DERSİN KODU: EBP103 DERSİN ADI:TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ BÖLÜM: 1 DERS HOCASI: PROF.DR.HÜSEYİN ÜNVER 1
1)ÖLÇME VE FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER 2) VEKTÖRLER 3) KİNEMATİK 4) DİNAMİK 5) İŞ -GÜÇ - ENERJİ 6)MALZEMELERİN ÖZELLİKLERİ 7) İTME VE MOMENTUM 8) AKIŞKANLAR MEKANİĞİ 9) DALGALAR VE SES 2016-2017 EĞİTİM- ÖĞRETİM YILI TBİ - BİRİNCİ DÖNEM DERS İÇERİĞİ 2 2
1-ÖLÇME VE FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER Bu bölümde, ölçme sistemi, fiziksel nicelikler hakkında bilgi edindikten sonra, vektörel ve skaler nicelikleri tanımak ve ayrıca vektörel nicelikleri göstermek için yararlanılan vektörlerin toplama, çıkarma, bileşenlerine ayırma gibi işlemleri öğrenmektir. Bu bölümün amacı, diğer bölümler için gerekli olan ve vektör kavramına ilişkin matematiksel işlemeleri kavramanızın yanı sıra, ölçme ve fiziksel niceliklere ilişkin bilgilerinizi tazelemektir. 3
*Ayrıca, bu bölümde temel bir bilim dalı olan fiziğin doğası, kısa tarihçesi, çalışma yöntemleri ve ilgi alanları hakkında bilgi verilecektir. Fiziksel olayları açıklamak için gerekli olan fiziksel nicelikler, standartlar ve birimler tanıtılacaktır. Uluslararası Birim Sistemi (SI) anlatılacaktır. Boyut analizi, birim dönüştürme ve ölçme belirsizliği üzerinde durulacaktır. 4
2- VEKTÖRLER Günlük hayatımızda kullandığımız fiziksel niceliklerin bazı özelliklerini çoğu zaman bilmek isteriz. Örneğin dışarı çıkmadan önce nasıl giyinmemiz gerektiğine karar vermek için hava sıcaklığının kaç C olduğunu bilmek ya da misafirimize yapacağımız kek için ilave edeceğimiz malzemelerin kaç gram (g), kaç litre (lt) olması gerektiğini bilmek işimize yarayacaktır. Bunun yanı sıra öyle fiziksel nicelikler vardır ki sayısal özellikleriyle birlikte yön özellikleri de belirtilmeden bizlere tam bilgi vermezler. Örneğin, bir uçağın rotasını tam olarak belirleyebilmek için uçağın ve rüzgârın hızlarının hangi büyüklükte ve hangi yönde olduğunun bilinmesi gerekir. Bu bölümde, bir sayı ve bir birim verilerek tanımlanabilen skaler büyüklükler ile sayı ve birimin yanında yön tanımına da ihtiyaç duyan vektörel büyüklüklerin genel özellikleri hakkında bilgi verilecektir. Ayrıca uzayda bir noktanın yerini temsil etmek amacıyla yararlanılan bazı koordinat sistemlerinden bahsedilecektir. 5
3- KİNEMATİK Fiziğin cisimlerin hareketlerini inceleyen alanı olan Mekanik bilimi, dinamik ve kinematik olarak adlandırılan iki alt alanı kapsamaktadır. Kinematik cisimlerin uzayzaman daki hareketlerini (neden olan etkenlere bakılmaksızın) incelemektedir. Kinematik, hareketin matematiksel olarak incelendiği bir bilim alanıdır. Eğer bir cismin konumu zaman içerisinde değişiyorsa cisim hareket ediyor deriz. Cisimler pek çok farklı şekillerde (örneğin bir çizgi boyunca, bir çember boyunca, titreşerek veya rastgele rotalar izleyerek) hareket edebilir. Karmaşık hareket şekillerini anlayabilmek için hareketin olduğu yer bakımından; tek boyutta (doğrusal), iki boyutta (düzlemsel) ve üç boyutta (uzayda) hareket, hareketlinin takip ettiği rota bakımından; öteleme, dönme ve titreşim hareketi gibi sınıflandırmalar kullanılmaktadır. Bir cismin hareketini betimlemek ve bu hareketin zaman içindeki değişimini tahmin edebilmek kinematik biliminin amaçlarındandır. Bu bağlamda bir cismin hareketini anlayabilmek için matematikten yardım alan bazı kavramlar tanımlanmalıdır. Bu kavramlar (konum vektörü, yol, hız, sürat, ivme) ve aralarındaki ilişkiler bu bölümde ele alınacaktır ve daha sonra ise en basit hareket şekli olan doğrusal hareketi inceleyeceğiz. 6
4- DİNAMİK Kinematik ünitesinde, hareket olgusu, nedenleri düşünülmeksizin Yer değiştirme, hız ve ivme cinsinden incelenmiştir. Bu ünitede ise, harekete neyin neden olduğu üzerinde durulacak; bir parçacığı ivmelendiren sebebin ne olduğuna, niçin bazı cisimlerin diğerlerinden daha fazla ivmelendiğine dair sorulara cevap aranacaktır. Bu kapsamda kuvvet, kütle ve ivme kavramları ve bu kavramlar arasındaki ilişkiler incelenecek; Newton un Hareket Kanunları ve bu kanunların uygulamaları çeşitli örneklerle işlenecektir. Ağırlık, normal kuvvet ve sürtünme kuvveti kavramları tanımlanacaktır. Ayrıca düzgün dairesel hareketin dinamiği tartışılacak ve evrensel çekim yasası konusunda bilgi verilecektir. 7
5- İŞ-GÜÇ-ENERJİ En önemli fizik kavramlarından birisi enerjidir. Enerjiyi, belki de iyi tanımlayamadığımızdan enerji üretiminden söz ediyoruz. Gerçekte, enerjinin korunumu yasası bize enerjinin üretilemeyeceğini ancak enerjinin bir şekilden diğerine, başka bir ifadeyle kullanılabilir enerji türüne dönüşebileceğini söylemektedir. Elektrik enerjisine bu gözle bakıldığında günlük yaşamda sıkça kullanılan elektrik enerjisi üretimi ifadesinin ne derece doğru olduğu ortadadır. En büyük enerji kaynağımız Güneş tir. Kullandığımız enerji kaynakları güneş enerjisinin depolanmış halinden başka nedir ki? Enerji, günlük kullanımda ısınmak için kullandığımız yakıtla, aydınlanma veya elektrikli aletleri çalıştırmak için elektrikle veya tükettiğimiz yiyeceklerle eş değer düşünülür. Oysa sözü geçen tüm bu örnekler, enerjinin işlevini yerine getirmekle birlikte enerjiyi tanımlayamazlar. Aslında enerjinin kesin bir tanımını yapmak da mümkün değildir. Ancak birçok kaynakta da enerjinin iş yapabilme yeteneği olduğu söylenir. Enerji gibi günlük hayatta sıklıkla kullandığımız diğer iki kavram iş ve güç kavramlarıdır. Bu bölümde fiziksel anlamda iş, iş ve enerji arasındaki ilişki enerji çeşitleri, güç, mekanik enerjinin korunumu kavramlarından bahsedilecektir. 8
6- MALZEMELERİN ÖZELLİKLERİ İnsanoğlu çok eski zamanlarda bile,malzemelerden yararlanmayı öğrenmiş ve ihtiyacına göre çeşitli malzemeleri geliştirebilmiştir. Malzemelerin günlük yaşamımızda ne kadar önemli bir yer tuttuğunu çok azımız fark etmektedir. Etrafımıza şöyle bir baktığımızda barındığımız evlerin, ulaşım ve iletişim araçlarının, kullandığımız hesap makinelerinin, bilgisayarların ve burada saymakla bitiremeyeceğimiz her türlü aygıtların yapımında malzemeler önemli bir yer tutmaktadır. Bunların hepsinde kullanılan malzemelerin özellikleri ve yapıları birbirlerinden farklı olabilmektedir. Örneğin, bir otomobil yapımında çelik ne kadar önemli ise, elektronik aletlerin yapımında da silisyum (yarıiletken bir madde) o kadar önemlidir. Bu iki örnekte ilginç olan; çeliğin, demirin belirli aşamalardan geçtikten sonra ve silisyumun da diyot, transistor gibi elektronik aygıt haline gelebilmesi için belirli işlemlerden geçirilmesinden sonra istenilen özelliklere sahip olduklarında kullanılabilmeleridir. Şu halde, malzemelerin yapısının ve özelliklerinin bilinmesi onların belirli bir amaç için en uygun olanının seçilmesine imkan sağlamaktadır. Bunun da ötesinde, ihtiyaç duyulan bir malzemenin geliştirilmesi, teknolojinin ilerlemesinin işaretidir. Bu bölümde, yaşamımıza şöyle veya böyle, doğrudan veya dolaylı olarak etki eden malzemelerin bazı özelliklerini, bize ayrılan bu bölümde anlatmaya çalışacağız. 9
7- İTME VE MOMENTUM. Bu bölümde Newton un ikinci yasasının farklı bir uygulaması olan momentum ve itme kavramları üzerinde durulacaktır. Momentum ve itme kavramları özellikle, cisimlerin çarpışma, parçalanma, tepkimeye girme gibi etkileşimlerini incelemek ve bu olayların sonrasında neler olacağını başlangıç şartlarından yola çıkarak tahmin edebilmek için önemlidir. Yalıtılmış bir sistemde, momentum tıpkı enerji gibi korunumlu bir niceliktir. Bu bölümde sistemlerin birbiri ile etkileşmesi olayı, momentumun korunum prensibi perspektifinde incelenecektir. Özellikle iki ya da daha çok cismin çarpışması durumunda ortaya çıkan şartlar, çizgisel momentumun korunumu prensibine göre yorumlanacaktır. Günlük hayatta karşılaştığımız, cisimlerin birbirleri ile etkileşmeleri ve çarpışmaları gibi olayları Newton un ikinci yasasından yararlanılarak çözmek güçtür. Çünkü bu tür olaylarda cisimler arasındaki kuvvet, olay süresince sabit kalmaz. Bu bölümde böyle olayları çözebilmek için momentum ve itme kavramları tanımlanacaktır. Önceki bölümlerde tartışılan enerjinin korunumu yasası doğanın uyduğu tek korunum yasası değildir. Diğer bir korunum yasası olan momentum un korunumu yasası da bu bölümün konusudur. Bu yasanın Newton un üçüncü yasası olan Etki-Tepki Yasası nın bir sonucu olduğu görülecek ve çarpışmalara uygulamaları incelenecektir. 10
8- AKIŞKANLAR MEKANİĞİ Genel olarak maddesel cisimler doğada ;katı, sıvı ve gaz halinde bulunurlar. Sadece katı cisimlerin davranışlarını inceleyen bilime katı cisimler mekaniği denir. Sıvı ve gaz halde bulunan maddelerin, bir zorlama etkisi altındaki davranışlarını inceleyen bilime akışkanlar mekaniği adı verilir. Bu bölümde basıncın derinlikle değişimi, Archimedes Prensibi ve kaldırma kuvveti, viskozluk, süreklilik denklemi ve yüzeysel gerilim gibi konuların üzerinde durulacaktır. 11
9- DALGALAR VE SES Ses dalgaları, sarmal bir yaydaki dalgalara benzeyen mekanik dalgalar, yer sarsıntısı ya da deprem dalgaları, X-ışınları gibi dalgaları içeren Elektromanyetik dalgalar ile Güneş ve öteki yıldızlardan gelen sinyallerin çoğu dalga hareketi biçiminde yayılır. Görülüyor ki dalga hareketi, doğa olaylarının pek çoğunda ortaya çıktığı gibi, televizyon, bilgisayar ve cep telefonu gibi teknoloji harikalarının üretilmesine neden olmuştur. Bu bakımdan dalga hareketi hakkında bilgi sahibi olmakta yarar vardır. Radyo ve televizyonun nasıl çalıştığını anlamak için, elektromanyetik dalgaların doğası ve kaynağı ile onların boşlukta nasıl yayıldıklarını bilmek gerekir. Ses, dalga hareketi vasıtasıyla bir enerji iletimi olayıdır. Bu bölümde dalga hareketlerinin tanımı yapılacak, dalga çeşitleri, dalgalarda yayılma hızı, elektromanyetikdalgalar ve ses dalgaları işlenecektir. 12