadelerde boş bırakılan yerleri tabloda verilen kelimelerle uygun şekilde tamamlayınız. güç enerji kütle ve hızına kararlı ve kararsız eliptik düzgün hareket Değerlendirme Soruları Klasik ve yeni yaklaşımlarla oluşturulmuş ölçme ve değerlendirmelerdir. Öğrencilerin üniteyle ilgili öğrendikleri bilgiler; anlam çözümleme tabloları, dallanmış ağaçlar, doğru - yanlış soruları, açık uçlu sorular ve boşluk doldurmalı sorular yoluyla değerlendirilir. 1. Cismin sahip olduğu kinetik enerji.. bağlıdır. 15

GÜVENLİK SEMBOLLERİ AÇIK ALEV UYARISI Bu sembol, yangına veya patlamaya sebep olabilecek alev kullanıldığında görülür. ELDİVEN Cilde zararlı bazı kimyasal maddelerle çalışırken eldiven kullanılması gerektiğini hatırlatan uyarı sembolüdür. ELEKTRİK GÜVENLİĞİ Bu sembol, elektrikli aletler kullanılırken dikkat edilmesi gerektiğinde görülür. PATLAMA (İNFİLAK) GÜVENLİĞİ Bu sembol, yanlış kullanımdan dolayı patlamaya sebep olacak kimyasal maddeleri gösterir. GÖZ GÜVENLİĞİ Bu sembol, gözler için tehlike olduğunu gösterir. Bu sembol görüldüğünde koruyucu gözlük takılmalıdır. KESİCİ CİSİMLER GÜVENLİĞİ Bu sembol, kesme ve delme tehlikesi olan keskin cisimler olduğu zaman görülür. ISI GÜVENLİĞİ Bu sembol sıcak cisimlerin tutulması esnasında önlem alınmasını hatırlatmak içindir. KİMYASAL MADDE UYARISI Bu sembol deriye dokunması halinde yakıcı veya zehirleyici etkisi olan kimyasal maddeler kullanılırken görülür. RADYOAKTİF GÜVENLİĞİ Bu sembol, radyoaktif maddeler kullanırken görülür KIRILABİLİR CAM UYARISI Bu sembol yapılacak deneylerde kullanılacak cam malzemelerin kırılabilecek türden olduğunu gösterir. 16

İÇİNDEKİLER 1. ÜNİTE: MADDE VE ÖZELLİKLERİ Denizler Altında 20.000 Fersah...21 Güneş ten Dünya mıza Yolculuk...49 Hava Ne Kadar Soğuk?...57 1. Ünite Soruları...67 2. ÜNİTE: KUVVET VE HAREKET Boğaç Han Hikâyesi...73 Ayka nın Merakı...77 Uydular...83 Su Çeken Deve...93 Acemi Şoför...98 Rekor Denemesi...102 Küçük Sanayi Sitesi...114 Eşit Olmayan Yıllar...121 Lunapark...127 Haberleşme Uydusu Türksat...144 2. Ünite Soruları...147 3. ÜNİTE: MANYETİZMA Türkkan ın Gösterisi...157 Elektrik Motorları...162 Doğru Akım Ampermetresi...173 Cern...176 Mıknatıslı Vinçler...180 Pusula...183 Jeneratör...188 Bisiklet Dinamosu...201 3. Ünite Soruları...204 4. ÜNİTE: MODERN FİZİK Termal Kameralar...211 Otomatik Kapılar...215 Bilgisayarlı Tomografi (BT)...223 Taramalı Elektron Mikroskobu...231 Hologram...254 4. Ünite Soruları...266 17

5. ÜNİTE: DALGALAR Ses Kirliliği...273 Tacoma Narrows Köprüsü...286 Antik Tiyatrolar...288 Gölge Oyunu...293 Projeksiyon Cihazı...299 5. Ünite Soruları...302 Okuma Metni: Süleymaniye Camisi...304 6. ÜNİTE: YILDIZLARDAN YILDIZSILARA Hayat Hikâyem...307 Seti Projesi...339 6. Ünite Soruları...358 Cevap Anahtarı...360 Sözlük...368 Ekler...371 Kitapta Kullanılan Semboller...375 Uzunluk Birimleri...375 Fizikte Kullanılan Sabitler...375 Birimlerin Standart Kısaltmaları ve Sembolleri...376 Katlar ve Askatlar...376 Trigonometrik Cetvel...377 Kaynakça...378 18

MADDE VE ÖZELLİKLERİ 1. ÜNİTE

KONULAR.DENİZLER ALTINDA 20.000 FERSAH.GÜNEŞ TEN DÜNYA MIZA YOLCULUK.HAVA NE KADAR SOĞUK? Bu ünitede; Katı, durgun sıvı ve gazlarda basıncı ve basınç farkından kaynaklanan kaldırma kuvvetini açıklayacağız. Bunun yanı sıra akışkan hızı ile basıncı arasındaki ilişkiyi irdeleyeceğiz. Ayrıca katı, sıvı ve gaz maddelerin sıcaklıkla nasıl genleştiğini veya büzüştüğünü de açıklayacağız.

Madde ve Özelikleri DENİZLER ALTINDA 20.000 FERSAH 1886 yılında toplumu ve gemicileri çok heyecanlandıran gizemli bir olay yaşanır. Gemiciler, balinadan daha iri ve zaman zaman ışık saçan bir cisimle karşılaşır. Tıslayan bir sesle su fışkırtan, boyu yüz metreden uzun olan ve inanılmaz bir hızla yer değiştiren bu cisim, sivri kısımları nedeniyle bazı gemilere zarar verir. Bu yüzden herkes onun bir canavar olduğuna inanır. O andan itibaren, nedeni bilinmeyen bütün deniz kazalarına bu canavarın yol açtığı söylentisi yayılır. Batan gemi sayısı artınca Birleşik Amerika Hükümeti, bu canavarı yakalamak için büyük ve güçlü balık avlama gereçleriyle donanmış bir savaş gemisi hazırlatır. Paris müzesinde görevli Doğa Tarihi Profesörü Pierre Aronnax (Pier Aronaks) ın da bu gemide olması istenir. Tüm tehlikeleri göze alan profesör, yardımcısı Conseil (Konseyl) i de yanına alarak ekibe katılır. Gemi yola çıkar. Altı ay süren yolculuk esnasında canavarla ilgili hiçbir veri elde edemeyen ekip, nihayet Güney Amerika nın en uç noktasından Büyük Okyanus a geçerken canavarla karşılaşır. Canavar o kadar hızlıdır ki ateş etmelerine rağmen onu vuramazlar. Bu sırada, canavarın sivri kısımları savaş gemisine zarar verir. Profesör, yardımcısı ve zıpkıncılar kralı Ned Land (Ned Land) canavarı avlamak için filikalara binerler. Canavarın iki filikanın arasından hızla geçmesi sonucu filikalar birbirini adeta bir mıknatıs gibi çekerek çarpışır. Çarpışma sonrası kendilerini canavarın üstünde bulan Profesör ve arkadaşları büyük bir şaşkınlıkla onun, aslında insan elinden çıkmış metal zırhlı bir makine olduğunu anlarlar. Makinenin içine girebilmek ve oradakilerle iletişim kurabilmek için uğraşırlar fakat başarılı olamazlar. Ertesi gün yüzleri maskeli kişiler onları içeriye alır. Konuklar, makinenin sahibi Kaptan Nemo nun yanına götürülürken denizaltı dalışa geçer. Bu esnada suyun, denizaltının dış zırhında oluşturduğu ve dev su kabarcıklarının çıkardığı ses onları ürpertir. Kaptan Nemo'nun 21

1. Ünite yanına vardıklarında Profesörün dikkatini duvardaki termometre, hidrometre ve denizaltı dibe indikçe göstergesi yükselen barometre çeker. Kaptan Nemo onlara kendini ve çok para harcayarak yaptığı Nautilus (Natilyus) adlı denizaltıyı tanıtır. Nautilus yeni yolcularıyla seyahatine devam ederken pek çok macera yaşanır. Profesör ve arkadaşlarının Kaptan Nemo ile denizin dibinde avlanmak için yaptıkları yürüyüş bunlardan biridir. Kaptan Nemo, yürüyüşe çıkarken kalın demir saçtan yapılmış hava deposunu onlara verir. Nautilus un, pompaları sayesinde temiz havayı büyük basınç altında depo ettiği gibi bu alet de havayı 50 atmosferlik basınçla depo etmektedir. Hava depolarını alan Nautilus yolcuları, madenî başlıklarını da takarak denizin dibindeki Crespo (Krespo) Adası denilen ormana giderler. Bu ormanda yürüyüş yapan yolcular, çeşitli av maceralarının ardından Nautilus a dönerler. Kaptan Nemo, Nautilus un temiz hava ile dolmasını sağlamak için onu su yüzeyine çıkarır. Bu esnada Profesör ve arkadaşları kaçma teşebbüsünde bulunurlar fakat başarılı olamadıkları için seyahate devam ederler. Güneye gitmeye devam eden Nautilus, güney kutup dairesine ulaştığında buzullarla mücadele eder. Ardından da bir buharlı gemiyle savaşmak zorunda kalan Nautilus o kadar güçlüdür ki kurtulmayı başarır. Seyahat esnasında, Nautilus un suyun derinliklerine nasıl daldığını, yüzeye nasıl çıktığını, dengesini nasıl sağladığını, su içerisinde nasıl hareket ettiğini, motor ve su sarnıçlarının yapısını, suda nefes alabilen insanların kıyafetlerinin sırrını inceleyen ve yeterince bilgi topladığını düşünen Profesör, arkadaşlarının kaçma teklifini kabul eder. Arkadaşlarıyla karaya en yakın oldukları zamanı beklemeye başlar. Bu sırada Nautilus, Baltık Denizi nde bir girdaba yakalanır. Profesör ve arkadaşları şans eseri gemiden kurtulmayı başarır ve evlerine dönerler. Kaptan Nemo ve Nautilus tan bir daha haber alınamaz. Jules Verne Denizler Altında 20.000 Fersah Kaptan Nemo pek çok özelliğe sahip denizaltısı Nautilus u tasarlarken acaba hangi fiziksel temelleri göz önünde bulundurmuştur? Bu soruya cevap verebilmek için sekizinci sınıfta öğrendiğiniz basınç kavramını bir etkinlikle hatırlayalım. 22

1. Etkinlik Hangisi Una Daha Fazla Battı? Madde ve Özelikleri Araç ve Gereçler Plastik küvet 1 kg un Dört adet tahta blok (10 cm x 5 cm x 2 cm) Dinamometre Cetvel Hesap makinesi İp Milimetrik kağıt Nasıl Bir Yol İzleyelim? 1. Beş veya altı kişilik gruplar oluşturunuz. Bireylerin özelliklerini dikkate alarak grup içerisinde görev paylaşımı yapınız ve aşağıdaki etkinlik basamaklarını gerçekleştiriniz. 2. Tepsinin içine, derinliği 4-5 cm olacak şekilde un dökünüz ve unun üzerini cetvel yardımıyla düzleştiriniz. 3. Özdeş tahta blokların ağırlıklarını dinamometreyle ölçünüz. 4. Tahta bloklardan birinin 10 cm x 5 cm lik, diğerinin 5 cm x 2 cm lik yüzeyi un kabının 10 cm üze rinde iken yavaşça ve sırayla blokları un kütlesine düşmeye bırakınız. Batma miktarlarını dikkatlice cetvelle ölçünüz. Bulduğunuz değerleri aşağıdakine benzer defterinize çizmiş olduğunuz çizelgeye yazınız. 5. Tahta blokların üstlerine birer blok daha koyarak dördüncü adımdaki işlemleri tekrarlayınız. Kuvvet 6. Yüzey alanı ile tahta blokların undaki batma miktarı grafiklerini milimetrik kâğıda çiziniz. Tahta Blokların Ağırlığı (N) Unla Temas Eden Yüzey Alanı (m 2 ) Kuvvet/ Yüzey Alanı (N/m 2 ) Tahta Blokların Undaki Batma Miktarı (mm) 10 cm x 5 cm temas yüzeyli tahta blok 5 cm x 2 cm temas yüzeyli tahta blok Üst üste konulmuş 10 cm x 5 cm temas yüzeyli tahta bloklar Üst üste konulmuş 5 cm x 2 cm temas yüzeyli tahta bloklar 23

1. Ünite Sonuca varalım Kuvvet 1. ile tahta blokların undaki batma miktarı arasında nasıl bir ilişki vardır? Yüzey alanı 2. Ölçme sonuçlarından elde ettiğiniz veriler ne anlama gelir? Tartışınız. 3. Çizmiş olduğunuz grafik sizce ne anlama gelir? Açıklayınız. Sekizinci sınıf fen ve teknoloji derslerinde basıncı, birim yüzeye etki eden dik kuvvet olarak öğrenmiştiniz. Buna göre basınç; F P = dır. A A F Burada; P : Basıncı, F : Yüzeye uygulanan dik kuvvetin büyüklüğünü, A : Yüzey alanını ifade eder. Uluslararası Birim Sistemi (SI) nde basınç, Pascal (Pa); yüzeye uygulanan dik kuvvetin büyüklüğü, Newton (N); yüzey alanı, metre kare (m 2 ) ile gösterilir. Yandaki şekilde masanın üzerindeki bardak ağırlığından dolayı masaya temas ettiği A yüzeyine bir P basıncı uygulamaktadır. Dokuzuncu sınıfta maddenin hangi hâlde olursa olsun yer çekimli ortamda bir ağırlığının olduğunu ve bundan dolayı maddelerin bulunduğu yüzeye kuvvet uyguladığını öğrenmiştiniz. Buradan hareketle, basınç tanımının katı, sıvı ve gazlar için geçerli olduğunu söyleyebiliriz. Basınç skaler bir büyüklüktür 1. 1 Basıncın skaler bir büyüklük olmasıyla ilgili merak ettiklerinizi http://www.biltek.tubitak.gov.tr adresinden öğrenebilirsiniz. 24

Katılar kendilerine uygulanan kuvveti, doğrultusunu ve büyüklüğünü değiştirmeden dik olarak iletirken basıncı aynı doğrultu ve büyüklükte her zaman iletemezler. Bir çiviye başparmağınızla şekildeki gibi kuvvet uyguladığınızda kuvvetin büyüklüğü çivinin baş ve uç kısmında aynı iken basınç aynı büyüklükte iletilmez. Bu nedenle işaret parmağınız acır. Çünkü çivinin baş kısmının yüzey alanı büyük olduğundan basıncı küçük, çivinin uç kısmının yüzey alanı küçük olduğundan basıncı büyüktür. Bir başka ifadeyle; P 1 = F 1 / A 1 P 2 = F 2 / A 2 F 1 = F 2 olduğundan P 2 > P 1 olur. Madde ve Özelikleri N2 F2 F1 N1 Kaptan Nemo nun, Nautilus u tasarlarken diğer gemilerden korunması amacıyla yüzeyine niçin sivri uçlu metaller yerleştirdiğini anlamak zor olmayacaktır. Katılarda basıncı birkaç örnekle inceleyelim. Örnek Dikdörtgen biçimindeki özdeş 3 cisimden oluşmuş cisimleri şekildeki gibi 1, 2 ve 3 numaralı konumlara getirdiğimizde zemine sırasıyla P 1, P 2 ve P 3 basınçlarını uygulamaktadırlar. Bu basınçlar arasında nasıl bir ilişki olduğunu bulalım. 1 2 3 A 1 3G A 2 3G A 3 1 2 3G 3 Çözüm Katılar bulundukları yüzeye ağırlıkları kadar kuvvet uygular. Özdeş cisimlerin her birinin ağırlığına G dersek bu üç farklı konumun her birinde toplam ağırlık 3G olur. Bu durumda; 3G P P 3G P 3G 1 = 2 = 3 = A A A olur. 1 2 A 1 ve A 3 yüzeyleri eşit ve büyük olduğundan P 1 ve P 3 eşit ve P 2 küçük olur. 3 Buna göre; P 2 > P 1 = P 3 tür. 25

1. Ünite Örnek Özgül kütleleri, taban alanları ve yükseklikleri verilen şekildeki silindirlerin A 1 ve A 2 taban larına yaptığı basınçlar P 1 ve P 2 ise P 1 / P 2 yi bulalım. Çözüm Silindirlerin yüzeye uyguladığı basıncı bulmak için kütlelerinin bilinmesi gerekir. m Silindirin kütlesi, d = formülüne göre m = d V olur. V Silindirin hacmi, V = A.h olduğundan m = d A h olur. Üstteki silindirin kütlesi m 1 = 8.d.A.h, Alttaki silindirin kütlesi m 2 = d.4a.4h değerindedir. Buradan; 2m 1 = m 2 olur. G 1 = G ise G 2 = 2G olur. F G P = olup buradan; P = = A A mg. A dır. A 1 ve A 2 yüzeylerine yapılan basınçlar ise; G1 G P1 = =, A1 A G1+ G2 G 2G 3G P2 = = + = olur. A2 4A 4A égù P ê ú 1 Buradan; = ëa û 4 = olarak hesaplanır. P é ù 2 3G 3 êë4aúû Katıların temas ettikleri yüzeye uyguladığı basınçtan, günlük yaşantının birçok alanında yararlanılmaktadır. Keskinliğini artırmak için bıçakların bilenmesi, futbolcuların çim sahada kayma larını önlemek için ayakkabılarının altına çiviye benzer parça ların eklenmesi buna örnektir. Burada amaç temas eden yüzeyi küçülterek basıncı artırmaktır. Bıçak bileme 26

Madde ve Özelikleri Tren vagonlarında tekerlek sayısı artırılarak trenin raylarla temas yüzeyi büyütülür. Böylece trenin raylara uyguladığı basınç küçülür. Bu sayede raylarda şekil bozukluğu oluşması önlenir. Aynı mantık kullanılarak ağır iş makinelerinin tekerleklerinin veya paletlerinin yüzey alanları büyütülür ve bu sayede iş makinelerinin toprağa batmaları önlenir. Benzer şekilde, yüksek tonajlı araçların lastiklerinin sayısı ve büyüklüğü artırılarak asfalt yola uyguladıkları basınç azaltılır. Böylelikle yolun deforme olması engellenir. Kışın arabaların güvenli yol tutuşunu sağlamalarının bir yolu da buza uyguladığı basıncı artırmaktır. Bu nedenle lastikler şişirilir veya arabalara daha ince lastik takılır. Pierre Curie (1859 1906) Kardeşi Jacques Curie ile yaptığı çalışmalarda katı kristallere basınç uygulayarak elektrik enerjisi elde edilebileceğini keşfeden Fransız bilim insanıdır. 1903 te Nobel ödülünü aldı. Katılara uygulanan basınç, madde üzerinde çeşitli etkiler oluşturabilir. Bunlardan biri de piezo elektrik olayıdır. Cisimlere dışarıdan uygulanan basınç miktarıyla orantılı olarak cisimlerin elektrik üretme özelliğine piezo elektrik denir. 1880 yılında Pierre (Pier) ve Jacques Curie (Jak Küri) isimli Fransız kardeşler kristalin iki ucuna basınç uygulandığında bir kutuplanma oluştuğunu böylece kristalde potansiyel farkı (voltaj) oluşturduğunu keşfettiler. Aynı şekilde bu işlemin tersi de geçerlidir. Yani kristale dışarıdan voltaj verildiğinde az da olsa ( % 0,1 oranında ) şeklinde değişim olmaktadır. 1. Şekil deki kristale bir F 1 kuvveti uygulandığında voltmetrede V 1 potansiyeli oluşurken, 2. Şekil deki gibi daha büyük bir F 2 kuvveti uygulandığında V 2 potansiyeli oluşur. (V 1 < V 2 ) Piezo elektrik özelliği günlük yaşantıda; özellikle çakmaklarda, kristal mikrofonlarda, gemilerde derinlik ve hedef bulmaya yarayan sonar cihazlarında, ses kayıt cihazlarında, çok ince ayar gerektiren optik odaklama cihazlarında, dev kantarlarda, pikaplarda, kuvars saatlerinde ve basınç ölçüm aletlerinde kullanılmaktadır. Laboratuvarlarda hassas ölçümler için gerekli terazilerde de piezo elektrik özelliği esas alınmaktadır. Bu teraziler, kefelerine konan ağırlığı piezo elektrik özelliğine sahip kristallere basınç uygulayarak ölçer. Bu süreçte basınç, kristalde elektriksel potansiyel fark oluşturur. Potansiyel farka bağlı olarak da akım oluşur. Bu akım ise dijital ekranda sayısal bir değerin görünmesini sağlar. Yani, ağırlık ile dijital ekrandaki değer orantılı bir hâl alır. Örneğin, ağırlık artırılıp basınç iki katına çıkarılırsa potansiyel fark, akım ve ekranda okunan sayısal değer de iki katına çıkar. Böylece ağırlık ölçülmüş olur. F 1 F 2 1. Şekil 2. Şekil Piezo elektrik özelliğine sahip kristale basınç uygulandığında potansiyel fark oluşur. F 1 < F 2 27

1. Ünite Doğadaki bazı canlılar hareket etme, avlanma, yüzme vb. faaliyetlerde bulunurken vücutlarının yapısı gereği, katılarda basıncın yüzey alanı ile ilişkisinden doğan avantajlardan faydalanmaktadır. Örneğin ördek veya kazların ayak parmaklarının arasında perdeleri bulunduğu için yere uygulayacağı basınç küçülür ve bu nedenle bataklıkta batmazlar. Bunun yanı sıra keskin ve sivri dişlere sahip aslanlar kaplumbağanın kabuğunu kırabilecek güce sahipken sivri dikenlerinden dolayı kirpilere yaklaşamaz. Kirpinin sivri dikenleri oluşturduğu basınçtan dolayı delici özelliğe sahiptir. Buraya kadar basınç kavramını katı cisimlerde inceledik. Ancak basıncın, sıvılarda da mevcut olduğunu biliyoruz. Denizler Altında 20.000 Fersah adlı hikâyede Nautilus un, denizin dibine dalarken veya su yüzeyine çıkarken metal zırhında oluşan ürpertici sesin kaynağı neydi? İnsanlar denizin dibine daldıklarında kulaklarında neden baskı hissederler? Sıvıların belli bir şeklinin olmadığını ve içinde bulundukları kabın şeklini aldığını öğrenmiştiniz. Sıvıların katılardan temel farkı, gazlar gibi akışkan (molekülleri birbiri üzerinden kayabilen) olmalarıdır. Esnek kaplara sıvı konulduğunda yan yüzlerinin dışa doğru itildiğini fark etmişsinizdir. Bunu gerçekleştiren etkiyi ve bu etkinin nelere bağlı olduğunu etkinlikle öğrenelim. 2. Etkinlik Sıvılar Neden Farklı Akıyor? Araç ve Gereçler İki adet 0,5 L lik pet şişe Yeteri kadar su Yeteri kadar sıvı yağ Çivi Cetvel Milimetrik kâğıt Nasıl Bir Yol İzleyelim? 1. Beş veya altı kişilik gruplar oluşturunuz. Bireylerin özelliklerini dikkate alarak grup içerisinde görev paylaşımı yapınız ve aşağıdaki etkinlik basamaklarını gerçekleştiriniz. 2. Şişelerden birinin kapağını kapatınız ve şişenin üzerine çivi yardımıyla 5 cm aralıklarla ve düşey doğrultuda üç delik açınız. 28

Madde ve Özelikleri 3. Delikleri parmaklarınızla tıkayarak şişeyi suyla doldurunuz ve kapağını kapatınız. En üst delikteki parmağınızı çekerek fışkıran suyun mesafesini ölçünüz. Aynı işlemi sırasıyla orta ve alt delikteki parmaklarınızı çekerek tekrarlayınız. Elde ettiğiniz verileri çizelgeye yazınız. 4. İkinci ve üçüncü adımdaki işlemleri diğer şişeye su yerine sıvı yağ koyarak tekrarlayınız. Defterinize aşağıdakine benzer bir çizelge çiziniz. Elde ettiğiniz verileri bu çizelgeye kaydediniz. 5. Deliğin su yüzeyine uzaklığı (derinlik) ile suyun ulaştığı mesafeyi, deliğin sıvı yağ yüzeyine uzaklığı ile sıvı yağın ulaştığı mesafeyi gösteren grafikleri milimetrik kâğıda çiziniz. Su Sıvı Yağ Sıvı Yüzeyine Uzaklık (cm) 5 cm 10 cm 15 cm 5 cm 10 cm 15 cm Sıvının Ulaştığı Mesafe (cm) Derinlik Derinlik Suyun Ulaştığı Mesafe Sonuca Varalım 1. Su yüzeyine uzaklık ile suyun ulaştığı mesafe ve sıvı yağ yüzeyine uzaklık ile sıvı yağın ulaştığı mesafe arasında nasıl bir ilişki vardır? 2. Su yerine sıvı yağ kullanıldığında delikten fışkıran sıvının mesafesi değişti mi? Bu durumu nasıl açıklarsınız? 3. Elde ettiğiniz verilerden hareketle derinlikle sıvıların basıncı arasındaki ilişkiyi nasıl yorumlarsınız? Tartışınız. Bildiğiniz gibi sıvılar, katılar gibi sadece içine konuldukları kabın tabanına değil temas ettikleri tüm yüzeylere kuvvet uygulamaktadır. Taban alanı A olan şekildeki gibi bir kabın içinde h yüksekliğinde ve d yoğunluğunda bir sıvı olduğunu düşününüz. K noktasındaki sıvı basıncı; Sıvı Yağın Ulaştığı Mesafe F P = G mg A = dvg A = A = A olur. K d h V= h A olduğundan; dhag P = ise P = h d g dir. Burada; A d : Sıvının yoğunluğu, h : K noktasının sıvı yüzeyine uzaklığı (derinlik), g : Yerçekimi ivmesidir. SI da basıncın biriminin Pascal olduğunu ve Pa ile gösterildiğini öğrendik. Ancak basıncın başka birimleri de mevcuttur. Bu birimlerin birbiriyle ilişkisi aşağıdaki gibidir: 1atm = 760 mmhg 760 torr 10336mm H 2 O 1,013x10 5 Pa 1,013 bar 1 bar = 10 5 bari 29

1. Ünite Sıvılarda basınç derinlere inildikçe artar. Basınç, su altında her 10,3 m derinlikte 1 atm artmaktadır. Bu da bize; dalgıçların tüpleri olsa bile, belirli derinliklere inememelerinin ve denize daldığımızda kulağımızda oluşan basıncın nedeninin sıvı basıncı olduğunu göstermektedir. Nautilus suya dalarken oluşturduğu ürpertici sesin, Nautilus yolcularının Crespo Adası na gitmek için özel kıyafet giymelerinin ve Nautilus derinlere daldıkça barometredeki değerin yükselmesinin nedeni de aynı durumla açıklanır. Sıvıların basıncını birkaç örnekle irdeleyelim. Örnek Eşit hacimlere bölündüğü varsayılan Şekil 1 deki kapta h yüksekliğinde sıvı varken kabın tabanındaki toplam basınç P dir. Kap, 2. Şekil deki gibi kaldırılırsa tabanındaki basınç kaç P olur? Çözüm 1. Şekil Kap, 1. Şekil deki konumdayken tabanındaki sıvı basıncı; P = h d g olur. Kap, AB köşesinden kaldırılırsa yani 2. Şekil deki konuma getirilirse sıvı yüksekliği 4h olacağından sıvı basıncı; P = 4h. d. g = 4P olur. Örnek 2. Şekil Düşey kesiti şekilde verilen silindirik kapta birbirine karışmayan d ve 3d öz kütleli sıvılar dengededir. d 3d C h A 2h B h A, B ve C noktalarındaki toplam sıvı basınçları P A, P B ve P C olduğuna göre bu noktalardaki basınçlar arasında nasıl bir ilişki vardır? Çözüm A noktasındaki sıvı basıncı P A = h d g dir. B noktasındaki sıvı basıncı, A noktasındaki basınç ile A B arasındaki basıncın toplamına eşittir. Yani; P B = P A + 2h. 3d. g = h. d. g + 6. h. d. g ise P B = 7h. d. g dir. C noktasındaki sıvı basıncı, B noktasındaki basınç ile B C arasındaki basıncın toplamına eşittir. Yani; P C = P B + h. 3d. g = 7h. d. g + 3. h. d. g ise P C = 10h. d. g dir. O hâlde P C > P B > P A dır. 30