Ortaöğretim 9. Sınıf

Ortaöğretim

FİZİK

9. Sınıf

YazarlarKomisyon

DEVLET KİTAPLAİKİNCİ BASKI

......................................, 201

RI

5

EĞİTİM MATERYALLERİ GELİŞTİRME EDİTÖRLERİDr. Hakan Şevki AYVACI

Dr. Salih ÇEPNİDr. Ömer Faruk ÖZDEMİR

Dr. Hayati ŞEKER

EĞİTİM MATERYALLERİ GELİŞTİRME GRUBU

Dr. Ufuk YILDIRIM Dr. Fatih Çağlayan MERCAN Dr. Orhan KARAMUSTAFAOĞLUDr. Salih DEĞİRMENCİDr. Mehmet Kürşat DURUDr. Halil TURGUTDr. Fatih DUMLUDAĞDr. Cengiz OKAYDr. Yavuz SAKAArş gör. Kübra ERYURTArş gör. Belkıs GARİP

Öğretmen Yeliz ŞİMŞEKÖğretmen Erkan ÇERMİKÖğretmen Lale KİBARÖğretmen Hidayet TERECİÖğretmen Mehmet DEMİRÖğretmen Erhan ŞAHİNÖğretmen Ali SİCİMÖğretmen Ahmet ARİFOĞLUÖğretmen Özkan KOCAOĞLUUzman Yrd. Yusuf Efe YILDIZ

GÖRSEL TASARIM UZMANISemih Volkan PİŞKİN

DİL UZMANIMehmet SIĞIRCI

PROGRAM GELİŞTİRME UZMANIDr. Selçuk ÖZDEMİR

ÖLÇME DEĞERLENDİRME UZMANLARIDr. Bengü BÖRKAN - Dr. Burcu ATAR

REHBERLİK VE PSİKOLOJİK DANIŞMANLIK UZMANIDr. Yasin ÖZTÜRK

Bu kitap Millî Eğitim Bakanlığı, Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı ile TÜBİTAK arasında imzalanan “Eğitimde İşbirliği” protokolü kapsamında hazırlanmıştır.

Kitabın her hakkı saklıdır ve Millî Eğitim Bakanlığı’na aittir. Kitabın düzeni, metni, soru ve şekilleri kısmen de olsa hiçbir şekilde alınıp yayımlanamaz.

MÝLLÎ EÐÝTÝM BAKANLIÐI YAYINLARIDERS KÝTAPLARI DÝZÝS

15.?.Y.0002.4411

ISBN 978-975-11-3833-0

Millî Eðitim Bakanlýðý, Talim ve Terbiye Kurulunun 2 201 gün ve sayýlý kararý ile ders kitabý olarak kabul edilmiþ, Destek Hizmetleri Genel Müdürlüğünün 10.04.2015 gün ve 3897233

sayýlý yazısı ile ikinci defa 635.913 adet basýlmýþtýr.

..................................................................................................................: 5958 .........................................................................................................................................: 1639

4.12. 3 251

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

vii

İÇİNDEKİLER

Ünite 1. Fizik Bilimine Giriş .................................................................................................................. 2

1. Bölüm: Fizik Nedir? ...............................................................................................................................................................4

Fizik Bilimi Neleri İnceler? ..................................................................................................................................................5

Fiziğin Tarihsel Gelişimi ..................................................................................................................................................6

Neden Fizik Öğrenmeliyiz? ...............................................................................................................................................7

2. Bölüm: Bilimsel Yöntem .................................................................................................................................................. 12

Bilimsel Yöntemler ............................................................................................................................................................ 13

Fizikte Matematik .............................................................................................................................................................. 15

Fizikte Modelleme ............................................................................................................................................................. 16

3. Bölüm: Fiziksel Büyüklükler ve Ölçme ........................................................................................................................ 20

Fizikte Ölçme ....................................................................................................................................................................... 21

Vektörel ve Skaler Büyüklükler ..................................................................................................................................... 22

Ölçmede Hata ..................................................................................................................................................................... 23

Ünite 2. Madde ve Özellikleri ............................................................................................................. 30

1. Bölüm: Madde ve Özkütle ............................................................................................................................................... 32

Kütle ve Hacim.................................................................................................................................................................... 33

Kütle ....................................................................................................................................................................................... 33

Hacim ..................................................................................................................................................................................... 34

Özkütle .................................................................................................................................................................................. 34

2. Bölüm: Katılar....................................................................................................................................................................... 40

Dayanıklılık .......................................................................................................................................................................... 41

3. Bölüm: Akışkanlar .............................................................................................................................................................. 44

Yapışma ve Tutma ............................................................................................................................................................. 45

Yüzey Gerilimi ..................................................................................................................................................................... 46

Kılcallık .................................................................................................................................................................................. 50

Gazlar ..................................................................................................................................................................................... 52

4. Bölüm: Maddenin Dördüncü Hâli: Plazmalar ........................................................................................................... 54

Maddenin Plazma Hâli ..................................................................................................................................................... 55

Ünite 3. Hareket ve Kuvvet ................................................................................................................. 62

1. Bölüm: Hareket .................................................................................................................................................................... 64

Kime Göre Hareket: Hareketin Göreceliği ................................................................................................................. 65

viii

Fizik 9.Sınıf

Çevremizdeki Hareketler: Öteleme, Dönme ve Titreşim ........................................................................................65

Hareketi Tanımlayalım: Konum, Yer Değiştirme ve Hız ...........................................................................................66

Anlık Hız ve Anlık Sürat ......................................................................................................................................................71

Sabit Hızla Hareket: Düzgün Doğrusal Hareket .........................................................................................................73

Hızlanma ve Yavaşlama: İvme ..........................................................................................................................................78

2. Bölüm: Kuvvet ........................................................................................................................................................................80

Kuvvet .......................................................................................................................................................................................81

Kuvvet İçin Her Zaman Bir Temas Gerekir mi? ...........................................................................................................81

Kuvvetin Tarihi .......................................................................................................................................................................81

Sürtünme Kuvveti ................................................................................................................................................................82

Statik ve Kinetik Sürtünme Kuvveti ...............................................................................................................................83

Hayatımızda Sürtünme Kuvveti ......................................................................................................................................88

Birden Fazla Kuvvet: Net Kuvvet ve Kuvvetlerin Dengesi ......................................................................................90

3. Bölüm: Hareket Yasaları .......................................................................................................................................................92

Kütlenin Tavrı: Eylemsizlik .................................................................................................................................................93

Kuvvetin Etkisi .......................................................................................................................................................................95

Etki-Tepki Kuvvetleri ............................................................................................................................................................99

Ünite 4. Enerji ...................................................................................................................................... 106

1. Bölüm: İş, Enerji ve Güç .................................................................................................................................................... 108

İş Nedir? ................................................................................................................................................................................ 109

Enerji Nedir? ........................................................................................................................................................................ 110

Hareketin Enerjisi: Kinetik Enerji .................................................................................................................................. 110

Kütle Çekim Potansiyel Enerjisi .................................................................................................................................... 113

Mekanik Enerji .................................................................................................................................................................... 116

İş ve Enerji İlişkisi ............................................................................................................................................................... 117

a) Kinetik Enerjideki Değişim ........................................................................................................................................ 117

b) Potansiyel Enerjideki Değişim ................................................................................................................................. 119

c) Mekanik Enerjinin Değişimi ...................................................................................................................................... 119

Enerji Aktarımının Yönü ve Yapılan İş ......................................................................................................................... 120

Güç Nedir?............................................................................................................................................................................ 120

2. Bölüm: Enerjinin Korunumu ........................................................................................................................................... 124

Mekanik Enerjinin Korunumu ....................................................................................................................................... 125

Gerçek Dünya: Sürtünmeli Ortam ............................................................................................................................... 125

Enerjinin Aktarımı .............................................................................................................................................................. 125

Enerjinin Dönüşümü ........................................................................................................................................................ 126

Bir Günde Ne Kadar Enerjiye İhtiyacımız Vardır? .................................................................................................... 127

ix

Dengeli Beslenmek Neden Önemlidir? ..................................................................................................................... 128

Enerjiden Faydalanma Oranı: Verim ........................................................................................................................... 129

3. Bölüm: Enerji Kaynakları .................................................................................................................................................. 132

Dünyada ve Türkiye’de Kullanılan Enerji Kaynakları ............................................................................................. 135

Dünyada ve Türkiye’de Elektrik Üretimi ..................................................................................................................... 135

Ünite 5. Isı ve Sıcaklık ......................................................................................................................... 144

1. Bölüm: Isı, Sıcaklık ve İç Enerji ........................................................................................................................................ 146

Isı ve Sıcaklık ........................................................................................................................................................................ 147

Isı Nasıl Ölçülür? ................................................................................................................................................................. 153

İç Enerji .................................................................................................................................................................................. 154

Farklı Maddelerin Sıcaklık Değişimleri ....................................................................................................................... 155

2. Bölüm: Hâl Değişimi .......................................................................................................................................................... 160

Günlük Hayatta Hâl Değişimi ........................................................................................................................................ 161

Bağıl Nem ............................................................................................................................................................................. 163

Hâl Değiştirme Isısı ........................................................................................................................................................... 166

3. Bölüm: Isıl Denge ............................................................................................................................................................... 168

Sıcaklık Nasıl Dengelenir? .............................................................................................................................................. 169

4. Bölüm: Enerji İletim Yolları ve Enerji İletim Hızı ....................................................................................................... 172

Enerji İletim Yolları............................................................................................................................................................. 173

Enerji İletim Hızı ................................................................................................................................................................. 176

Enerji Yalıtımı ....................................................................................................................................................................... 178

Sıcaklıkları Farklı Algılarız! .............................................................................................................................................. 180

Küresel Isınma..................................................................................................................................................................... 181

Küresel Isınmaya Karşı Alınabilecek Önlemler ........................................................................................................ 182

5. Bölüm: Genleşme ............................................................................................................................................................... 184

Genleşme Nedir? ............................................................................................................................................................... 185

Cevap Anahtarı .................................................................................................................................................................. 197

Sözlük ................................................................................................................................................................................... 200

Kaynakça ............................................................................................................................................................................. 203

İndeks ................................................................................................................................................................................... 205

Görsel Kaynakça ................................................................................................................................................................ 206

x

Fizik 9.Sınıf

ÖN SÖZ

Yaşadığımız dünyada gerçekleşen olaylar, bazen farkında olmasak da bir düzen içerisin-de gerçekleşmektedir. Günlük hayatta gözlemlediğimiz olaylarda bu düzenin varlığını çok rahat hissedebiliriz. Yukarıya fırlattığımız bir taşın tekrar yere düşmesi, bazı cisimlerin su yüzeyinde durabilirken bazılarının duramaması, ısıttığımız cisimlerin bir süre sonra tekrar soğuması bu düzene ilişkin gözlemlediğimiz olaylardan bazılarıdır. Fizik bilimi, çevremizde ve evrende gerçekleşen olayların arkasındaki düzeni keşfetmeye çalışır. Fizikte tanımlanan kavram ve kurallar yalnızca evrenin işleyişinin anlaşılmasını sağlamakla kalmaz, aynı za-manda hayatımızı kolaylaştıran yeni bilgi ve teknolojilerin ortaya çıkmasına da zemin ha-zırlar.

Bu kitap, “herkes için fizik” anlayışıyla hazırlanmıştır. Kitabın temel amacı, günlük hayat-ta karşılaşılan fizikle ilişkili durum ve olayların anlaşılmasını, yorumlanmasını ve öngörü-lerde bulunulabilmesini sağlamaktır. Bu amaçla fiziğin zengin içeriği, günlük hayatın farklı kesitlerinden seçilen örneklerle ilişkilendirilmiştir.

Kritik, analitik ve yaratıcı düşüncenin en güzel örneklerini fizik biliminde bulmak müm-kündür. Fizik, doğasından kaynaklanan özelliğinden dolayı farklı düşünce biçimlerinin ge-lişimine ortam oluşturacak fırsatlar sunmaktadır. Kitapta geçen fizik kavramları ve yasaları, fizik biliminde bilgiyi oluşturma sürecini yansıtacak şekilde sunulmaya çalışılmıştır. Yakın çevrede gözlemlenen olaylar sorgulanarak özel durumlardan genel kavram ve kurallara ulaşılması hedeflenmiştir. Gerek bilimsel süreç becerilerinin gelişmesi gerekse kavramların anlaşılır kılınması amacıyla doğrudan anlatım yerine bilim tarihine, deneylere ve düşünce deneylerine yer verilmiştir.

xi

Fizik biliminin diğer disiplinlerle olan ilişkisi ise yeri geldiğinde farklı örnek veya uygu-lamalarla görünür kılınmaya çalışılmıştır. Bu yolla, çevremizdeki veya evrendeki bir durum veya olayın tek bir disiplinle sınırlandırılamayacağı, bir kavramın birçok boyutta ele alına-bileceği ve farklı disiplinlerin bir araya gelmesiyle daha zengin bilgiler elde edilebileceği düşüncesi yansıtılmaya çalışılmıştır.

Her ünitenin sonunda, ünitenin amaçları doğrultusunda farklı türde değerlendirme so-rularına yer verilmiştir. Bu soruların, “herkes için fizik” anlayışını yansıtan bir yapıda olma-sına özen gösterilmiştir. Sorular, soyut ve sadece matematiksel işlem yeteneğini yoklayan yapıdan uzaklaştırılarak fizik kavramlarına yüklenen anlamları ön plana çıkaran ve yaşamla bağlantı kuran bir yapıda hazırlanmaya çalışılmıştır. Hazırlanan bu soruların, öğrenme sü-recinin bir parçası olarak algılanıp bu sürece katkı sağlaması amacıyla kullanılması hedef-lenmiştir.

Faydalı olması dileğiyle,

EĞİTİM MATERYALLERİ GELİŞTİRME EDİTÖRLERİ

2

Fizik 9.Sınıf5. Ünite

Isı ve Sıcaklık

Fizik Bilimine GirişÜnite 1Neden Öğreneceğiz?

İnsanlar tarih boyunca çevrelerinde meydana gelen olayları

merak etmiş ve anlamaya çalışmışlardır. Bu olayları anlamaya

çalıştıkça çevrelerini daha dikkatli gözlemlemeye ve

sorgulamaya başlamışlardır. Bu gözlemler daha sistematik

bir şekilde yapıldıkça elde edilen bilgiler zenginleşmiş ve

teknolojinin gelişimine katkı sağlamaya başlamıştır. Günlük

hayatımızda karşılaştığımız birçok olay, fizik biliminin ortaya

koyduğu kavram, yasa ve kuramlarla açıklanabilir.

Neler Öğreneceğiz?

Bu ünitede, evrende gerçekleşen olayları anlamamızı

sağlayan fizik bilimi tanıtılacaktır. Ayrıca, fizik biliminin bilgiyi

oluşturma yolları ve teknolojilerin gelişiminde oynadığı rol

üzerinde durulacaktır.

3

Anahtar KavramlarFizik

BilimGözlem

DeneyRasyonel düşünceÖlçme

ModellemeBirim sistemleriVektörel büyüklüklerSkaler büyüklükler

Bilimsel Yöntem

Fiziksel Büyüklükler ve Ölçme

Fizik Nedir?

Ünite GirişiÜnite ile ilgili günlük hayattan örnekler verilerek öğrencilerin ilgisinin çekilmeye çalışıldığı bir gi-rişin ardından, bu ünitede neler öğrenileceğinin kısa bir özeti verilmiştir.

Bölüm GirişiBölüm girişleri de ünite girişlerinde oldu-ğu gibi günlük hayattan örnekler verilerek öğrencilerin ilgisinin çekilmeye çalışıldığı bir giriş ile başlamaktadır.

Anahtar KavramlarDaha önce öğrendiğimiz ve bu ünitede daha detaylı inceleyeceğimiz kavramla-rın yanı sıra ilk defa karşılaşacağımız yeni kavramların listesi ünite giriş sayfasında verilmektedir.

Alt BölümlerÜnitede yer alan alt bölüm-ler bu kısımda verilmiştir.

20

Fizik 9.Sınıf 1. ÜniteFizik Bilimine Giriş

Fizik biliminde, evrendeki olayları açıklamak için çeşitli

kavramlar (kütle, uzunluk, zaman, vb.) ortaya atılır ve

bunlar arasında ilişkiler kurulur. Bu ilişkileri kurabilmek için

kavramların büyüklüklerine ihtiyaç duyulur. Dolayısı ile bu

büyüklüklerin nasıl ölçüldükleri de önemlidir. Örneğin bir

cismin kütlesinin büyüklüğü terazi ile ölçülerek kilogram (kg)

ile ifade edilir. Isı ve sıcaklık kavramları ile ilgili çalışmalar yapan Lord

Kelvin (1824-1907), ölçmenin önemini şu şekilde ifade

etmiştir:

“Söylediğiniz şeyi ölçebiliyor ve onu bir sayı ile ifade

edebiliyorsanız konu hakkında bir şeyler biliyorsunuz demektir

ama onu ölçemiyorsanız bilginiz yetersiz kalacaktır.”


3. BÖLÜM

Kitabımızın Tanıtımı

Bunları Biliyor musunuz?Her üniteye, o ünite ile ilgili ilginç ve önemli bilgilerin yer aldığı bölümler eklenmiştir.

Ünite Sonu SorularıÖğrencilerin ünite sonunda edine-cekleri bilgi ve becerilerin değer-lendirilmesi, doğru-yanlış, çoktan seçmeli ve açık uçlu sorular ile değerlendirilmesi amaçlanmıştır.

EtkinliklerHer ünitede konuların daha iyi anlaşılması için öğrencile-rin aktif olarak öğrenme sü-recine katılımını destekleyen deney, araştırma ve proje çalışmaları bu başlık altında verilmiştir.

ÖnemliÜnite ile ilgili, öğrencilerin dikkat etmesi ya da bilmesi gereken bilgiler, kitabın akışını bozmayacak şekilde kenar boş-luklarında verilmiştir.

43

Galileo, bu hesaplamaların canlılar için de geçerli olduğunu söylemiş-

tir. Bu yüzden doğada bütün canlıların belli bir sınıra kadar büyüyebileceğini

belirtmiştir. Karıncayı fil büyüklüğüne getirebilmek için karıncanın vücudunu

belli bir oranda büyütürsek bacakları vücudunu taşıyamaz ve kırılır. Çünkü

ağırlığı büyütme oranının küpü ile artış gösterirken, bacaklarının kalınlığı bü-

yütme oranının karesi ile artar.

Düzgün geometrik yapılı cisimler dışında dayanıklılığı karşılaştırmak ko-

lay değildir. Canlılar düzgün geometrik yapıda olmadıkları için dayanıklılıkla-

rının karşılaştırılmasında başka değişkenler de etkili olur. Cismin boyutunun

yanında, şekli ve yapıldığı maddenin türü gibi faktörler cisimlerin dayanıklı-

lığını değiştirir. Bütün canlıların kemik ve kas yapıları birbirinden farklıdır. Bu

yüzden sadece kesit alanı ve hacim oranı ile dayanıklılığı karşılaştırmak yeterli

değildir.

Bir cismin boyutlarının artırılması ancak daha güçlü maddelerin kullanıl-

ması veya kullanılan maddelerin kalınlığının artırılması ile mümkün olabilir.

Mühendisler bina, köprü, uçak ve gemi gibi büyük cisimleri daha dayanıklı

olacak şekilde tasarlarlar. İki katlı bir binayı tuğla ve beton ile inşa ederken

,gökdelen yapımında dayanıklılığı daha fazla olan çelik gibi malzemeler kul-

lanılır. Gökdelenlerin yükseklikleri gelişen teknoloji ile malzeme dayanıklılığı

geliştirilerek artırılabilir. En fazla kaç katlı bina yapılabilir sorusunun kesin bir

yanıtı yok ama kat sayısının sınırsız olamayacağını kesinlikle söyleyebiliriz.

Sultan Kösen, 251cm boyu ile dün-

yanın yaşayan en uzun adamıdır.

Balinalar karaya vurduktan bir süre sonra ölmektedirler. Suyun

içindeyken balinaların ağırlıkları su tarafından dengelenir.

Karaya vurduklarında ise kemikleri ağırlıklarına dayanamaz

ve kırılır. İç organlara batan kemikler sebebiyle de kısa sürede

ölürler.

Bunları Biliyor

musunuz?

Katılar

39

Şekil 2.9 Su ve sıvı yağ

Tabloda fotokopi kâğıdı için yapılan kütle ve hacim ölçümleri gösterilmiştir. Tablodaki

verileri kullanarak özkütle değerlerini hesaplayalım. Bulduğumuz özkütle değerleri sabit

mi? Farklılıklar varsa nedenleri ne olabilir?

Tablodaki verileri kullanarak özkütle-kütle ve özkütle-hacim grafiklerini çizerek

aralarındaki ilişkiyi yorumlayalım.

Özkütleyi Hesaplayalım

ETKİNLİK - 2

Kütle (g) Hacim (cm3) Özkütle (g/cm3)

20 30

50 75

90 135

120 183

180 273

200 301

Çizdiğimiz grafiklerden de görüldüğü üzere, maddenin kütlesi veya hacmi değişse

bile maddenin cinsi değişmedikçe özkütlesi değişmez. Yani bir cismin özkütlesi sabit

sıcaklık ve basınç altında, kütlesinin ve hacminin değişimine bakılmaksızın sabit kalır.

Bu durumda, bir yaprak fotokopi kâğıdı ile bir top fotokopi kâğıdının özkütlelerinin aynı

olduğunu söyleyebiliriz.

Birbiri içinde çözünmeyen sıvılar, bulunduğu kap içinde özkütlelerine göre sıralanır

ve böylece özkütle farkı ile sıvılar birbirinden ayrıştırılabilir (Şekil 2.9). Örneğin su ve sıvı

yağı karıştırdığımızda sıvı yağın suyun üzerinde toplanmasını, sıvı yağın özkütlesinin

suyunkinden daha küçük olması ile açıklayabiliriz. Aynı şekilde madenî paranın suda

batarken, tahta parçasının yüzmesi de özkütle ile ilişkilidir. Özkütlesi sıvıdan küçük olan

katı maddeler yüzerken özkütlesi sıvınınkine eşit olan, sıvı içinde askıda kalır. Özkütlesi

büyük olan ise dibe batmaktadır.

Belirli sıcaklık ve basınç-

ta maddelerin özkütlesi

kütle veya hacmine bağlı

olarak değişmez.

Önemli!

Madde ve Özkütle

56

Fizik 9.SınıfÜnite 2.

Madde ve Özellikleri

A. Aşağıdaki soruları cevaplayınız.

1. Aynı sıcaklıkta ve basınçta yağ, su ve cıvanın eşit kütledeki hacimleri büyükten küçüğe doğru yağ, su ve cıva olarak

sıralanır. Buna göre, bu maddeler için özkütle- hacim ve özkütle-kütle grafiklerini çiziniz.

2. LPG kaçağının olduğu durumlarda ilk yardım için gelen görevliler hastayı, sedyeyi yukarı kaldırarak taşırlar. Doğal

gaz kaçaklarında ise sedye olabildiğince aşağıdan taşınır. İlk yardım esnasında iki farklı yöntem kullanılmasını nasıl

açıklarsınız?

3. Deniz kıyısında kumdan bir kale yapmaya çalışırken dikkatli olmazsak yaptığımız kale biraz yükseldikten sonra yıkılır.

Kalemizin yıkılmasının sebebini nedir? Açıklayınız.

4. Kış aylarında çorba içerken çorba soğudukça tabağın çevresinde yağ birikir. Yağın, tabağın çevresinde toplanmasının

sebebi ne olabilir?

5. Yüzmeye giden iki arkadaştan biri güneş kremi kullanmış, diğeri ise kullanmamıştır. Denizden çıktıklarında, güneş

kremi kullananın vücudunda su damlaları boncuk boncuk olurken, diğerinde aynı şey gözlenmemiştir. Bunun sebe-

bini açıklayınız.

6. Üç öğrenci grubu tarafından yapılan deney sonucu kaydedilen kütle-hacim ölçüm değerleri tablodaki gibidir.

Deney gruplarının aldığı ölçümler:

a. Öğrenci gruplarının farklı ölçümler yapmalarının sebepleri neler olabilir?

b. Öğrencilerin tespit etmeye çalıştığı madde aşağıdaki tabloda verilen maddelerden hangisi olabilir?

Ünite Sonu Değerlendirme Soruları

1. Grup 2. Grup 3. Grup

Kütle (g)49,9

50,050,0

Hacim (cm3) 6,46,4

6,3

MaddeÖzkütle (g/cm3) (~20 oC, 1 atm)

Kurşun

11,350

Nikel

8,900

Bakır

8,960

Demir

7,870

Maddelerin özkütle değerleri:

112

Fizik4. Ünite Enerji

9.Sınıf

Bir sporcunun kaykay ile giderken hızı 2 m/s olarak ölçülüyor. Sporcunun kaykay ile birlikte toplam kütlesi 50 kg olduğuna göre kinetik enerjisi ne kadardır?

Çözüm

Sporcunun kinetik enerjisini, kinetik enerjinin matematiksel modelini kullanarak hesaplayabiliriz. Kaykayın kütlesi m = 50 kg ve hızı v = 2 m/s olduğuna göre sporcunun kaykay ile birlik-te kinetik enerjisi,

KE2

1mv

2� = 2

1 ∙ 50 kg ∙ ( 2 m/s)2

KE = 100 kgm2/s2 = 100 J’dür.

Örnek 1

Bir yarış arabasının kütlesi, içindeki sürücüyle birlikte 2000 kg’dır. Bu araba (a) 20 m/s ve (b) 40 m/s hızla giderken kinetik enerji değerleri ne kadardır? (c) Hızı iki katına çıkınca arabanın kinetik enerjisi kaç katına çıkar?

Örnek 2

Çözüma) Arabanın sürücüyle birlikte kütlesi m = 2000 kg ve hızı v = 20 m/s olduğuna göre,

KE2

1mv

2� = 2

1 ∙ 2000 kg ∙ (20 m/s)2

KE = 400000 Jb) Arabanın kütlesi m = 2000 kg ve hızı v = 40 m/s dir.

KE2

1mv

2� =2

1 ∙ 2000 kg ∙ (40 m/s)2

KE = 1600000 Jc) 1600000 J/400000 J = 4Hızı iki katına çıkınca arabanın kinetik enerjisi dört katına çıkar.

Çözümlü ÖrnekKonuların anlatılması sürecinde verilen ma-tematiksel modellerin daha iyi anlaşılması ve pekiştirilmesi amacıyla örnekler ve çözümleri verilmiştir.

2

Fizik 9.Sınıf 5. Ünite Isı ve Sıcaklık

Fizik Bilimine GirişÜnite 1Neden Öğreneceğiz?

İnsanlar tarih boyunca çevrelerinde meydana gelen olayları merak etmiş ve anlamaya çalışmışlardır. Bu olayları anlamaya çalıştıkça çevrelerini daha dikkatli gözlemlemeye ve sorgulamaya başlamışlardır. Bu gözlemler daha sistematik bir şekilde yapıldıkça elde edilen bilgiler zenginleşmiş ve teknolojinin gelişimine katkı sağlamaya başlamıştır. Günlük hayatımızda karşılaştığımız birçok olay, fizik biliminin ortaya koyduğu kavramlar ile açıklanabilir.

Neler Öğreneceğiz?

Bu ünitede, evrende gerçekleşen olayları anlamamızı sağlayan fizik bilimi tanıtılacaktır. Ayrıca, fizik biliminin bilimsel bilgiyi geliştirme yolları ve teknolojilerin gelişiminde oynadığı rol üzerinde durulacaktır.

3

Anahtar Kavramlar

FizikBilimGözlemDeneyRasyonel DüşünceÖlçmeModellemeBirim SistemleriVektörel BüyüklüklerSkaler Büyüklükler

Bilimsel Yöntem


Fizik Nedir?

4

Fizik 9.Sınıf 1. Ünite Fizik Bilimine Giriş

Fizik; “Evren nasıl oluştu?” , “Biz evrenin neresindeyiz?” , “Varlıkların temel yapıtaşları nelerdir?” gibi insanların zihinlerini uzun süredir meşgul eden sorulara cevaplar arar. Fizik biliminin getirdiği açıklamalar yalnızca insanların merakını gidermekle kalmaz, evrene ve olaylara bakış açılarını da etkiler. Fiziğin en heyecan verici yanı, sorulan sorulara cevaplar bulundukça yeni soruların ortaya çıkması ve hâlâ keşfedilecek birçok bilinmeyenin olmasıdır.

FizikNedir?

1. BÖLÜM

5

Fizik Bilimi Neleri İnceler?Fizik kelimesi Eski Yunanca’da doğa anlamındaki physis kelimesinden gelir. Fizik ev-

rende gerçekleşen olayları anlamaya ve açıklamaya çalışan temel bilimlerden biridir. Bu kapsamda hem galaksiler, Güneş sistemi ve gezegenler hem de atom ve atom altı par-çacıklar (proton, nötron, kuarklar vb.) fiziğin ilgi alanına girmektedir. Fizik, birçok varlık ve olayın doğasında olan kuvvet, hareket, enerji, madde, ses, ışık, elektrik ve atom gibi konularla ilgilenir (Şekil 1.1). Yani temelde fizik; madde, enerji ve bunlar arasındaki ilişkiyi inceler.

Şekil 1.1 Fiziğin ilgilendiği konulardan bazıları

Fizik Nedir?


Kendini bir doğa filozofu olarak gören Isaac Newton, 1687 yılında yayınlanan ve klasik mekaniğin temelle-rini oluşturduğu kitabını “Doğa Felsefesinin Matema-tiksel İlkeleri” olarak isimlen-dirmiştir.

Amber Etkisi ile Elektriksel

Çekim

Doğal Hareket ve Zorlanmış

Hareket

Suyun Kaldırma Kuvveti

OptikDünya Merkezli Evren

Güneş Merkezli Evren

Teleskobun Keşfi

580Tales Aristo Arşimet Ptolemy İbn-i Heyzem Kopernik Galileo

370 240 130 1010 1543 1609

Doğa olaylarını açıklamaya çalışan ilk insanlar filozoflardır. Filozoflar, çevrelerinde olup biteni gözlemleyerek doğa olaylarının bir düzen içerisinde gerçekleştiğini fark etmiş-lerdir. Günümüz fiziği 16. yüzyılda ortaya çıkmıştır. Bilim insanları, hem doğa olaylarını ve bu olaylar arasındaki ilişkileri anlayabilmek hem de gözlemlerini gelecek nesillere aktara-bilmek için bu olayları olabildiğince kaydetmeye çalışmışlardır. Bilginin sorgulanması, pay-laşılması ve nesilden nesile aktarılması ile fizik bilimi daha sistematik bir şekilde yapılmaya başlanmıştır. Zamanla daha fazla bilgiye ulaşıldıkça bazı kavramların geliştiği, bazılarının değiştiği ve bazı kavramların tamamen ortadan kalktığı görülmektedir. Fiziğin ilgilendiği alanlar genişledikçe; mekanik, optik, manyetizma, termodinamik, atom ve molekül fiziği, katı hâl fiziği, nükleer fizik, astronomi gibi alt alanlar oluşmuştur. Fiziğin diğer bilim dalları ile etkileşimi sonucunda jeofizik, biyofizik ve fizikokimya gibi birden fazla bilim dalının ortak çalıştığı yeni bilim dalları ortaya çıkmıştır.

Fiziğin Tarihsel GelişimiEğer daha ilerisini görebildiysem bunun sebebi devlerin omuzları üzerinde durmamdır.

Isaac Newton (1642 - 1726)

Newton’un bu sözü, fizik bilgisinin tarih boyunca nasıl geliştiği konusunda fikir ver-mektedir. Newton cisimlerin hareketleri ile ilgili çalışan ilk bilim insanı değildir. Newton’dan önce de Aristo (MÖ 384-322) ve Galileo (1564-1642) gibi birçok bilim insanı cisimlerin ha-reketlerini açıklamaya çalışmıştır.

Aristo cisimlerin doğalarına uygun olarak hareket edeceklerini söyler. Bunun için şu örnekleri vermiştir: “Herhangi bir destek yok iken bir taş parçası yere düşer çünkü doğal yeri olan toprağa dönme eğilimindedir. Aynı şekilde duman, doğal yeri olan havaya yük-selir. Doğasında çoğunlukla ‘toprak’ ve az miktarda ‘hava’ karışımı olan bir tüy, doğasında toprak olan bir taş parçasından daha geç yere düşer.” Aristo’ya göre, daha ağır olan cisimler, hafif olan cisimlere göre daha çabuk düşer. Bu görüş yaklaşık olarak 2000 yıl boyunca kabul görmüştür.

MÖ MS

Birden fazla bilim dalının ortak çalıştığı bilim dalları-na disiplinler arası bilim dalı denir.

Önemli!

Fizik Bilimine Giriş

17. yüzyıla gelindiğinde Galileo, yaptığı gerçek deneyler ve düşünce deneyleri ile Aristo’nun görüşlerini sınamıştır. Galileo, hava sürtünmesinden kaynaklanan küçük etkiler göz ardı edildiğinde, aynı anda aynı yükseklikten bırakılan cisimlerin ağırlıkları farklı olsa bile aynı anda yere düşeceğini göstermiştir. Ancak bunun nedenini açıklayamamıştır.

Newton ise Galileo’nun çalışmalarını geliştirmiştir. Newton, kuvvet ve hareketi tanım-layarak bunlar arasındaki ilişkiyi ortaya koymuştur. Böylece Galileo’nun açıklayamadığı düşen cisimlerin hareketi, Newton tarafından net bir şekilde açıklanmıştır. Newton’un ça-lışmaları diğer çalışmalara zemin oluşturmuştur. Daha sonraki dönemlerde Einstein (1879-1955), Newton’un ortaya koyduğu fikirlerin çok yüksek hızlarda (ışık hızına yakın) çalışma-dığını fark etmiş ve yeni kavram ve açıklamalar ortaya koymuştur.

Görüldüğü gibi fizik alanındaki bilgiler tarih boyunca değişime uğramıştır. Bilimsel çalışmalar birbirini bazen desteklerken bazen çürütür, bazen de farklı bakış açılarının orta-ya çıkmasına yol açar. Tarih boyunca doğru olduğu kabul edilen bilimsel bilgilerin değişi-mine karşı genelde bir direnç gösterilmiştir.

Neden Fizik Öğrenmeliyiz?Doğa olaylarını anlayabilmemiz ve öngörebilmemiz, o olayların özünde düzenli ol-

duklarına inanmamıza bağlıdır. Evrendeki olayların sebep-sonuç ilişkileriyle birbirine bağ-lanabilmesi fizikçilerin araştırmalarındaki en temel hareket noktasıdır. Bu sayede fizikçiler doğadaki birçok düzenliliği keşfetmişlerdir. Her keşif, evrendeki düzenin varlığına olan inancı artırmıştır. Fiziğin temel amacı, evrendeki düzeni, olayların gerçekleşme koşullarını ve kurallarını ortaya çıkarmak ve açıklamaktır.

Fizik bilimi sayesinde, çevremizde ve evrende gerçekleşen birçok olay anlaşılmıştır. Böylece bu olayların öngörülmesi ve kontrol edilmesine çalışılmıştır. Örneğin deprem ol-duktan sonra tsunaminin oluşup oluşmayacağı ile ilgili öngörülerde bulunularak gerekli önlemler alınabilmektedir.

Gezegenlerin Hareket Yasası

Hareket Yasaları

Elektromanyetik Teori

Elektromanyetik Dalgalar

Görelilik Teorisi Kuantum Mekaniği

Higgs Bozonu

Kepler Newton Maxwell Hertz Einstein Schrödinger CERN1619 1687 1864 1887 1915 1926 2013

Fizik Nedir?

8


İnsanlar çok uzun bir zamandır uzaya çıkmayı hayal etmesine rağmen, Neil Armstrong ancak 1969 yılında Ay’a

gidebilmiştir. Günümüzde ise verileri anında dünyaya gönderen insansız uzay araçları ile diğer gezegenlerde

yaşamın izleri aranmaktadır (Şekil 1.3).

Şekil 1.2 Parçacık hızlandırıcılar

Şekil 1.3 Ay’da ilk adım

Şekil 1.4 Süper hızlı mayo

Fizik, atom altı parçacıklardan evrene kadar oldukça geniş bir çalışma alanına sahiptir. Teknolojinin gelişimi ile birlikte, bildiğimiz parçacıkların çok yüksek hızlarda çarpıştırılması ile Higgs bozonu gibi atom altı parçacıklar keş-fedilmektedir (Şekil 1.2).

Tanınmış bir mayo firması tarafından “lazer tarama” tek-nolojisi kullanılarak ve deniz biyolojisinden yararlanılarak yapılan mayo, suyun yüzücünün hareketine karşı direncini azaltıyor. Şirket, köpek balığı uzmanı ve Natural History Mu-seum’da yetkili olan Oliver Crimmen’e danışarak mayonun üzerinde V şeklinde girinti - çıkıntılar oluşturdu. Bunlar “deri-deki dişler” olarak biliniyor ve suyun yüzücünün üzerinden daha etkili bir şekilde geçmesini ve sanki köpek balığı derisi gibi etki yaratmasını sağlıyor (Şekil 1.4).

9

Şekil 1.5 Otomobildeki fizik

Otomobil örneğinde olduğu gibi, bir köprünün yapımında veya uçak tasarımında hangi malzemelerin kullanılması gerektiği fizik bilgisi sayesinde söylenebilir. Fiziğin kul-lanım alanlarından bazı örnekler “Fiziğin Yaygın Kullanım Alanları” posterinde verilmiştir.

Günlük hayatımızda karşılaştığımız problemleri çözmek ve hayatımızı kolaylaştırmak için bilimsel bilgilerin uygulamalarından faydalanılmaktadır. Bu durum farklı teknolojilerin ortaya çıkmasına sebep olmaktadır. Örneğin otomobil, motorundan tekerleğine kadar her noktasında, fiziğin ürettiği bilgilerin kullanıldığı bir teknoloji ürünüdür (Şekil 1.5).

Fizik Nedir?

10


İletkenlik ve manyetizma konusun-daki ilerlemeler sayesinde üretilen maglevler (manyetik raylı tren) ile çok yüksek hızlarda seyahat etmek mümkündür.

Fiziğin bir alt alanı olan optikteki gelişmelere paralel olarak dürbün, teleskop gibi teknolojik cihazların üretimi sayesinde insanoğlu evren hakkında daha çok bilgi sahibi ol-maktadır.

Röntgen çekiminde, sterilizasyonda, kanserli hücrelerin tanı ve tedavisin-de kullanılan cihazlarda optik ve yük-sek enerji fiziğinden yararlanılmakta-dır.

Katıhal fiziğindeki gelişmeler bilgisayar teknolojilerine ciddi katkılar sağlamaktadır. Son zamanlarda özellikle dizüstü bilgisayarlarda kullanılan SSD (katı hal disk) bellekler, küçük yapısı ve hızlı veri okuma/kodlama özellikleriyle ön plana çıkmaktadır.

11

Radar, radyo ve mikrodalga gibi cihazlar fizikte dal-galar konusunda yapılan çalışmalar sonucu geliştiril-miştir. Ayrıca lazerler ve kızılötesi ışınlar kullanılarak savunma sistemleri geliştirilmektedir.Optikteki gelişmeler sayesinde ışığın fiber

optik kablolar içinde aktarılması ile iletişim alanında çığır açılmıştır.

Fizik sayesinde elektronik, inşaat ve havacılık gibi çok geniş alanlarda kullanılan dayanıklı, güvenilir, uzun ömürlü, ucuz ve hafif malzemelerin geliştirilmesi mümkündür.

Tartışalım!Teknoloji ve bilimin gelişimi ha-yatımızı her zaman olumlu mu etkiler?

Fizik Nedir?

12


Bilimsel bilgiye ulaşmanın farklı yöntemleri vardır. Örneğin astronomi ile ilgilenen bir bilim insanı gözlem yaparken, elektrikle ilgilenen başka bir bilim insanı farklı maddelerin iletkenlikleri üzerine deneyler yapabilir.

Bilimsel Yöntem

2. BÖLÜM

13

Bilimsel YöntemlerFizikle uğraşan bilim insanları bilimsel bilgiye ulaşmak için çeşitli yollar kullanırlar.

Bilim tarihini incelediğimizde Aristo’nun gözlemi, Galileo’nun gerçek ve düşünce deney-lerini, Newton’un ise deneyler yanında matematiği de kullanmış olduğunu görürüz. Bilim tarihinde de açıkça görüleceği üzere tek bir bilimsel yöntem tarifi yapmak doğru olmaya-caktır. Bilim insanları yaptıkları araştırmaları çeşitli yöntemler kullanarak gerçekleştirirler. Kullanılan yöntemler bazen bir sonuç vermezken bazen beklenmeyen keşiflere yol açar. Fizikte sıkça kullanılan bilimsel yöntemlerden gözlem, deney ve rasyonel düşünceyi biraz daha yakından inceleyelim.

Gözlem bilimsel bilgiye ulaşmanın yollarından biridir. Gözlem, doğada kendiliğin-den gerçekleşen olayları anlamak ve açıklayabilmek için doğrudan duyu organları ile veya farklı araç gereçlerle toplanan verilerden sonuçlar çıkarmaktır. Elde edilen verilerden yola çıkarak bir olay hakkında akıl yürütme yolu ile bir sonuca varmaya çıkarım denir. Göz-lemlerden elde edilen veriler bir bilimsel düşünceyi doğruluyor ya da yanlışlıyor ise delil olarak nitelendirilir.

Gözlemler sonucu nitel ya da nicel veriler elde edebiliriz. Nitel veriler genelde duyu organları aracılığı ile elde edilen tanımlama amaçlı bilgiler içerirken, nicel veriler ise genel-de farklı araç gereçler yardımı ile elde edilen sayısal bilgilerdir. Bir ortamın sıcaklığı duyu organları ile kolaylıkla algılanabilir. Fakat duyulara bağlı gözlemlerimiz her zaman kesin ve tutarlı sonuçlar vermez. Örneğin yazın havanın durumu nitel olarak nemli, boğucu ve sıcak olarak belirtilirken, nicel olarak bir termometre yardımı ile 32 oC sıcaklık değeri ile ifade edilebilir.

Doğayı sadece gözlem yaparak an-lamak mümkün değildir. Bazen olayları anlamak için neden-sonuç ilişkisi kur-mak gerekir. Bu da ancak deney yolu ile gerçekleştirilebilir. Gözlemde, veri top-lama sürecinde incelenen olay üzerin-de herhangi bir değişiklik yapılmazken, deneylerde amaca yönelik olarak araş-tırmak istediğimiz olayın gerçekleşece-ği koşullar düzenlenir (Şekil 1.6). Doğa olaylarının gerçekleştiği ortamda birçok değişken vardır ve bu değişkenler birbirlerini farklı şekillerde etkileyebilmektedir. Bu de-ğişkenler arasındaki ilişkilerin ortaya çıkarılabilmesi için bazı değişkenler kontrol edilirken, bazılarının da neden-sonuç ilişkisine göre sınanması gerekir. Deneyler tasarlanırken ön-celikle incelenen olayı etkilediği düşünülen değişkenlerin belirlenmesi gerekir. Bir deney sürecinde kullanılan temel kavramlar Tablo 1.1’de özetlenmiştir.

Bilimsel bilgiye rasyonel düşünce (akıl yürütme) yoluyla ve matematiksel çıkarımlar yaparak da ulaşılabilir. Bilinenler üzerinden akıl yürüterek yeni bilgilere ulaşılabilir. Tarih-ten bir örnek olan, Galileo’nun rasyonel düşünce yöntemiyle gerçekleştirdiği düşünce de-neyine göz atalım. Aristo’nun serbest düşme ile ilgili fikirlerinin doğru olmadığını düşünen Galileo, aşağıdaki gibi bir düşünce deneyi tasarlamıştır.

Şekil 1.6 Deney düzeneği

Bilimsel araştırmalar tekno-lojik gelişmelere de katkı sağlayabilir. Diğer taraftan teknolojik gelişmeler, bilim-sel bilginin ve gözlem araç-larının gelişmesine olanak sağlayabilir. Bu araçlarla, daha önce incelenemeyen olayların gözlemlenmesi mümkün hâle gelir. Örne-ğin CERN laboratuvarların-da kullanılan hızlandırıcı ve hassas algılayıcılar yardımı ile atomla ilgili detaylı veriler elde edilmiştir.

Bilimsel Yöntem

Düşünce deneyleri, yeni verilere ihtiyaç duymadan, sahip olunan bilgileri kulla-narak olayların nasıl ve ne-den gerçekleştiklerini orta-ya koymaya çalışan zihinsel araçlardır. Sadece düşünme içerir. Deneyin yapısına ve eldeki imkânlara bağlı ola-rak, düşünce deneyi gerçek bir deney olarak yapılabilir de yapılamayabilir de.

Önemli!

14


Değişken: Bir deneyde değişebilen uzunluk, zaman gibi büyüklükler ile maddenin cinsi gibi faktörlerdir.

Bağımsız değişken: Deney esnasında değişiklik yaptığımız değişkendir. Bağımlı değişken üzerinde etkisi olduğunu düşündüğümüz değişkenlerdir.

Bağımlı değişken: Bağımsız değişken üzerinde yaptığımız değişikliklerden etkilenen değişkendir.

Kontrol değişkeni: Bir deney esnasında sabit tuttuğumuz ve diğer değiş-kenler üzerinde etkisi olabilecek değişkenlerdir.

Veri: Gözlem sonucu elde edilen değerlerdir.Tablo: Değişkenlerin aldığı değerlerin düzenli bir biçimde gösterilme şeklidir.Grafik: Bir deney esnasında toplanan verileri kullanarak değişkenler arasın-

daki sayısal ilişkinin gösterimidir. Çıkarım: Elde edilen verilerden yola çıkarak bir olay hakkında varılan sonuçtur.Model: Fiziksel bir sistemin ya da sürecin yapısını anlatan/açıklayan göste-

rimdir.Matematiksel model: Fiziksel bir sistemi ya da süreci tanımlayan matema-

tiksel bir ifadedir.

Biri diğerinden daha ağır olan iki taşı belirli bir yükseklikten aynı anda bırakalım. Hangisi daha önce düşer? Aristo’ya göre, ağır olanın daha önce düşmesi gerekir. Peki, bu iki taşı birbirine bir ip ile bağlarsak ne olur?

Bu durumda Aristo’ya göre hafif olan taşın yavaş düşme eğiliminde olması sebe-biyle ağır olan taşı yavaşlatması beklenir. Yani bu sistem, ağır taştan daha yavaş dü-şecektir. İpi biraz daha kısaltalım. Hafif taş, ağır olanı yavaşlatmaya devam edecektir.

İpi kısaltmaya devam edelim ve en sonunda iki taş birbirine sıkıca bağlanmış ol-sun. Bu durumda bile, hafif taşın ağır olanı yavaşlatması sebebi ile yavaş düşmesi ge-rekir. Oysa, bu iki taşın toplam ağırlığı, ağır olan taştan daha fazladır ve Aristo’ya göre daha hızlı düşmesi gerekir.

Galileo’nun Düşünce Deneyi

Tablo 1.1 Deney sürecinde kullanılan temel kavramlar

Görüldüğü gibi, Galileo’nun düşünce deneyi Aristo’nun yaklaşımındaki çelişkiyi orta-ya çıkarmıştır. Böylece Galileo, bu düşünce deneyi ile Aristo fiziğine olan güveni sarsmıştır.

15

Fizikte MatematikFiziğin amacı, çevremizde gerçekleşen olayları açıklayabilmemize yardımcı olmaksa

bilim insanları neden günlük dili kullanarak bu işi yapmıyorlar da matematiği kullanma ihtiyacı duyuyorlar?

Milattan önceki dönemlerde, dünyanın değişik yerlerinde kaydedilmiş Ay ve Güneş tutulmalarıyla ilgili binlerce veriye ulaşmak mümkündür (Şekil 1.7). Babilliler, MÖ 7. yüzyıl-dan itibaren bu tutulmaların sürelerini hesaplamak için gözlemler yapıp bu gözlem sonuç-larını sistematik olarak kaydetmişlerdir. Eski astronomlar, tekrar eden tutulmaları gözlem-lemişlerdir. Bunu yapmalarının başlıca nedeni hem sonraki tutulmaları tahmin edebilmek hem de daha doğru tahminler yapabilmek için, yapmış oldukları ölçümleri geliştirmeye çalışmaktır. Babilliler, ölçümler yapmalarına rağmen bunları doğa olaylarını açıklamak için kullanamamışlardır.

Antik dönem doğa filozofları, matematiksel oranlarla evrenin betimlenebileceğini savunmuşlardır. Eldeki veriler arasındaki benzerlikler, farklılıklar ve örüntüler matematik yardımı ile değerlendirilir ve matematiksel modellerle ifade edilir. Bir olayı gerçekleşme-den önce matematiği kullanarak tahmin edebilmek bize inanılmaz bir güç sağlar. Bilime bu denli değer vermemizin belki de en önemli nedeni, bilimin matematiksel modellere dayalı olarak oluşturduğu tahmin edebilme gücüdür. Örneğin Güneş’in yarın tam olarak saat kaçta doğup saat kaçta batacağını, bir sonraki Güneş tutulmasının nerede ve tam olarak ne zaman olacağını matematik sayesinde bilebiliyoruz.

Şekil 1.7 Güneş tutulması

Bilimsel Yöntem

16


Fizikte ModellemeEvrende atom altı boyutlardan astronomik boyutlara kadar geniş bir aralıkta gerçek-

leşen birçok olay çeşitli gösterimlerle anlaşılmaya ve açıklanmaya çalışılmıştır. Bu göste-rimleri model olarak tanımlamıştık. Fiziğin gelişmesinde özellikle matematiksel modelle-rin önemli bir rolü vardır. Birçok ilke veya kanun matematiksel modeller ile ifade edilir. Matematiksel modeller ile gözlem ve deneyler yolu ile ulaştığımız sonuçların uyumlu ol-masını bekleriz. Matematiksel modeller doğa olaylarını daha iyi analiz edebilmemizi ve ile-riye yönelik tahminlerde bulunabilmemizi sağlar. Şimdi bir örnek üzerinden matematiksel modelleme sürecini inceleyelim.

Son yıllarda elastik malzemelerin özelliklerini kullanarak eğlenceli etkinlikler yapabi-liyoruz. Örneğin bungee jumping (Şekil 1.8) bunlardan biridir. Eski bir kabilede dini tören-lerin bir parçasıyken, 1950’lerde eğlence amaçlı kullanılmaya başlanmıştır. Elastik bir ip sayesinde oldukça yüksek bir yerden atlayarak yere çarpmadan tekrar yükselme üzerine kurgulanan bir etkinliktir. Bungee jumpingi yapmak isteyen bir kişinin güvenliğini sağla-mak için belirli ölçütler konmuştur. Bu ölçütleri anlayabilmek için bungee jumpingi daha basit olarak düşünmemiz gerekir. Bunu, aşağıda yer alan yay etkinliği ile açıklamaya çalı-şalım.

Bir yayın uzamasına etki eden değişkenler nelerdir? Değişkenlerden bazılarını şu şe-kilde listeleyebiliriz:

• Yayın cinsi

• Yayın boyu

• Yaya asılan cismin kütlesi

Belirlediğimiz bu değişkenlerden birini seçerek bir problem durumu tanımlayalım.

Problem durumu: Yayın ucuna asılan cismin kütlesi değiştirilirse yayın boyunda nasıl

bir değişiklik meydana gelir?

Bağımsız değişken: Yayın ucuna asılan cismin kütlesi

Bağımlı değişken: Yayın uzama miktarı

Kontrol değişkenleri: Yayın cinsi

Ortaya koyduğumuz problem durumundan yola çıkarak bir deney tasarlayalım.

Şekil 1.8 Bungee jumping

Yerçekiminin olmadığı bir ortamda yayın ucuna asılan kütlenin, yayın uzamasına herhangi bir etkisi olmaya-caktır. Yayın uzamasının ne-deni, kütle çekiminden do-layı kütleye etki eden aşağı yöndeki kuvvettir. Bu kuvve-te ağırlık denir. Gerçekleştiri-len etkinlikte süreci daha ba-sit tutmak için kütle uzama ilişkisi incelenmiştir.

Önemli!

17

Yayların UzamasıETKİNLİK - 1

Kütle (kg) Uzama miktarı (m)

1 - 0

2 0,200 0,098

3 0,250 0,122

4 0,350 0,169

5 0,400 0,193

6 0,460 0,222

Bilimsel Yöntem

Araç gereçler

• Sarmal yay

• 6 farklı kütle

• Cetvel

Deneyin yapılışı

Kütle miktarını (bağımsız değişken) değiştirerek yayın uzama miktarını (bağımlı değişken) ölçeceğiz. Bu ikisi dışında kalan bütün değişkenler (kontrol değişkenleri) sabit tutulmalıdır. Örneğin bütün deney boyunca aynı yay kullanılmıştır. (Kullanılan yayın cinsi değiştirilmemiştir.) Yayın ucuna her defasında farklı miktarda kütleler asılmış ve her bir kütle için yaydaki uzama miktarı tabloda verilmiştir.

Sonuca ulaşalımKütle miktarındaki artışın yaydaki uzama miktarının da artmasına sebep olduğunu tab-lodan görebiliyoruz. Örneğin 200 g’lık (0,200 kg) bir kütle asıldığı zaman yaydaki uzama miktarı 9,8 cm (0,098 m) iken, asılan kütle iki katına çıkarıldığında uzama miktarı 19,3 cm (0,193 m) olmuş yani yaklaşık iki kat artmıştır. Yaya asılan kütle ile yaydaki uzama miktarı arasındaki ilişkiyi daha iyi görmek için elde edilen veriler kullanılarak çizilmiş olan grafiği in-celeleyelim.

18


Elde ettiğimiz uzama miktarının kütleye oranı, ortalama olarak yaklaşık 0,48 m/kg’dır. Yani her bir kütle değeri, o kütlenin yayda meydana getirdiği uzama miktarının 0,48 katıdır. Bu değer, yukarıda verdiğimiz matematiksel modeldeki sabittir. Dolayısı ile yayın uzama miktarı X,

Kütle (kg) Uzama miktarı (m) Uzama Miktarı/Kütle (m/kg)

1 0,200 0,098 0,49

2 0,250 0,122 0,49

3 0,350 0,169 0,48

4 0,400 0,193 0,48

5 0,460 0,222 0,48

Grafikte görüldüğü gibi yaydaki uzama miktarı (x) ile yaya asılan kütle (m) arasındaki ilişki doğru orantılıdır. Bunu,

x m\

şeklinde ifade ederiz. Uzama miktarı ile kütle arasındaki bu ilişkiyi matematiksel bir mo-dele dönüştürmek için eşitliğin sağ tarafına bir sabit ekleriz. Bu sabit yayın cinsine göre değişir. Bu durumda, uzama miktarı ile kütle arasındaki ilişki,

Uzama miktarı = sabit ∙ kütle

x = sabit ∙ m

şeklinde ifade edilir. Bu sabiti belirlemek için kütle ve uzama miktarı arasındaki orana bak-mamız gerekir. Bunun için tabloda yer alan farklı değerler için bu oranı hesaplayalım.

19

Şekil 1.9 Güneş sistemi modeli

Bilimsel Yöntem

X = 0,48 • mYaydaki uzama miktarı = sabit • kütle

(m) = (m/kg) • (kg)olarak ifade edilir.

Bulduğumuz bu matematiksel model, bize herhangi bir kütle için yayın ne kadar uzayacağını öngörmemizi sağlar. Modelimizin çalışıp çalışmadığını test etmek için 650 g’lık bir kütlenin bu yayı ne kadar uzatacağını hesaplayalım.

X = 0,48 (m/kg) • m(kg)

X = 0,48 (m/kg) • 0,650 kg

X = 0,312 m = 31,2 cm olur.

650 g’lık kütleyi yaya asarak, yayın boyundaki uzamayı cetvel ile ölçtüğümüzde uza-manın yaklaşık 31,5 cm olduğunu görürüz. Ölçtüğümüz değerin, modelden elde ettiği-miz değere oldukça yakın olduğu görülmektedir. Bu da modelimizin çalıştığını gösterir.

Bu modele göre, bungee jumping yapan kişilerin güvenliği için nasıl bir çıkarım yapabiliriz? Buradan yola çıkarak bungee jumping yapan kişinin kütlesini bir güvenlik ölçütü olarak dikkate almamız gerektiğini söyleyebiliriz. Ancak, kütle güvenlik ölçütleri-ni etkileyecek değişkenlerden sadece biridir. Uzama miktarının sadece kütleyle ilişkisini gösteren bir matematiksel model oluşturduğumuzdan dolayı kullanılan malzemenin cinsi, atlanan yükseklik gibi güvenliği etkileyen farklı değişkenlerin etkisi incelenmemiştir.

Bunun gibi birçok matematiksel model fizikte sıkça kullanılmaktadır. Fizikte mate-matiksel modellerin yanı sıra gözlemleyemediğimiz olayları görsel bir hâle getirmek için de farklı modeller kullanılır. Güneş sistemi modeli gibi modeller bunlara örnek ola-rak verilebilir Bu modeller sayesinde güneş sistemi ve yapısındaki gezegenler iki ya da üç boyutlu olarak gösteri-lerek güneş sisteminin yapısı daha somut bir şekilde ince-lenebilir. (Şekil 1.9).

20


Fizik biliminde, evrendeki olayları açıklamak için çeşitli kavramlar (kütle, uzunluk, zaman, vb.) geliştirilir ve bunlar arasında ilişkiler kurulur. Bu ilişkileri kurabilmek için kavramların büyüklüklerine ihtiyaç duyulur. Dolayısı ile bu büyüklüklerin nasıl ölçüldükleri de önemlidir. Örneğin bir cismin kütlesinin büyüklüğü terazi ile ölçülerek kilogram (kg) ile ifade edilir. Isı ve sıcaklık kavramları ile ilgili çalışmalar yapan Lord Kelvin (1824-1907), ölçmenin önemini şu şekilde ifade etmiştir:

“Söylediğiniz şeyi ölçebiliyor ve onu bir sayı ile ifade edebiliyorsanız konu hakkında bir şeyler biliyorsunuz demektir ama onu ölçemiyorsanız bilginiz yetersiz kalacaktır.”


3. BÖLÜM

21

Fizikte ÖlçmeTarihte insanlar çeşitli yapılar inşa

ederken, yiyecek ve giyim malzemesi takas ederken standart ölçüm araçla-rına ihtiyaç duymuşlardır. İnsanlar, ölç-me için öncelikle el ve kol gibi uzuvlarını kullanmışlardır (Şekil 1.10). Babilliler ve Mısırlılar uzunluk ölçüsü olarak kol, el ve parmak uzunluklarını kullanmışlar-dır. Örneğin Mısırlılar dirsekten parmak ucuna kadar olan uzunluğu, “kübit” olarak isimlendirmiş ve kübiti uzunluk ölçüsü olarak kullanmışlardır. Eski çağ-larda zaman ölçüsü olarak ise Güneş’in ve Ay’ın döngüleri kullanılmıştır. Me-zopotamya’da bir çubuğun gün içinde değişen gölge uzunluğu yardımı ile za-man ölçümü yapılmıştır.

Ülkemizde de metrik sisteme geçilene kadar yapılan bazı ölçümlerde insan uzuvla-rına göre kıyaslama yapılırdı. Örneğin kumaş alımlarında orta parmağın ucundan omuz hizasına kadar olan uzunluk temel alınırdı. Osmanlı döneminde çeki, okka ve dirhem gibi ağırlık ölçüleri ya da kulaç, arşın gibi uzunluk birimleri yaygın olarak kullanılmaktaydı.

Günlük hayatımızda olduğu gibi bilimde de ölçmenin büyük bir yeri vardır. Bir önceki bölümde yaptığımız Etkinlik 1’i düşünelim. Burada yayın uzama miktarı ve asılan kütle arasındaki ilişki, yayın uzunluğu ve asılan kütle miktarı ölçülebildiği için bulunabilmiştir.

Fiziksel büyüklükler iki temel grupta sınıflandırılır. Tek başına ifade edilebilen büyük-lükler temel büyüklükler olarak adlandırılır. Temel büyüklükler cinsinden ifade edilen diğer büyüklükler ise türetilmiş büyüklükler olarak adlandırılır. Toplamda yedi temel büyüklük tanımlanmıştır. Diğer büyüklükler bu yedi temel büyüklük cinsinden ifade edi-lebilmektedir. Tablo 1.2’de temel büyüklükler, bu temel büyüklüklerin Uluslararası Birim Sistemi’nde (SI) tanımlanan birimleri, bu birimlerin sembolleri ve ölçme araçları verilmiştir.

Saç teli kalınlığı

İnç

Avuç

Ayak

Adım

Kübi

t

7 Avuç

Şekil 1.10 Eski çağlarda uzunluk ölçümü


Günümüzde pırlanta gibi mü-cevherlerin kütlelerini ölçmekte kullanılan “karat” ölçü birimi keçi boynuzu bitkisinin çekirdeğinin kütlesine karşılık gelmektedir.

Bunları Biliyor musunuz?

1999 yılında NASA’nın Mars’ı incelemek üzere gönder-diği “Mars Climate Orbiter” uzay aracı, mühendislerin ölçü birimlerini karıştırmala-rı yüzünden parçalanmıştır.


22


Tablo 1.2’de görüldüğü gibi uzunluk temel bir büyüklüktür ve Uluslararası Birim Sis-temi’ne göre birimi metredir (m). Uluslararası Birim Sistemi’ne göre birimi metreküp (m3) olan hacim ise uzunluk kullanılarak elde edildiği için türetilmiş bir büyüklüktür.

Vektörel ve Skaler BüyüklüklerBazı fiziksel büyüklükleri tanımlamak için sadece sayı ve birim yeterli iken, bazıları için

ise sayı ve birimin yanında yön bilgisinin de belirtilmesi gerekir. Örneğin pazardan alaca-ğımız elmanın kütlesini ifade etmek için sadece bir sayı ve birim kullanırız. Bu da elmanın kütlesini anlamamız için yeterli olur. Örneğin 3 kg elma dediğimizde pazarcı ne dediğimizi anlayacaktır. Ancak bir sayı ve birim bazı büyüklükleri ifade etmek için yeterli olmaz. Ör-neğin bir otomobilin hızını ifade ederken hızın büyüklüğü ve birimi yanında, eksiksiz bir bilgi için yönünün de belirtilmesi gerekir. Aksi hâlde, otomobilin hangi yönde ilerlediği anlaşılmayacaktır. Sadece birim ve sayı belirtilmesi ile anlam kazanan büyüklüklere skaler büyüklükler denir. Büyüklüklerin anlam kazanabilmesi için, sayı ve birimin yanında yö-nün de belirtilmesi gereken büyüklüklere ise vektörel büyüklükler denir.

Tablo 1.2 Temel büyüklükler

Astronomide uzunluk biri-mi olarak “ışık yılı” kullanılır. Işık yılı kulağa zaman birimi gibi gelse de, ışığın bir yılda aldığı yolu ifade eder. Bir ışık yılı yaklaşık olarak 9,5 trilyon km’dir.

Önemli!

1 metre, Uluslararası Birim Sistemi (SI) tarafından, ışığın boşlukta 3

1 x 10-8 saniyede aldığı yol olarak tanımlan-mıştır.

Önemli!

Temel BüyüklüklerUluslararası Birim Sistemi Birimleri

Birim Sembolü

Ölçme Aracı Sembolü

Uzunluk Metre m Metre l

Kütle Kilogram kg Terazi m

Zaman Saniye s Kronometre t

Elektrik Akımı Amper A Ampermete ISıcaklık Kelvin K Termometre T

Madde Miktarı Mol mol - IIşık Şiddeti Kandela cd Fotometre n

23

Ölçmede Hata

Uzunluk, zaman, kütle ve hacim gibi kavramları çeşitli araçlar kullanarak ölçeriz. Ör-neğin zaman ölçümünü ele alalım. Zaman ölçmede yaygın olarak kronometre kullanılır.

Kronometre kullanarak çeşitli zaman ölçümleri yapabiliriz. Örneğin kronometre ile bir koşucunun parkuru tamamlaması için geçen süreyi ölçebiliriz. Peki, yaptığımız her öl-çüm doğru sonucu verir mi? Aynı tip kronometre ile 1 m yükseklikten bırakılan bir tenis topunun yere düşme süresini ölçen üç öğrenci aynı değerleri mi elde eder? Ölçüm aslında görüldüğü kadar basit bir işlem değildir. Bazen bizden bazen de ölçüm aracından kaynak-lanan nedenlerden dolayı ölçmede hata yapmamız olasıdır. Yukarıdaki soruya yapacağı-mız etkinlik ile cevap arayalım.

Herhangi bir büyüklüğü tam olarak ölçmek oldukça zordur. Bunun sebebi ölçüm sı-rasında oluşan kaçınılmaz hatalardır. Bu hataların kaynağı ölçümü yapan kişi, ölçüm aracı, ölçüm yöntemi ya da ölçme ortamı olabilir. Yukarıdaki etkinlikte topun yere ulaşma süre-sini aynı tip kronometre ile ölçmemize rağmen, yakın olsa da birbirinden farklı sonuçlar elde ettik. Bunun sebeplerinden biri kronometre ile ölçüm yapan kişilerin tepki gösterme sürelerindeki farklılık olabilir. Tepki gösterme hızı kişiden kişiye değişmektedir. Genel ola-rak genç insanlar, yaşlılara göre daha hızlı tepki gösterirler.

Benzer bir etkinliği bir dijital, bir de analog kronometre kullanarak yaptığımızı düşü-nelim. Elimizde 1 saniye dilimi ile ölçeklendirilmiş analog bir kronometre, bir de 1 saniye aralıkları ölçebilen dijital bir kronometre olsun. İki kişi bu kronometreleri kullanarak bir te-nis topunun 1 metre yükseklikten bırakıldıktan ne kadar süre sonra zıplamadan durduğu-

Kronometre ile Ölçüm Yapalım ETKİNLİK - 2

Araç gereçler• 3 adet aynı tür kronometre • Tenis topu• Cetvel


1. Zaman ölçümü yapmak için üç öğrenci seçelim.

2. Topu 1 metre yükseklikten bırakalım.

3. Top elden ayrıldıktan sonra yere ulaşıncaya kadar geçen süreleri ölçelim.

Sonuca ulaşalımÜç öğrencinin ölçtüğü süreler aynı mı? Farklar varsa sebebi ne olabilir?


24


nu ölçmüş olsun. İki kişi, top serbest bırakıldığında kronometrelerini çalıştırıp, topun ha-reketsiz kaldığı anda ise kronometrelerini durdursunlar. Eğer bu iki kişinin kronometreleri Şekil 1.11’deki değerleri gösteriyorsa, hangi kronometredeki değer daha güvenilir olur?

Öncelikle, iki kronometrenin neden farklı değerler gösterdiğini irdeleyelim. Bu farkın nedeni kişilerin tepki gösterme sürelerinden kaynaklanıyor olabilir. Gerek kronometreyi başlatırken (topun bırakılma anında) gerekse kronometreyi durdururken (topun durması ile) iki kişi farklı anlarda başlatmış ve durdurmuş olabilirler. Bir diğer fark da kronometrenin analog veya dijital olmasından kaynaklanabilir. Dijital kronometre ±0,1 saniye aralığında-ki değerleri gösteremezken, analog kronometreler bu aralıktaki değerleri de gösterebil-mektedir. Fakat analog kronometrede oluşabilecek en önemli sorun, değerleri okumakta oluşan zorluktur. Bu zorluk aşılabilirse analog kronometreler ile dijital kronometrelerden daha hassas zaman ölçümü yapılabilir.

Zaman gibi uzunluk da fizikte sıklıkla kullandığımız büyüklüklerdendir. Bir cismin boyutlarını ölçmede, düzgün şekilli katı cisimlerin hacmini hesaplamada, alınan yolu ölç-mede hep uzunluk kullanılır. Uzunluğu ölçerken en sık kullandığımız araçlar Şekil 1.12’de görülen kumpas, şerit metre ve cetveldir.

Şekil 1.11 Analog ve dijital kronometre

Şekil 1.12 Uzunluk ölçüm araçları

Ölçüm yaparken hata payını azaltmak için ölçümü birkaç kez tekrar edip ölçümlerin ortalamasını almak gerekir.

Önemli!

R

25

Örneğin Şekil 1.13’te görülen cetvel ile kalemimizin boyunu ölçtüğümüzü düşüne-lim. Şekle tam üstten, biraz sağdan ve biraz soldan baktığımızda farklı sonuçlar elde ede-riz. Daha doğru bir sonuç almak için ölçümü yaparken şekle tam üstten bakmaya dikkat etmeliyiz.

Size aşağıda gösterilen, üç farklı şekilde ölçeklendirilmiş cetvel ve bir anahtar veri-lerek bu cetvellerle anahtarın boyunu ölçmeniz isteniyor. Verilen cetvellerden hangisini kullanırsınız? Nedenlerini belirterek tartışınız.

Şekil 1.13 Cetvel yardımı ile kalemin boyunun ölçümü

a)

b)

c)

Alıştırma - 1


26



1. Fizik biliminin temel amacını açıklayınız.

2. Günlük hayatınızda yaptığınız gözlem ve çıkarımları düşünerek gözlem ve çıkarım arasındaki farkları açıklayınız.

3. Bileğinizin çevresini ölçmek istiyorsunuz. Ölçüm aracı olarak elinizde mezura, cetvel ve sürgülü kumpas var. Ölçümü yapmak için bu araçlardan hangisini tercih edersiniz? Cevabınızı açıklayınız.

4. Bir öğrenci basit elektrik devrelerindeki güç kaynağının gerilimini artırarak ampuldeki parlaklığın değişimini gözlem-lemek istiyor. Öğrencinin elinde farklı güçte ampuller, bağlantı kabloları ve güç kaynağı bulunmaktadır.

a. Öğrencinin test ettiği hipotez ne olabilir?

b. Bu deneydeki bağımlı, bağımsız ve kontrol değişkenleri nelerdir?

i. Bağımlı değişken:ii. Bağımsız değişken:iii. Kontrol değişkeni:

5. Kronometre kullanarak bir dönme dolabın tam tur yapması için geçen süreyi ölçmek isteyen bir öğrenci, ölçüm hata-sını azaltmak için neler yapabilir? Açıklayınız.

6. Birim zamanda yapılan iş, güç olarak tanımlanır. Birim zamanı Δt ve yapılan işi W sembolleri ile temsil edilirse gücün matematiksel ifadesini gösteriniz.

7. Sürat V, alınan yol X ve geçen zaman t sembolleri ile gösterilirse, sürat matematiksel bir model olarak “Vt

X� ” şeklin-

de ifade edilebilir. Bu matematiksel modelden yola çıkarak sürati tanımlayınız.

8. Fizikte, bilim insanları genelde sayısal veriler elde etmek isterler. Bunun sebepleri neler olabilir?

9. Bir yüzme havuzunun alabildiği suyun kütlesini nasıl ölçebiliriz?

10. Nefes alıp verirken aldığımız havanın kütlesini nasıl ölçebiliriz?


27

B. Aşağıdaki ifadelerin gözlem olduğunuzu düşündüklerinizin başına (G), çıkarım olduğunu dü-şündüklerinizin başına (Ç) yazınız.

1. ( ) Ağaçtan düşen yaprak 20 saniyede yere ulaştı.

2. ( ) Havaya atılan bütün taşlar yere düşer.

3. ( ) Yarın havanın sıcaklığı en yüksek 25 oC olabilir.

4. ( ) Sürtünmesiz düzlemde hareket eden bir araba sonsuza kadar gider.

Aşağıda listelenen fiziksel büyüklüklerden skaler olanların başına (S), vektörel olanlar için (V) yazınız.

5. ( ) Zaman

6. ( ) Kütle

7. ( ) Kuvvet

8. ( ) Hacim

9. ( ) Hız

10. ( ) Özkütle

C. Aşağıdaki tabloda yer alan büyüklükleri vektörel veya skaler olmasına göre işaretleyiniz.

Sorular

Vektörel Skaler

5 m/s

10 N Kuzey-Doğu

100 km

20 oC, Ankara

10 m/s, aşağı

28


D. Aşağıdaki soruların doğru cevaplarını işa-retleyiniz.

1. Aşağıda verilen cetvellerden hangisi ile daha hassas bir ölçüm yapabilirsiniz?

2. Bilimsel bilgi ile ilgili aşağıda verilen ifadelerden hangi-si ya da hangileri doğrudur?

I. Gözlem yapma bilimsel bilgiye ulaşmanın yollarından biridir.

II. Rasyonel düşünme (akıl yürütme) yolu ile bilimsel bilgiye ulaşılabilinir.

III. Bilimsel bilgi genelgeçer doğruları ifade eder, zamanla değişmez.

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III

D) I ve II E) I, II ve III

3. Aşağıdakilerden hangisi temel bir büyüklük değildir?

A) Kütle B) Hacim C) Zaman

D) Işık şiddetti E) Uzunluk

4. Aşağıdakilerden hangisi vektörel bir büyüklük-tür?

A) Kütle B) Hacim C) Sıcaklık

D) Kuvvet E) Uzunluk

5. Uluslararası birim sisteminde hangisi kullanıl-maz?

A) Metre B) Kilogram C) Arşın D) Kelvin E) Saniye

6. Bir bilim insanı serbest düşen bir cismin kütlesi ve yere çarpma hızı arasındaki ilişki üzerine bir deney tasarlamaktadır. Bu bilim insanı aşağıdaki-lerden hangisine öncelik vermelidir?

A) Formülü kullanarak farklı kütleli cisimler için hız değerlerini hesaplamaya

B) Farklı kütlelerin bırakıldığı yüksekliklerin sabit tutulması için gerekli koşulları hazırlamaya

C) Aynı cismi farklı yüksekliklerden bırakarak cis-min hızını ölçmeye

D) Formülü kullanarak belirli kütle değerleri için yere çarpma hızını hesaplayıp tablo hazırlamaya

E) Farklı kütleler ve bu kütlelerin bırakılma yük-seklikleri arasındaki ilişkiyi gösteren bir grafik çiz-meye

A)

C)

B)

D)

E)

29

7. Bir cismin yere çarpma hızını etkileyen değişken-lerin belirlenmesi üzerine tasarlanan bir deney-de bağımsız değişken – bağımlı değişken çifti aşağıdakilerden hangisi olabilir?

A) Bırakılan yükseklik--yere çarpma hızı

B) zaman-kütle

C) yere çarma hızı--bırakılan yükseklik

D) Yere çarpma hızı -- kütle

E) Kütle -- zaman

8. Fizikte matematiğin rolü ile ilgili aşağıdakilerden hangisi söylenemez?

A) Nitel gözlemleri yorumlamamızı sağlar.

B) Değişkenler arasındaki ilişkileri görünür kılar.

C) Doğa olaylarını oranlar ile betimlememizi sağlar.

D) Tekrar eden doğa olaylarını tahmin edebilme-mizi sağlar.

E) Verilerden matematiksel modeller çıkarmamızı sağlar.

9. Bir öğrenci çaydanlıktaki su miktarı ile suyun kaynaması için geçen süre arasındaki ilişkiyi or-taya çıkarmak için bir deney tasarlamaktadır. Bu öğrencinin aşağıdakilerden hangisini yapmasını bekleriz?

A) Bu ilişkiyi gösteren bir formülü kullanarak su-yun kütlesinin ve kaynama süresinin değerlerini hesaplamasını

B) Suyun kütlesi ve kaynama süresini sabit tutabil-mek için gerekli koşulları hazırlamasını

C) Suyun kütlesi ve kaynama süresi dışındaki de-ğişkenleri sabit tutabilmek için gerekli koşulları hazırlamasını

D) Formüle bağlı olarak değişkenler arasındaki iliş-kiyi gösteren bir grafikler çizmesini

E) Aynı kütlede farklı sıcaklıklardaki sular için de-neyi tekrar etmesini

Sorular

30

Fizik 9.Sınıf Ünite 2. Madde ve Özellikleri

Madde ve ÖzellikleriÜnite 2

Neden Öğreneceğiz?Maddenin özellikleri bilim insanlarının yüzyıllardır önemli araştırma alanlarından biridir. Çünkü maddeyi tanımak, özelliklerini bilmek birçok malzemenin ve teknolojinin geliştirilmesinde önemli rol oynar. Özellikleri bilinen malzemeler ihtiyaçlar doğrultusunda kullanılır veya yeni teknolojiler geliştirilir. Örneğin yangın tüplerinde kullanılacak maddenin seçiminde, dayanıklı inşaat malzemelerinin geliştirilmesinde, su geçirmez ve kir tutmaz kumaşların üretilmesinde maddenin özelliklerinden faydalanılır.

Neler Öğreneceğiz?Bu ünitede, hayatımızın her alanında yer alan katı, sıvı, gaz ve plazmaların bazı özellikleri incelenecek ve bu özelliklerin günlük hayatta ne tür avantaj ve dezavantajlar oluşturabileceği sorgulanacaktır.

31

Anahtar Kavramlar

KütleHacimÖzkütleDayanıklılıkYapışmaBirbirini TutmaYüzey GerilimiKılcallık

Madde ve Özkütle

Katılar

Akışkanlar

Plazmalar

32

Fizik 9.Sınıf Madde ve Özellikleri2. Ünite

Etrafımıza baktığımızda birçok cisim görürüz. Bu cisimler çeşitli maddelerin biçimlendirilmesi sonucu oluşur. Farklı cisimler, farklı fiziksel özelliklere sahiptir. Örneğin bir madenî para ve bir tahta parçası suya atıldığında madenî paranın battığı, tahta parçasının ise yüzdüğü gözlemlenir. Sizce bu durumu nasıl açıklarız? Peki, kütüphanede bulunan aynı boyutlardaki iki kitabın kütleleri birbirinden farklı olabilir mi? Eğer farklı kütlelere sahiplerse bu durumu nasıl açıklayabiliriz?

Madde ve Özkütle

1. BÖLÜM

33

Kütle

Mutfakta veya laboratuvarda kullandığımız bir terazi ile herhangi bir cismin kütlesini

ölçebiliriz (Şekil 2.1). Eşit kollu terazi ile kütle ölçümü daha önceden kütlesini bildiğimiz

maddeler kullanılarak yapılır. Kütlesi bilinmeyen madde bir kefeye, kütlesi bilinen farklı

maddeler diğer kefeye konularak ölçüm yapılır. Uluslararası Birimler Sistemi’nde

temel büyüklüklerden biri olan kütlenin birimi kilogramdır ve kg olarak gösterilir.

Tablo 2.1’ deki canlı ve cansız varlıkların kütlelerini incelediğimizde, bu varlıkların

çok büyük ve çok küçük kütle değerleri alabileceğini görüyoruz.

Tablo 2.1 Çeşitli canlı ve cansız varlıkların yaklaşık kütleleri

Günlük hayatta karşılaştığımız cisimlerin kütlelerinin çok küçük veya çok büyük olmasından dolayı kütle birimi olarak kilogramın kullanılması her zaman uygun olmayabilir.

Örneğin ilaçlarda yer alan etken maddelerin kütlesini kilogram yerine miligram birimi ile ifade etmek daha anlamlıdır. Şekil 2.2’de görülen kilogram, gram, miligram ve mikrogram ile Uluslararası Birimler Sistemi’nde kullanılmayan ton en yaygın kullanılan kütle ölçüm birimleridir.

Bir karıncanın kütlesi,

3 x 10-6 kg = 3 x 10-3 g = 3 mg

Bir mavi balinanın kütlesi,

150 ton =1,50 x 105 kg = 1,50 x 108 g

Varlık Kütle (kg)

Güneş 19,90 × 1029

Dünya 5,98 × 1024

Ay 7,36 × 1022

Mavi balina 15,00 × 104

İnsan 7,00 × 101

Karınca 3,00 × 10-6

Bakteri 1,00 ×10-15

Elektron 9,11 × 10-31

Güneş’in kütlesi Dünya’nın kütlesinin yaklaşık 333000 katıdır.

Bir mavi balinanın kütlesi bir insan kütlesinin yaklaşık 2100 katıdır.

1 ton(ton)

103

kilogram(kg)

106

gram(g)

109

miligram(mg)

1012

mikrogram(μg)

Şekil 2.2 Kütle birim dönüşümleri

Şekil 2.1 Kütle ölçmek için kullandığımız araçlar

= == =

Madde ve Özkütle

Maddelerin sahip olduk-ları kütle, hacim ve eylem-sizlik gibi temel özelliklere maddelerin ortak özellik-leri denir.

Önemli!

34


HacimDüzgün geometrik yapıdaki cisimlerin hacmini, cismin boyutlarını ölçerek

hesaplayabiliriz. Eğer hacmini merak ettiğimiz cisim düzgün bir şekle sahip değilse, cismin hacmini Şekil 2.3’te görülen dereceli silindir ve su yardımı ile kolayca bulabiliriz.

Metreküp ve litre en yaygın kullanılan hacim birimleridir. 1 litrenin karşılığı 1 desimetreküptür. Metreküp ve litre cinsiden ifade edilen hacim birimleri Şekil 2.4’te görüldüğü gibi büyür ve küçülür.

Birimler arası dönüşüm Şekil 2.4 kullanılarak kolaylıkla yapılabilir. Örneğin yetişkin bir insanda bulunan ortalama kan hacmi,

4,7 L = 4,7 × 10-3 m3 = 4,7 × 103 cm3

olarak ifade edilebilirken, bir kutu ayranın hacmi,

0,25 L=250 mL = 2,50 × 10-4 m3

olarak ifade edilebilir.

ÖzkütleMaddelerin kütleleri arttıkça hacimleri de artmaktadır. Buna göre, iki farklı maddeden

hacimce büyük olanın kütlesi her zaman daha mı büyüktür? Bu sorunun cevabını Etkinlik 1 ile bulmaya çalışalım.

103

desimetreküp(dm3)

1metreküp

(m3)

106

santimetreküp (cm3)

109

milimetreküp (mm3)

101

desilitre(dL)

1 litre(L)

102

santilitre(cL)

103

mililitre(mL)

Şekil 2.4 Hacim birim dönüşümleri

Şekil 2.3 Dereceli silindir

Bir insan ömrü boyunca ortala-ma 25000 L tükürük üretir. Bu miktar yaklaşık iki petrol tankerini dolduracak hacimdedir.


35

Araç gereçler

• 5-6 adet cam bilye

• 5-6 adet metal bilye (cam bilye ile aynı boyutta)

• Dereceli silindir

• Su

• Terazi

Not: Deneyi cam ve metal bilye yerine aynı hacimlerdeki farklı maddeleri kullanarak da yapabiliriz.


1. Bilye sayısını birer birer artırarak kütle ve hacim değerlerini ölçüp verileri tabloya kaydedelim.

2. Kütle ve hacim değerlerini kullanarak cam ve metal bilye için kütle – hacim değişimlerini aynı grafik üzerinde çizerek gösterelim.

(Not: Çizeceğimiz grafikte yatay ekseni hacim, düşey ekseni de kütle olarak alalım.)

Sonuca ulaşalım

1. Tablodan yola çıkarak aynı sayıdaki cam ve metal bilyelerin kütlelerini kıyaslayalım. Bu durumu tartışalım.

2. Farklı sayıdaki cam ve metal bilyelerin kütlelerini kıyaslayalım. Sayıca fazla olduğu hâlde kütlelerinin az olduğu durumlar var mıdır? Bu durumu tartışalım.

3. Cam ve metal bilyeler için çizdiğimiz grafiklerden nasıl bir sonuç çıkarabiliriz?

4. Deney esnasında yaptığımız ölçümlerdeki farklılıkları ve bu farklılıklara sebep olan hata kaynaklarımızı tartışalım.

Kütle - Hacim İlişkisiETKİNLİK - 1

Bilye sayısı

Cam Bilye Metal Bilye

Kütle (g) Hacim (cm3) Kütle (g) Hacim (cm3)

1

2

3

4

5

6

Madde ve Özkütle

36


Benzer bir deney yapılmış ve gümüş, demir ve cıva elementleri için Tablo 2.2’ deki veriler toplanmıştır (Şekil 2.5). Aynı hacimdeki gümüş, demir ve cıva elementlerinin kütle değerlerini tabloya bakarak karşılaştıralım.

Tablo 2.2 Laboratuvarda basınç ve sıcaklığın değişmediği durumda elde edilen veriler

Tablo 2.2’ deki verileri incelediğimizde gümüş, demir ve cıva elementlerinin yaklaşık 10 cm3 hacimdeki kütle değerlerinin sırasıyla 104, 9 g, 78, 0 g ve 136,1 g olduğunu görürüz. Tablodaki diğer verileri de incelediğimizde aynı hacimli farklı maddelerin, farklı kütlelere sahip olacağı sonucuna varabiliriz.

Hacmi büyük olan maddelerin her zaman daha fazla kütleye sahip olup olmayacağı sorusunu da Tablo 2.2 yardımı ile cevaplayabiliriz. Örneğin 30 cm3 hacmindeki cıva ile 40,1 cm3 hacmindeki demirin kütlelerini karşılaştıralım. Cıvanın kütlesi 408 g iken, daha büyük hacme sahip demirin kütlesi 312,2 g’dır. Aynı şekilde 40,2 cm3 hacmindeki gümüş ile 50,1 cm3 hacmindeki demirin kütlelerini karşılaştırdığımızda, gümüşün daha fazla kütleye sahip olduğunu görürüz. Yani farklı maddeler için hacimce büyük olanın, kütlesinin daha büyük olacağını söylemek her zaman doğru değildir.

Gümüş Demir Cıva

Kütle(g)

Hacim(cm3)

Kütle(g)

Hacim(cm3)

Kütle(g)

Hacim(cm3)

104,9 10,0 78,0 10,1 136,1 10,2

211,2 20,1 156,2 19,9 272,2 19,9

313,4 29,9 233,9 30,0 408,0 30,0

421,7 40,2 312,2 40,1 544,2 39,9

522,5 49,8 389,8 50,1 680,3 50,1

Özkütle (g/cm3)Madde

Helyum Hava Yağ Su Süt Kan

0,000178 g/cm3 0,95 1,00 1,03 1,060,0013

Şekil 2.5 Gümüş, cıva ve demir

37

Bu durumları daha iyi anlayabilmek için Tablo 2.2’de yer alan verileri kullanarak çizdiğimiz Şekil 2.6’daki kütle-hacim grafiğini inceleyelim.

Grafiği incelediğimizde görüyoruz ki bir madde için hacim arttıkça kütle de aynı oranda artmaktadır. Grafikte de görüldüğü gibi gümüş, demir ve civa için bu oranlar birbirinden farklıdır. Bir maddenin kütlesinin hacmine oranı, o maddenin özkütlesi (yoğunluk) olarak tanımlanır. Özkütle sabit bir sıcaklık ve basınç değerinde her madde için farklıdır. Bu nedenle özkütle, maddelerin ayırt edici özelliklerinden biridir. Özkütle,

zkütleacim

ütleÖ

H

K�

dv

m�

şeklinde ifade edilir. Kütlenin birimi kilogram (kg) ve hacmin birimi metreküp (m3) alındığında özkütlenin birimi kg/m3 olur. Özkütlenin birimi, genelde g/cm3 olarak ifade edilir.

Kütle hacim oranları hesaplandığında özkütle değerlerinin cıva için 13,62 g/cm3, gümüş için 10,49 g/cm3 ve demir için de 7,78 g/cm3 olduğu görülür. Aynı hacme sahip oldukları hâlde, maddelerin farklı kütlelere sahip olmalarını özkütle kavramı ile açıklayabiliriz. Ebatları aynı olan iki kitabın kütlelerinin farklı olması da kitapların yapıldığı kâğıtların özkütlelerinin farklı olmasından kaynaklanmaktadır (Şekil 2.7). Örneğin 1 m3 hacmindeki karton kutu dolusu “köpük fıstık” sadece 3 kg civarında iken, hacimce daha küçük (0,0033 m3) bir top fotokopi kâğıdı da yaklaşık 3 kg gelmektedir.

FİZİK

Şekil 2.7 Aynı boyutlarda iki kitap

Kas Kemik Demir Kurşun Cıva Altın

1,08 1,50 7,80 11,30 19,3013,60

Madde ve Özkütle

Şekil 2.6 Gümüş, demir ve civa için kütle-hacim grafikleri

38


Jeologlar özkütleyi hesaplayarak kayaların kimliğini tespit ederler. Şekilde gördüğümüz taşın özkütlesi kaç g/cm3 tür? Bu taşın özkütlesinin kg/m3 cinsinden değeri nedir?

Maddeleri birbirinden ayırt edebilmenin yollarından biri maddelerin özkütlelerini karşılaştırmaktır. Özkütle maddelerin saflıklarını ortaya çıkarmak amacıyla da kullanılır. Örneğin altının saf olup olmadığını bu yolla anlayabiliriz (Şekil 2.8). Tablo 2.3’te görüldüğü gibi altın ayarı, altın ve diğer metallerin kütlece farklı oranlarda karıştırıldığını ifade eder. Farklı metaller eklendiğinde altın saflığını yitirir ve bir alaşım elde edilir. Oluşan alaşımların ve saf altının özkütleleri birbirinden farklıdır. Böylelikle ayarını bilmediğimiz altın külçesinin saf olup olmadığını, özkütlesini belirleyerek ayırt edebiliriz.

Maddelerin ayırt edici özelliklerinden biri olan özkütle, aynı madde için madde miktarı ve hacim değiştikçe değişir mi? Örneğin bir yaprak fotokopi kâğıdı ile bir top fotokopi kâğıdının özkütleleri aynı mıdır? Bunu anlamak için Etkinlik 2’ yi yapalım.

Şekil 2.8 Külçe altın

Tablo 2.3 Altın ayarları için kütle oranları

Ayar Altın (%) Diğer Metaller (%)

24 ~100 -

22 91,6 8,4

18 75,14 24,86

14 58,5 41,5

Alıştırma - 1

39

Şekil 2.9 Su ve sıvı yağ

Tabloda fotokopi kâğıdı için yapılan kütle ve hacim ölçümleri gösterilmiştir. Tablodaki verileri kullanarak özkütle değerlerini hesaplayalım. Bulduğumuz özkütle değerleri sabit mi? Farklılıklar varsa nedenleri ne olabilir?

Tablodaki verileri kullanarak özkütle-kütle ve özkütle-hacim grafiklerini çizerek aralarındaki ilişkiyi yorumlayalım.

Özkütleyi HesaplayalımETKİNLİK - 2

Kütle (g) Hacim (cm3) Özkütle (g/cm3)20 3050 7590 135

120 183180 273200 301

Çizdiğimiz grafiklerde de görüldüğü üzere, maddenin kütlesi veya hacmi değişse bile maddenin cinsi değişmedikçe özkütlesi değişmez. Yani bir cismin özkütlesi sabit sıcaklık ve basınç altında, kütlesinin ve hacminin değişimine bakılmaksızın sabit kalır. Bu durumda, bir yaprak fotokopi kâğıdı ile bir top fotokopi kâğıdının özkütlelerinin aynı olduğunu söyleyebiliriz.

Birbiri içinde çözünmeyen sıvılar, bulunduğu kap içinde özkütlelerine göre sıralanır ve böylece özkütle farkı ile sıvılar birbirinden ayrıştırılabilir (Şekil 2.9). Örneğin su ve sıvı yağı karıştırdığımızda sıvı yağın suyun üzerinde toplanmasını, sıvı yağın özkütlesinin suyunkinden daha küçük olması ile açıklayabiliriz. Aynı şekilde madenî paranın suda batarken, tahta parçasının yüzmesi de özkütle ile ilişkilidir. Özkütlesi sıvıdan küçük olan katı maddeler yüzerken, özkütlesi sıvınınkine eşit olanlar, sıvı içinde askıda kalır. Özkütlesi büyük olanlar ise dibe batmaktadır.

Belirli sıcaklık ve basınç-ta maddelerin özkütlesi kütle veya hacmine bağlı olarak değişmez.

Önemli!

Madde ve Özkütle

40


Fotoğrafta gördüğünüz, dünyanın en yüksek binası olan Burj Khalifa sizce kaç katlıdır? Şu anda daha yüksek binaların yapılmamasının sebebi ne olabilir? Filmlerde gördüğümüz dev canlıların var olması mümkün müdür?

Katılar

2. BÖLÜM

41

DayanıklılıkGalileo, belirli bir yükseklikten düşen atın kemiklerinin kırılabileceği, aynı yükseklikten

düşen bir köpeğin kemiklerinin zarar görmeyebileceği düşüncesine sahiptir. Buradan yola çıkarak Galileo, cisimlerin ve canlıların boyutları büyüdükçe dayanıklılıklarının azaldığını iddia etmiştir. Ölçeklendirme yaparak, yani bir cismin boyutlarını aynı oranda değiştirerek, dayanıklılıklarını karşılaştırmıştır.

Canlıların dayanıklılığını anlamak için basit geometrik cisimlerin dayanıklılığını inceleyelim. Örneğin aynı maddeden yapılmış, birinin boyutu diğerininkinin iki katı olan küpleri ele alalım.

Hesaplamalar incelendiğinde boyutları iki katına çıkarılan küpün kesit alanı ve yüzey alanı dört katına, hacmi ise sekiz katına çıkar. Yani kenarları belli bir oranda büyütülen bir cismin alanı büyütme oranının karesiyle, hacmi ise küpüyle orantılı olacak şekilde artar. Galileo tarafından ortaya konulan bu ilişki kareküp kanunu olarak bilinir. Galileo’nun kareküp kanununa göre büyütülen cisim belli bir büyüklükten sonra kendi ağırlığını bile taşıyamaz. Bu durum, büyütülmüş olan küpün ağırlığından dolayı tabanına yaptığı baskının küçük küpe göre daha büyük olması ile ilişkilidir. Tabandaki bu baskı arttıkça bir cismin çökme olasılığı artar.

1m

1m 1m

2m

2m2m

Kesit alanı = 1 ∙ 1 = 1m2

Yüzey alanı = 6 ∙ 1 ∙ 1 = 6 m2

Hacim = 1 ∙ 1 ∙ 1 = 1 m3

Kesit alanı = 2 ∙ 2= 4 m2

Yüzey alanı = 6 ∙ 2 ∙ 2= 24 m2

Hacim = 2 ∙ 2 ∙ 2= 8 m3

Burj Khalifa’ den daha yük-sek bina inşa edecek olsak ne yapmamız gerekir?

Galileo “Canlılar (omurgalılar) neden şu an oldukları boyutlarından daha büyük değiller?” sorusunu sorarak bir tartışma başlatmıştır.

Siz olsaydınız bu soruyu nasıl cevaplardınız?

TARTIŞMA - 1

Katılar

42


Buradan yola çıkılarak boyutları belli bir oranda değiştirilen bir cismin dayanıklılığı,

Hacim

Kesit alanı

oranı ile kıyaslanabilir.

Şimdi, boyutları iki katına çıkarılan küpün dayanıklılığının nasıl değiştiğini hesapla-yalım.

Hesaplamalar dikkate alındığında, küpün kenar uzunlukları büyüdükçe kesit alanın hacme oranının azaldığı görülür. Boyutları aynı oranda artırılan küp için kesit alanındaki artış, hacimdeki artış kadar büyük olamaz. Buradan yola çıkarak, cisimler büyüdükçe daya-nıklılıklarının azaldığını söyleyebiliriz.

Tabloda belirtilen düzgün geometrik cisimlerin kesit alanı/hacim oranlarını hesaplayalım.

Cisim Şekil Kesit Alan HacimHacim

Kesit alanı

Küp a2 a3

Dikdörtgenler Prizması

a ∙ b a ∙ b ∙ h

Silindir πr2 πr2h

Kenar uzunlukları1 cm olan küp için,

Kenar uzunlukları2 cm olan küp için,

Kesit AlanıHacim

= = 1 11

Kesit AlanıHacim

= = 4 18 2

Alıştırma - 2

Kesit alanı, cismin yere te-mas yüzeyidir.

Önemli!

43

Galileo, bu hesaplamaların canlılar için de geçerli olduğunu söylemiş-tir. Bu yüzden doğada bütün canlıların belli bir sınıra kadar büyüyebileceğini belirtmiştir. Karıncayı fil büyüklüğüne getirebilmek için karıncanın vücudunu belli bir oranda büyütürsek bacakları vücudunu taşıyamaz ve kırılır. Çünkü karıncanın ağırlığı büyütme oranının küpü ile artış gösterirken, bacaklarının kalınlığı büyütme oranının karesi ile artar.

Düzgün geometrik yapılı cisimler dışında dayanıklılığı karşılaştırmak ko-lay değildir. Canlılar düzgün geometrik yapıda olmadıkları için dayanıklılıkla-rının karşılaştırılmasında başka değişkenler de etkili olur. Cismin boyutunun yanında, şekli ve yapıldığı maddenin türü gibi faktörler de cisimlerin dayanık-lılığını değiştirir. Bütün canlıların kemik ve kas yapıları birbirinden farklıdır. Bu yüzden sadece kesit alanı ve hacim oranı ile dayanıklılığı karşılaştırmak yeterli değildir.

Bir cismin boyutlarının artırılması ancak daha güçlü maddelerin kullanıl-ması veya kullanılan maddelerin kalınlığının artırılması ile mümkün olabilir. Mühendisler bina, köprü, uçak ve gemi gibi büyük cisimleri daha dayanıklı olacak şekilde tasarlarlar. İki katlı bir binayı tuğla ve beton ile inşa ederken, gökdelen yapımında dayanıklılığı daha fazla olan çelik gibi malzemeler kulla-nılır. Gökdelenlerin yükseklikleri malzemelerin dayanıklılığının geliştirilmesi ile artırılabilir. En fazla kaç katlı bina yapılabilir sorusunun kesin bir yanıtı yok ama kat sayısının sınırsız olamayacağını kesinlikle söyleyebiliriz.

Sultan Kösen, 251cm boyu ile dün-yanın yaşayan en uzun adamıdır.

Balinalar karaya vurduktan bir süre sonra ölmektedirler. Suyun içindeyken balinaların ağırlıkları su tarafından dengelenir. Karaya vurduklarında ise kemikleri ağırlıklarına dayanamaz ve kırılır. İç organlarına batan kemikleri sebebiyle de kısa sürede ölürler.


Katılar

44


Yağmur damlalarının otomobilin camına yapışarak tutunması dikkatinizi çekmiştir. Yaprağın ucundaki su damlasının düşmeden durmasını ve küreye benzer bir şekil almasını nasıl açıklarız? Bir gölün ya da su birikintisinin üzerinde yürüyen böcekler görmüşsünüzdür. Bu böceklerin batmadan suyun üzerinde yürümesini nasıl açıklarız?Bu bölümde akışkanların (akış eylemine geçen sıvı ve gaz hâlindeki maddeler) bazı temel özelliklerini inceleyerek günlük hayatta karşılaştığımız olayları açıklamaya çalışacağız.

Akışkanlar

3. BÖLÜM

45

Yapışma ve TutmaYağmur sonrası, bir bitkiyi incelediğimizde suyun bitki üzerinde damlalar hâlinde

bulunduğunu gözlemleriz (Şekil 2.10). Bunu sağlayan, su moleküllerinin bir arada bulunma eğilimidir. Aynı cins moleküllerin birbirini çekerek bir arada bulunmasına tutma (kohezyon) denir. Yani suyun damlacıklar hâlinde bulunmasını sağlayan tutma olayıdır. Ayrıca su damlalarının yapraktan düşmeden, yaprak üzerinde durduğu görülür. Bunu sağlayan ise, yaprak ve su damlası arasındaki etkileşimdir. İki farklı madde arasında oluşan bu etkileşime yapışma (adezyon) denir.

Şekil 2.11’deki musluğun ağzında biriken su damlasının musluğun ağzından düşme-den durmasını sağlayan, yapışma olayıdır. Damladaki su moleküllerinin bir arada durma-sını sağlayan ise tutma olayıdır.

Günlük hayatta sıklıkla karşılaşılan yapışma ve tutma olayları bazen sorun yaratırken bazen de işimizi kolaylaştırır. Örneğin yağmurlu havalarda arabamızın camına su damlaları yapışır ve yolu görmemizi engeller. Sıvıların birbirini tutma olayı sayesinde ise suyumuzu damlacıklara ayrılmadan rahatlıkla içebiliriz.

Şekil 2.11 Musluğun ağzında düşmeden duran su damlası

Araştıralım

Cam tüplerin içine mavi boya ile renklendirilmiş su ve cıva konulduğunda iki sıvının da üst yüzeyleri şekilde görüldüğü gibi farklı şekiller alır. Bu durumun sebebini tutma ve yapışma kavramlarını kullanarak tartışalım.

Su Cıva

Şekil 2.10 Yağmur sonrası bitki üzerinde bulunan su damlacıkları

Akışkanlar

46


Yüzey GerilimiGöllerde, su birikintilerinde su yüzeyinde duran ve rahatça yürüyebilen küçük

böcekler dikkatinizi çekmiştir. Bazı küçük böcekler suyun yüzeyinde sanki bir zar varmış gibi yürürler. Şekil 2.12’ de oklar ile su molekülleri arasındaki çekim gösterilmektedir. Bu çekime, tutma denildiğini öğrenmiştik.

Şekilde görüldüğü gibi iç kısımdaki sıvı molekülleri her yönde çekilirken, yüzeyde-ki moleküller ise sadece yanlara ve aşağıya doğru çekilir. Moleküller arasındaki bu çekim farkı sıvı yüzeyinde bir gerilmeye sebep olur. Sıvı yüzeyinde oluşan bu gerilmeye, yüzey gerilimi denir. Yüzey gerilimi sayesinde küçük canlılar su yüzeyinde durabilir ve rahatça hareket edebilirler.

Su damlasının küreye benzer bir şekil alması da tutmanın etkisi ile oluşan yüzey ge-rilimi sonucudur. Su damlacıkları, Şekil 2.13’te görüldüğü gibi, yüzey geriliminin etkisi ile yüzey alanını en aza indirerek küre şeklini alır.

Peki, bütün sıvılar için yüzey gerilimi aynı mıdır? Bir cam yüzeye aynı miktarda su, ase-ton, zeytinyağı ve cıva damlatırsak damlalar cam yüzey üzerinde aynı şekli oluşturur mu? Bu soruya cevap verebilmek için bir etkinlik yapalım.

Şekil 2.12 Su üzerinde yürüyen böcek

Şekil 2.13 Küreye benzer şekil almış su damlaları

Aynı hacim için yüzey alanı en küçük olan geometrik ci-sim küredir.

Önemli!

47

Araç gereçler

• 2 adet aynı büyüklükte madenî para

• 2 adet damlalık ya da şırınga

• Su

• Aseton


1. Damlalık ya da şırınga yardımı ile madenî para üzerine yavaş yavaş su damlatalım.

2. Madenî paranın üzerindeki su taşmayacak şekilde kaç damla su sığdırabildiğimizi sayalım

3. Şimdi aynı adımları aseton için diğer madenî parayı kullanarak tekrar edelim.

Sonuca ulaşalım

Madenî paranın üzerine sığdırdığımız su ve aseton damla sayısı aynı mıdır? Farklı ise bunun nedeni ne olabilir?

Damlaları SayalımETKİNLİK - 3

Madenî paranın üzerinde damlaların birikebilmesinde, yapışma (adezyon) ve tutma

(kohezyon) etkilidir. Yapışmanın etkisi ile damlattığımız sıvı, madenî paranın üzerinde du-

rabilmektedir. Damla sayısını artırmamıza rağmen tutmanın etkisi ile sıvı, bir bütün hâlin-

de madenî paranın üzerinde durabilmektedir. Yüzey gerilimini tutmanın bir sonucu olarak

açıklamıştık.

Farklı sıvılar için, para üzerine taşmadan damlatabildiğimiz damla sayısı yüzey geri-

liminin büyüklüğünün göstergesi olarak kabul edilebilir. Yüzey gerilimi büyük olan sıvılar

için daha çok sayıda damlanın dağılmadan, bir bütün olarak bir arada durduğunu görürüz. Tablo 2.4’te görüldüğü gibi aynı sıcaklıktaki farklı sıvıların yüzey gerilimleri birbirinden farklıdır. Etkinlikte paranın üzerine asetondan daha çok su damlatabilmemizin sebebi de bu farktan kaynaklanmaktadır. Bu durumda, bir cam yüzeye su, aseton, zeytinyağı ve cıva damlattığımız-da yüzey gerilimlerine göre birbirinden farklı şekillerde damlalar elde ederiz.

Akışkanlar

Bazı kertenkele türleri, çok hızlı hareket edebilmeleri, kas esnek-likleri ve suyun yüzey gerilimi sayesinde su yüzeyinde koşabil-mektedir.


48


Aşağıdaki sıvıların hangisinin su, aseton, zeytinyağı veya cıva olabileceğini belirterek seçimimizin nedenini açıklayalım.

Yüzey gerilimi değerlerinin farklı sıvılar için değiştiğini öğrendik. Peki, aynı sıvı için yüzey gerilimi daima sabit midir? Yüzey gerilimini etkileyen değişkenler var mıdır? Bunu, yapacağımız etkinliklerle keşfedelim.

Sıvı Yüzey gerilimi(mili-Newton*/metre)

Asetik asit (sirke asidi)

27,6

Aseton 23,7

Etanol 22,3

Gliserol 63,0

Cıva 486,5

Metanol 22,6

Su 72,9

Zeytinyağı 35,8

Tablo 2.4 Farklı sıvıların yüzey gerilimi değerleri (20°C)

*mili-Newton = Newton/1000

Alıştırma - 3

49

Bir sıvının yüzey geriliminin sıcaklıkla değişip değişmediğini gözlemledik. Şimdi de sıvı sıcaklığı sabit tutulduğunda, yüzey gerilimini değiştirmemiz mümkün mü, sorusuna bir etkinlik ile cevap arayalım.

Sıcak suyu kullanırken dikkatli olalım!

Araç gereçler

• Bir bardak sıcak su

• Bir bardak soğuk su

• 6-7 adet toplu iğne ya da ataç


Soğuk ve sıcak su üzerine ataçları dikkatlice yerleştirmeye çalışalım.

Sonuca ulaşalım

1. Bu deney sonucunda ne gözlemledik?

2. Bu gözlemimizle sıcaklığın yüzey gerilimine etkisi konusunda nasıl bir sonuca varırız?

Araç gereçler• Bir bardak soğuk su• Karabiber• Bulaşık deterjanı• Kürdan

Deneyin yapılışı1. Karabiberi suyun üzerine serpelim.2. Kürdanı suyun yüzeyine dokunduralım.3. Şimdi de kürdanın ucunu bulaşık deterjanına batırdıktan sonra suyun yüzeyine dokunduralım.

Sonuca ulaşalımNe gözlemlediniz? Bunun sebebi ne olabilir?

Yüzey Gerilimi - Sıcaklık İlişkisi

Deterjanın Yüzey Gerilimine Etkisi

ETKİNLİK - 4

ETKİNLİK - 5

Akışkanlar

50


Etkinlik 4 ile sıvının sıcaklığı değiştiğinde yüzey geriliminin de değişebileceğini göz-lemledik. Etkinlik 5’ te ise sıcaklığı sabit tutarak sıvının yüzey gerilimini deterjan gibi farklı bir madde ile de değiştirebileceğimizi gördük.

KılcallıkÇayınıza şeker atarken küp şekerin bir ucundan tutup diğer ucunu çaya dokundurmayı

denediniz mi? Şekerin rengi çaya dokunduğu noktadan parmaklarınıza doğru değişir. Yani çay, Şekil 2.14’te görüldüğü gibi şekerin çaya değdiği noktadan yukarı ve yanlara doğru yayılır. Bu durumu kâğıt havlu ile sıvı taşıma etkinliği ile inceleyelim.

Kâğıt havlunun bir ucu dolu bardaktaki suya temas ettiğinde su, kâğıt havlu üzerinde ilerleyerek boş bardağa doğru taşınacaktır. Bu ilerleme kâğıt havlu ve su arasındaki ya-pışma ve sudaki tutma olayları sayesinde olur. Yapışma ve tutma sonucu oluşan bu olaya kılcallık denir. Küp şeker üzerinde çayın yükselmesini sağlayan da kılcallık olayıdır.

Şekil 2.14 Çaya daldırılmış şeker

Araç gereçler

• İki adet bardak

• Su

• Kâğıt havlu


1. Bardaklardan birini su ile dolduralım.

2. Su dolu bardağı ve boş bardağı yan yana koyalım.

3. Kâğıt havluyu burgu yapalım ve bir ucu dolu bardağın, diğer ucu boş bardağın içinde olacak şekilde yerleştirelim. Bir süre bekleyelim.

Sonuca ulaşalım

Ne gözlemledik? Bu durumu nasıl açıklayabiliriz?

Kâğıt Havlu ile Sıvı TaşımaETKİNLİK - 6

Günlük hayatımızda, hangi durumlarda sıvıların yüzey gerilimini artırma hangi durum-larda ise azaltma ihtiyacı hissederiz?

TARTIŞMA - 2

Kılcallık sadece yukarı doğru yükselme değildir. Örneğin peçeteyi suya batırdığımızda sıvı her yöne ilerler.

Önemli!

51

Şekil 2.15 Gaz lambası

Günlük hayatta karşılaştığımız birçok durumda kılcallığın etkisi vardır. Örneğin çiçek saksımızın altındaki tabağa su döktüğümüzde, kılcallığın etkisi ile saksının altındaki delik-ten toprak ile temas eden su üst kısımlara doğru ilerleyebilir. Gaz lambasının çalışmasında da kılcalığın etkisi vardır (Şekil 2.15). Gaz lambasının içinde bir fitil bulunur. Bu fitilin bir ucu şişenin dibinde, diğer ucu ise şişenin ağız kısmındadır. Şişenin içindeki gaz yağı kılcal-lığın etkisi ile fitilde ilerleyerek gaz lambasının üst kısmına ulaşır.

Kılcallık olayı sonucu sıvıların yükselme miktarı, yükseldiği maddelerin yapısında bu-lunan kanalların kesit alanına bağlıdır. Şekil 2.16’da gösterildiği gibi borunun kesit alanı küçüldükçe sıvının yükselme miktarı artar.

Kılcallık, suyun ağacın tepesindeki yapraklara kadar iletilebilmesinde de etkilidir. Yak-laşık 100 m yüksekliğindeki bir ağaç günde ortalama 605 m3 hacminde suyu köklerden en üstteki yapraklara kadar taşır. Ağaçlar köklerinden aldıkları litrelerce suyu kılcallık ilkesini kulanarak onlarca metre yükseklikteki yapraklarına taşıyabilirler. Bu olayda, kılcallık ile bir-likte kök basıncı ve terleme olayları da etkilidir.

Şekil 2.16 Borunun kesitinin kılcallığa etkisi

Sıvılar ile ilgili yapışma, tutma ve kılcallık gibi kavramları öğrendik. Bu kavramların gün-lük hayatımızda karşılaştığımız olaylarda avantaj sağladığı ya da problem oluşturduğu durumlar ne olabilir? Bu problemlere ne tür çözümler getirebilirsiniz?İpucu: “Kan dolaşımı, su geçirmez kumaşlar ve yalıtımı yapılmamış evlerin su çekerek rutubetlenmesi” gibi konuları araştırarak tartışınız.

Astronotlar uzayda kahve içmek için köşeli bardak kul-lanırlar. Bu köşenin açısı tut-ma ve yapışma göz önünde bulundurularak hesaplanır. Kahve, içildikçe kılcallık se-bebiyle aşağıdan yukarıya yükselmeye devam eder.


Araştıralım

Akışkanlar

52


GazlarDünyamızı, Güneş sistemimizdeki diğer gezegenlerden ayıran en önemli özellik

yaşama imkânı sağlayan atmosferin varlığıdır. Atmosferi oluşturan gazlar, canlıların var olmasının yanı sıra hayatımızı etkileyen birçok olayda önemli rol oynar. Araba ya da bisiklet lastiklerini şişirmek için hava pompalarız. Şekil 2.17’de görülen devasa balonların uçmasını

ısıtılmış hava kullanarak sağlarız. Bunun yanı sıra tüplere doldurulan hava ile su altında nefes alabilmekteyiz. Bütün bunları yapabilmemizi gazların, katı ve sıvılardan farklı olarak sahip olduğu özelliklere borçluyuz. Peki, gazların sahip olduğu bu özellikler nelerdir?

Gazlar ve sıvılar bulundukları kabın şeklini alır. Sıvılar bulundukları kabın hacmini kendi hacimleri kadar doldu-rurken gazlar kabı tamamen doldurur. Gazlar, sıvılar gibi öteleme hareketi yapabildikleri için akışkan olarak sınıf-

landırılırlar. Gaz tanecikleri arasındaki birbirini tutma eğilimi katı ve sıvılarla karşılaştırılınca oldukça azdır. Bu sebeple her bir gaz taneciği serbestçe hareket edebilir. Örneğin odanın bir köşesine sıktığımız parfümün ko-kusunu bir süre sonra odanın her köşesinden alabiliriz.Gazların, sıvıların ve katıların temel özellikleri Tablo 2.5’ te özetlenmiştir.

Gazları, katı ve sıvılardan ayıran bir diğer özellik ise gazların kolaylıkla sıkıştırılabilme-leridir. Bunun sebebi gaz moleküllerinin arasındaki mesafelerin büyük olmasıdır. Gazların bu özelliğinden otomobil ve uçak lastiklerinde, futbol toplarında, deodorant şişelerinde ve hava yastıklarında faydalanılmaktadır.

Gazlar Sıvılar KatılarSabit hacimleri ve belirli bir şekilleri yoktur. Bulundukları kabı doldurarak kabın şeklini alırlar.

Sabit bir hacimleri vardır ve bulundukları kabın şeklini alırlar.

Sabit bir hacimleri ve be-lirli bir şekilleri vardır.

Kolaylıkla sıkıştırılabilirler. Çok zor sıkıştırılabilirler. Neredeyse hiç sıkıştırıla-mazlar.

Gazı oluşturan atom ya da moleküller öteleme hareketi de yaparlar.

Sıvıyı oluşturan atom ya da moleküller öteleme hareketi de yaparlar.

Katıyı oluşturan atom ya da moleküller öteleme hareketi yapmazlar.

Tablo 2.5 Maddenin üç hâlinin özellikleri (belirli basınç ve sıcaklıkta)

Şekil 2.17 Uçan seyahat balonu

53

Gazların sıkıştırılabilme özelliği Şekil 2.18’de gösterilen dalgıç tüplerinde de kullanı-lır. Bu silindir tüplerin hacimleri 3 ile 18 litre arasında değişmektedir. Deniz seviyesinde (0°C, 1 atm) 600 litrelik hacim kaplayan hava, yüksek basınç altında 3 litrelik dalgıç tüpüne sıkıştırılabilmektedir.

Gazların varlığını ağırlık olarak hissetmesek de bulundukları cisimleri kaplayan gazların kütleleri sanıldığı kadar az değildir. Şekil 2.19’da görüldüğü gibi bir otomobilin içindeki havanın kütlesi yaklaşık 1 kg’dır.

Şekil 2.18 Dalgıç tüpleri

Şekil 2.19 Otomobil lastiği

Atmosfer Dünya’yı saran bir tabaka şeklindedir. Bu taba-kanın ilk 16 km’lik yüksek-liğe kadar kapladığı hacim atmosferin %80’lik kısmını oluşturur. Gazların sahip oldukları hareket enerjileri sebebiyle uzaya dağılmaları beklenirken, yer çekimi et-kisinde atmosfer tabakasını oluştururlar. Ancak yer çe-kiminden kaçmayı başaran gaz moleküllerini yeryüzün-den 400 km yukarıda bile bulmak mümkündür.


Akışkanlar

54


Günlük hayatta karşılaştığımız birçok maddeyi katılar ve akışkanlar (sıvılar ve gazlar) olarak sınıflandırabilmekteyiz. Çevremizde gördüğümüz, katı veya akışkan olarak sınıflandıramayacağımız maddeler var mıdır?

Maddenin Dördüncü Hâli:Plazmalar

4. BÖLÜM

55

Maddenin Plazma HâliCam kürenin içinde, belirli bir basınç

altında soygaz ya da soygaz karışımları bulunur (Şekil 2.20) Elektrik enerjisi ile kürenin içindeki gaz atomları iyonlaştırılır. (Artı veya eksi yüklü hâle getirilir.) İyonlaştırılmış gazlar artık gazların sahip oldukları özelliklerden farklı özelliklere sahiptir. Örneğin elektrik ve manyetik alandan etkilenirler. Gazın iyonlaşmış hâline plazma denir.

Şekil 2.21’de maddenin katı, sıvı, gaz ve plazma hâlleri için moleküller arasındaki me-safeler modellenmiştir. Gaz hâlinde bulunan bir madde, normalde elektriksel olarak yalıt-kandır yani elektrik akımını kolayca iletemez. Fakat fizikçiler, oldukça yüksek sıcaklıklara çıkarılan bu yalıtkan gazların iyi bir iletkene dönüştüğünü keşfetmişlerdir. Çünkü bu tür bir işlemden geçen gaz, elektrik akımını ileten serbest elektronlar ve iyonlar içeren plazmaya dönüşür. Uygulamalardaki gelişmelerle birlikte daha düşük sıcak-lıklarda da plazmalar üretilebilmektedir.

Çevremizde maddenin plazma hâlini plazma topları, floresan lambalar ve neon lambalarda gözlemleyebiliriz. Doğa olayların-dan şimşeklerin yanı sıra yıldırımlar, kuzey kutup ışıkları (Aurora Borealis) ve güney kutup ışıkları (Aurora Australis) da maddenin plazma hâline birer örnektir (Şekil 2.22). Güneş ve neredeyse di-ğer bütün yıldızlar plazma hâlde bulunur. Büyük kısmı plazma hâlde bulunan bir evrende, plazma üzerine araştırmalar yapmak evrenin yapısını anlamak için oldukça önemlidir.

Katı(Buz, demir

çubuk)

Sıvı(Su)

Gaz(Azot Gazı)

Plazma(Güneş, yıldızlar,

şimşek)

Şekil 2.21 Maddenin katı, sıvı, gaz ve plazma hâlleri için molekül yapıları

Şekil 2.22 Kutup ışıkları

Şekil 2.20 Plazma topu

Yeryüzünde nadiren bulunan, evrenin ise büyük bir bölümü-nü oluşturan plazmaların varlığı ancak 19. yüzyılda elektrik ala-nındaki gelişmeler sonucunda ortaya çıkarılmıştır. 1879 yılında İngiliz fizikçi Sir William Crookes (1832-1919) gazlara benzer bu maddenin, maddenin dördün-cü hâli olabileceği fikrini ortaya atmıştır.

Sir WilliamCrookes

Plazmalar

56



1. Aynı sıcaklıkta ve basınçta yağ, su ve cıvanın eşit kütledeki hacimleri büyükten küçüğe doğru yağ, su ve cıva olarak sıralanır. Buna göre, bu maddeler için özkütle-hacim ve özkütle-kütle grafiklerini çiziniz.

2. LPG kaçağının olduğu durumlarda ilk yardım için gelen görevliler hastayı, sedyeyi yukarı kaldırarak taşırlar. Doğal gaz kaçaklarında ise sedye olabildiğince aşağıdan taşınır. Uygulanan bu iki farklı yöntemin sebebini açıklayınız.

3. Deniz kıyısında kumdan bir kale yapmaya çalışırken dikkatli olmazsak yaptığımız kale biraz yükseldikten sonra yıkılır. Kalemizin yıkılmasının sebebini açıklayınız.

4. Kış aylarında çorba içerken çorba soğudukça tabağın çevresinde yağ birikir. Yağın, tabağın çevresinde toplanması-nın sebebi ne olabilir?

5. Yüzmeye giden iki arkadaştan biri güneş kremi kullanmış, diğeri ise kullanmamıştır. Denizden çıktıklarında, güneş kremi kullananın vücudunda su damlaları boncuk boncuk olurken, diğerinde aynı şey gözlenmemiştir. Bunun sebe-bini açıklayınız.

6. Üç öğrenci grubu tarafından yapılan deney sonucu kaydedilen kütle-hacim ölçüm değerleri tablodaki gibidir.Deney gruplarının aldığı ölçümler:

a. Öğrenci gruplarının farklı ölçümler yapmalarının sebepleri neler olabilir?

b. Öğrencilerin tespit etmeye çalıştığı madde aşağıdaki tabloda verilen maddelerden hangisi olabilir?


1. Grup 2. Grup 3. Grup

Kütle (g) 49,9 50,0 50,0

Hacim (cm3) 6,4 6,4 6,3

Madde Özkütle (g/cm3) (~20 oC, 1 atm)

Kurşun 11,350

Nikel 8,900

Bakır 8,960

Demir 7,870

Maddelerin özkütle değerleri:

57

7. Kılcallık olayı ile ilgili bir deney yapılmaktadır. Bu deneyde yarıçapları birbirin-den farklı dört cam pipet, su ve beher kullanılıyor. Behere su doldurularak cam pipetler suya daldırılıyor. Pipetlerdeki sıvı seviyeleri ölçülerek kaydediliyor.

a. Yapılan deneyde test edilmek istenen hipotezi yazınız.

b. Yapılan deney için aşağıdaki değişkenleri yazınız.

i. Bağımlı değişken:

ii. Bağımsız değişken:

iii. Kontrol değişkeni:

8.

Birkaç öğrenci, yüzey gerilimine etki eden değişkenleri belirlemek amacıyla aşağıda gösterilen dört farklı bardak-taki sıvılarla deney yapmaktadır. Bunun için her bir öğrenci bardağın içindeki sıvı üzerine dikkatlice birkaç toplu iğneyi yatay olarak bırakmaktadır.

a. 1 ve 4 numaralı bardakları gözlemleyen öğrencinin yaptığı deney için aşağıdaki değişkenleri yazınız.

i. Bağımlı değişken:

ii. Bağımsız değişken:

iii. Kontrol değişkeni:

b. Yukarıdaki bardakları gözlemleyerek yüzey gerilimini test eden öğrencinin kurmuş olduğu hipotezlere örnekler veriniz.

9. Bazı filmlerde soyguncular bir çanta dolusu külçe altını tek ellerine alıp koşarak uzaklaşırlar. Çantanın boyutları-nı 40 cm × 30 cm × 10 cm olarak kabul edersek böyle bir olayın gerçekleşmesi mümkün müdür? Gerekçeleri ile açıklayınız (Altının özkütlesi 19,3 g/cm3).

10. Bir küpün boyutları aynı oranda artırıldığında hacmi 27 katına çıkıyorsa,

a. Kesit alanı kaç katına çıkar?

b. Cismin dayanıklılığı bundan nasıl etkilenir?

20 0CSaf Su

1. Bardak 2. Bardak 3. Bardak 4. Bardak

40 0CSaf Su

20 0CYağ

20 0CDeterjanlı

Su

Sorular

58


11. K, L ve M aynı maddeden yapılmış silindir şeklinde cisimlerdir. Bu cisimlerin kendi ağırlıklarına karşı dayanıklılıklarını büyükten küçüğe doğru sıralayınız.

B. Aşağıdaki kelimeleri kullanarak cümlelerdeki boşlukları uygun bir şekilde tamamlayınız.

Diyabet hastalarında kan örneği alma yöntemlerinden biri, çok ince kesitli tüpler kullanmaktır. Tüpün iç yüzü ile kan arasındaki ......................... ve kandaki ...................... etkisi ile kan tüp içerisinde yükselir. Kullanılan tüpün kesiti küçüldükçe kanın yüksekliği artar çünkü ........................ kesit alanı ile ters orantılıdır.

Gaz atomları elektrik enerjisi ile ………….… enerji açığa çıkar ve gaz farklı özellikler göstermeye başlar. Ör-neğin ......................... ve ......................... alandan etkilenir. Gazın iyonlaşmış hâline ......................... denir. Çevremizde göz-lemleyebileceğimiz floresan lambalar ve ......................... gazın bu hâline örnek olarak verilebilir.

C. Aşağıdaki ifadelerin başına doğru ise (D), yanlış ise (Y) yazınız.

1. ( ) Aynı hacimdeki bütün sıvıların kütleleri eşittir.2. ( ) Hacimce büyük olan maddenin kütlesi her zaman büyüktür.3. ( ) Özkütle saf maddeler için ayırt edici bir özelliktir. 4. ( ) Boyutları aynı oranda artırılan bir cismin dayanıklılığı azalır.5. ( ) Elimizin ıslanması yapışma olayı ile ilgilidir.6. ( ) Yüzey gerilimi sayesinde bazı böcekler sıvı üzerinde durabilir.7. ( ) Gazlar sıkıştırılamazlar.8. ( ) Ağaçların suyu köklerinden yapraklarına kadar iletmeleri kılcallık olayı ile ilgilidir.9. ( ) Plazmalar manyetik alandan etkilenir.10. ( ) Plazmalar elektriği iletmez.

gaz plazma manyetik tutma gökkuşağı iyonlaşınca

kılcallık hızlanınca elektrik yapışma yıldırım yüzey gerilimi

59

D. Aşağıdaki yargıları doğru ya da yanlış olmalarına göre değerlendirerek doğru çıkışı bulunuz.

E. Aşağıda verilen durumlardan hangileri yapışma, hangileri tutma kavramları kullanılarak açık-lanabilir?

Cisimlerin boyutları orantılı olarak artırıldığında dayanıklıkları azalır.

Boyutları 3 katına çıkarı-lan cismin hacmi 9 katına çıkmıştır.

Binalar uzadıkça da-yanıklılıkları artar.

İnsanlar uzadıkça dayanıklılıkları artar.

Hacmi artan bir cis-min kesit alanı azalır.

İstenilen uzunlukta bir gökdelen yapmak mümkündür.

Boyutları 3 katına çıkarılan cismin kesit alanı 9 katına çıkmıştır.

Doğru

Doğru

Doğru

A Kapısı C Kapısı E Kapısı G KapısıB Kapısı D Kapısı F Kapısı H Kapısı

Doğru Doğru Doğru

Doğru

Yanlış

Yanlış

Yanlış Yanlış Yanlış Yanlış

Yanlış

Durum Yapışma Tutma

Parmağımızı ıslatarak kitap sayfalarını çevirmek

Kumaşların ıslanması

Örümcek ağında yağmur damlalarının tutunması

Cilalanmış araba üzerinde su damlalarının küre şeklini alması

Su damlalarının cam üzerinde durması

Kedinin dili ile su içmesi

Çay bardağının çay tabağına yapışması

Sorular

60


F. Aşağıdaki soruların doğru cevaplarını işa-retleyiniz.

1. Uluslararası bir nakliyat firması, İzmir limanın-da 3m × 3m × 5m boyutlarında konteynerler ile hammadde taşımacılığı yapmaktadır. Konteynerleri gemilere yüklemek için kullandıkları vinç sistemi, en fazla 90 ton yük taşıyabildiğine göre bu yükü aşma-dan taşınabilecek ham maddenin özkütlesi en çok kaç g/cm3’ tür?

A) 2 B) 4 C) 6 D) 8 E) 10

2. 210 cm3 hacmindeki suyu en az hata ile ölçebilmek için aşağıdaki kaplardan hangisi kullanılmalıdır?

3. Aşağıdakilerden hangisi ağaçların topraktaki suyu üst dallarına kadar iletilebilmesini açıklayan kavramla ilişkili değildir?A) İspirtonun fitilde ilerlemesiB) Çaya dokundurulan şekerin renginin değişmesiC) Suyun cama yapışmasıD) Süt kutusuna daldırılan ince pipette sütün yükselmesiE) Peçetenin dökülen suyu emmesi

4. Madenî para üzerine damlalık ile su damlatılarak ya-pılan deneyde paranın taşıyabileceği en fazla damla sayısı belirlenmeye çalışılıyor.

I. Suyun sıcaklığını azaltmak II. Suya deterjan eklemek III. Su yerine aseton kullanmak

Aşağıdaki işlemlerden hangisi ya da hangileri yapılırsa damlaların sayısı artar?

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) I, II ve III

5. Su dolu bardağın üzerine karabiber serpildikten sonra deterjana batırılmış kürdan su yüzeyine dokunduru-lursa karabiber taneciklerine ne olur?A) Hiçbir değişim olmaz.B) Ortaya toplanır.C) Kenarlara hareket eder.D) Dibe çöker.E) Kürdana yapışır.

6. Bir aracın lastiği şişirilirken, lastiğe dolan gazın;I. KütlesiII. Hacmi III. Özkütlesi niceliklerinden hangileri değişebilir?

a) Yalnız I b) Yalnız II c) Yalnız III d) I ve III e) I, II ve III

7. Aşağıdaki olaylardan hangisi yüzey gerilimine doğru-dan bir örnektir?A) Kayığın suda yüzmesiB) Ağzına kâğıt kapatılan bir bardak ters çevrildiğinde bardağın içindeki suyun dökülmemesiC) Musluğun ağzında bir damlanın sarkmasıD) Toplu iğnenin batmadan su yüzeyinde durabilmesiE) Sabun köpüğünün renkli görülmesi

A) B) C)

D) E)

61

8. Aşağıdakilerden hangileri plazmaya bir örnek değil-dir?A) Plazma toplarıB) Floresan lambalarC) Neon lambalarD) GüneşE) Tungsten ampul

9. Gazlar günlük hayatta birçok alanda kullanılır. Aşağı-dakilerden hangisi gazların kullanım alanlarından biri değildir?

A) Yemek tüpü B) Baskül C) Balon D) LPG’li araçlar E) Soğutucular

10. Bir jeolog bulduğu kayacın türünü tespit etmek için şekildeki ölçümleri yapıyor.

Yaptığı ölçüm sonunda hesaplamalarını “kayaç türleri özkütlesi” tablosu ile karşılaştırıyor. Jeoloğun bulduğu kayaç türü nedir? A) Antrasit kömür B) Kaya tuzu C) Talk

D) Limonit E) Magnetit

Sorular

Kayaç Türü Kayaç Özkütle (g/cm3)

Antrasit Kömür 1,3 - 1,8

Kaya Tuzu 2,1 - 2,6

Talk 2,6 - 3,0

Limonit 3,6 - 4,0

Magnetit 4,9 - 5,2

62

Fizik 9.Sınıf 3. Ünite Hareket ve Kuvvet

Hareket ve KuvvetÜnite 3Neden Öğreneceğiz?Evrende canlı veya cansız bütün varlıklar hareket hâlindedir. Bilim insanları, yüzyıllar boyunca hareket hâlindeki bir varlığın ne zaman ve nerede bulunabileceğini bilmek istemişlerdir. Bu nedenle hareket olayını anlamak için büyük uğraşlar verilmiştir. Bu uğraşlar aynı zamanda bugünkü bilimin temellerini oluşturmuştur. Hareketi anlamak, fizik bilimi açısından doğayı anlamanın bir başlangıcı olup, fiziğin diğer alt alanlarının gelişmesine de bir zemin oluşturmuştur.

Neler Öğreneceğiz?Bu ünitede, çevremizdeki hareketi tanımlayan temel kavramlar ışığında kuvvet ve hareket arasındaki ilişki incelenecektir. Bu ilişkilerden yola çıkılarak cisimlerin belirli yasalara göre hareket edebildikleri görülecektir.

63

Anahtar Kavramlar

KonumYer DeğiştirmeHız Süratİvme Kuvvet Eylemsizlik

Kuvvet

Hareket Yasaları

Hareket

64


Bu bölümde hareketin, farklı biçimlerini ve nasıl algılanabildiğini inceleyeceğiz. Hareketin en basit biçimlerinden biri olan bir doğru boyunca harekete odaklanarak konum, zaman, yer değiştirme ve hız gibi temel kavramları tanımlayacağız. Bu kavramları kullanarak bir hareketlinin ne zaman ve nerede bulunabileceğine yönelik tahminlerde bulunabileceğiz.

Hareket

1. BÖLÜM

65

Kime Göre Hareket: Hareketin GöreceliğiHareketi anlamak için öncelikle hareketin nasıl algılandığı ve “hareketli olmanın” ne

anlama geldiği üzerinde düşünelim. Bunun için her gün gözlemlediğimiz ve bize oldukça sıradan gelen bir olayı, Güneş’in gökyüzündeki hareketini inceleyelim. Güneş’in her gün bir noktadan doğduğunu ve gökyüzünde hareket ederek başka bir noktadan battığını gözlemleriz. Bu basit gözlem, bizi Güneş’in Dünya etrafında dolanmakta olduğu sonucuna götürür. Bu nedenle insanlar, yüzyıllar boyunca Güneş’in Dünya’nın etrafında hareket ettiğini düşünmüşlerdir. Fakat bugünkü teknolojiyle (uydu teleskoplar gibi) Dünya’nın hareketini Dünya dışında bir noktadan gözlemleyecek olursak, Güneş’in Dünya etrafında dönmediği, Dünya’nın kendi etrafında döndüğü sonucuna varırız.

Şimdi ise sabit bir hızla ilerleyen bir trende kahvaltı yapan yolcuları düşünelim (Şekil 3.1). Yolculara göre kahvaltı masasında duran kah-valtılıklar hareketsizdir. Bunun için yolcular ra-hatlıkla kahvaltılarını yapabilirler. Fakat trenin dışından bakan insanlar için tren, içindekilerle birlikte hareket hâlindedir.

Gerek Güneş’in gerekse trenin hareketi ile ilişkili bu durumlar, bizi hareketle ilgili çok temel bir sonuca götürür: Hareket ancak seçilecek belirli bir gözlem noktasına göre tanım-lanabilir. Seçilen bu nokta referans noktası olarak adlandırılır. Farklı referans noktaların-dan yapılan gözlemler bizleri hareketle ilgili farklı sonuçlara götürebilir. Bir referans nokta-sına göre durgun görülen bir cisim, başka bir referans noktasına göre hareketli görülebilir. Bu duruma hareketin göreceliği denir.

Çevremizdeki Hareketler: Öteleme, Dönme ve Titreşim

Hareketi, cisimlerin bir yol boyunca yerlerini değiştirmeleri olarak tanımlaya-biliriz. Etrafımızda hareket eden cisimlerin bazılarının düz bir yol boyunca ilerlediğini, bazılarının bir nokta etrafında döndüğünü, bazılarının ise iki nokta arasında salındığını veya titreştiğini gözlemleriz. Bu gözlemle-rimizle hareket en genel haliyle öteleme (dönmeden ilerleme), dönme ve titreşim hareketi olarak sınıflandırılabilir.

Şekil 3.1 Tren yolculuğu

Şekil 3.2 Salıncak

Şimdi Düşünelim!

Kısıtlı bir bütçeyle film çek-meye çalışan bir yönetmen olduğunuzu düşünün. Oyun-cularınızı tehlikeye atmadan bazı sahneler çekmeniz ge-rekiyor. Bu sahnelerden bi-rinde, filmin başrol oyuncu-sunun çok hızlı şekilde akan trafikte araba üzerinden at-laması gerekiyor. Trafiğe gir-meden ve aslında araç hiç hareket etmeden istediğiniz sahneyi nasıl çekebilirsiniz?

Hareket

İnsanoğlunun Güneş ve Dünya’nın hareketini anla-ması binlerce yılını aldı. 1540 yılında, astronom Nicolaus Copernicus (1473-1543), Dünya’nın Güneş’in etrafın-da döndüğünü ileri süren ilk kişiydi. O zamana kadar Dünya’nın evrenin merkezi olduğuna ve diğer gök ci-simlerinin onun çevresinde döndüğüne inanılıyordu. Copernicus, yalnız Dünya’nın değil bütün gezegenlerin Güneş etrafında döndüğü fikrini ortaya atmıştır.


66


Bir kayakçının belirli bir yönde ilerlemesini, öteleme hareketine; lunaparklardaki bir dönme dolabın kendi ekseni etrafındaki dönüşünü (Şekil 3.3), dönme hareketine ve bir salıncağın belirli bir aralıkta sallanmasını (Şekil 3.2) ise titre-şim hareketine örnek olarak verebiliriz. Çevremizde gözlem-lediğimiz cisimler bu hareket biçimlerinden sadece birini yapabildiği gibi birkaç farklı hareket biçimini de aynı anda gerçekleştirebilir. Tablo 3.1’de çevremizdeki hareketlere bir-kaç örnek verilmiş ve bunların baskın olan hareket biçimleri belirtilmiştir.

Öteleme Dönme Titreşim

Saatin akrep ve yelkovanının hareketi

Ağaçtaki elmanın yere düşmesi

Düz bir tren rayındaki trenin hareketi

Bungee jumping yapan kişinin hareketi

Düşey doğrultuda bir yaya bağlı kütlenin hareketi

Vantilatör pervanesinin hareketi

Yel değirmeni kanatlarının hareketi

Saz telinin hareketi

Hareketi Tanımlayalım: Konum, Yer Değiştirme ve HızŞu ana kadar hareketi genel özellikleriyle tanımaya çalıştık. Hareketin göreceli

olduğunu fark ettik ve farklı biçimlerde olabileceğini gördük. Fakat, henüz bir hareket durumunu nasıl tanımlayabileceğimizi konuşmadık. Bir cismin hareket durumunu tanımlamak için öncelikle cismin belirli bir zamanda, nerede olduğunu bilmemiz gerekir. Bir başka deyişle cismin konumu hakkında bilgi sahibi olmalıyız. Konumu anlamak için basit bir örnek düşünelim. Örneğin Şekil 3.4’teki gibi, bir sınıfta bulunan öğrencilerden öğretmen masasının konumunu belirlemelerini isteyelim. Sınıftaki farklı öğrenciler masanın konumunu farklı şekillerde belirleyeceklerdir. Masanın konumunu bir öğrenci “kitaplığın bir metre önünde” şeklinde belirlerken, bir diğeri “pencerenin bir metre sağında” şeklinde belirleyebilir. Görüldüğü gibi bütün konumlarda, tıpkı harekette olduğu gibi, bir referans noktasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu referans noktası kimisi için bir kitaplık olurken başka birisi için pencere olabilir. Dikkat edersek masanın konumu için belirtilen bir diğer bilgi ise, masanın referans noktasına olan uzaklığı (bir metre gibi) ve yönüdür (önünde veya sağında gibi). O hâlde konumu, bir cismin belirli bir referans noktasına göre yönlü uzaklığı olarak tanımlayabiliriz. Konum, yön bilgisi içerdiğinden vektörel bir büyüklüktür ve birimi metredir.

Tablo 3.1 Hareket biçimleri

Şekil 3.3 Dönme dolap

67

Hareketli bir cismin zaman içerisinde konumunu değiştirdiğini belirtmiştik. Hareketi anlamlandırmak için bu konum değişikliğini de tanımlamaya ihtiyaç vardır. Bunun için de bir hareket durumunu inceleyelim. Örneğin Şekil 3.5’te gösterildiği gibi, bir öğrenci kırmızı çizgiyle belirtilen yolu takip ederek evinden okuluna gitmiş olsun. Bir başka deyişle öğren-ci, ilk konumu olan evden harekete başlayarak son konumu olan okulda hareketini bitirmiş olsun. Şekilde kırmızı ve mavi renklerle gösterildiği gibi, öğrencinin konumunda yapmış olduğu değişikliği farklı şekillerde tanımlayabiliriz.

Yer d

eğiş

tirm

eAlınan yol

Şekil 3.5’teki evden okula gidiş hareketinde öğrencinin takip ettiği kırmızı renkli çizgi alınan yolu göstermektedir. Alınan yol bize sadece bir uzunluk değeri verir. Hareketin yö-nüyle ilgili bir bilgi vermez. Çünkü yol boyunca hareketin yönü sürekli değişebileceği için alınan yol için kesin bir yön ifadesi kullanmak mümkün olmaz. Ancak, şekilde mavi renkle

Şekil 3.4 Masanın konumu

Şekil 3.5 Evden okula alınan yol ve yer değiştirme

Öğretmenmasası

Sınıf tahtasıKitaplık

Penc

ere

Sını

f pan

osu

Kapı

Sınıf panosu Sınıf panosu

Penc

ere

Hareket

68


gösterilen ilk konum ve son konum arasındaki en kısa uzunluk için bir yön ifadesi belirt-mek mümkündür. Çünkü bu doğrultu boyunca tek bir yön tanımlanabilir. Şekilde mavi renkle gösterilen yönlü uzaklık yer değiştirme olarak tanımlanır. Yer değiştirme yön bilgisi de içerdiği için vektörel bir büyüklüktür. Matematiksel olarak yer değiştirme ilk konum ve son konum arasındaki farktır. Bu durumda yer değiştirme,

Yer Değiştirme = Son Konum – İlk Konum

x x xson ilk

� -D

olarak ifade edilir ve birimi metredir.

Şimdi referans noktası, konum ve yer değiştirme kavramlarını başka bir örnek üze-rinde inceleyelim. Şekil 3.6’daki gibi; bir çocuk, bir doğru boyunca yürüyor olsun. Çocuk, hareketine A noktasından başlayıp (t = 0 anında) D noktasına kadar ilerlesin. Sonra geri dönüp, hareketine devam ederek tekrar A noktasında hareketini bitirsin. Hareketin takibi-ni kolaylaştırmak için referans noktasını, çocuğun ilk konumu olarak belirleyelim ve bu noktayı x = 0 olarak kabul edelim. Unutmayalım ki konum ve yer değiştirme yönlü büyüklükler olduğu için referans noktasına ek olarak bir de yön tanımlamamız gerekir. Hareketimiz bir doğru boyunca olduğu için basitçe sağ tarafı “+” yön, sol tarafı da “-“ yön olarak tanım-layalım. Çocuğun zamana bağlı olarak bulunduğu yere (konum) ait bilgiler Şekil 3.6’daki gibidir.

Şehirler arası yollarda gör-düğümüz yerleşim yerleri-nin uzaklığını bildiren trafik levhalarındaki bilgiler, bu-lunduğumuz nokta ile yer-leşim yeri arasındaki alınan yolu belirtir.

Şekil 3.6 Konum - zaman değerleri

69

Şekil 3.6’da belirtilen harekete ait konum ve zaman değerlerini kullanarak Tablo

3.2’yi oluşturabiliriz.

Zaman (saniye) 0 10 20 30 40 50 60

Konum (metre) 0 5 10 15 10 5 0

Tablo 3.2 incelendiği zaman çocuğun aldığı yol ve yer değiştirme için neler söyleyebi-liriz? Konum anlık bir değer iken, alınan yol ve yer değiştirme için belli bir zaman aralığına ihtiyaç vardır. Örneğin t = 20 s anı için çocuğun konumundan bahsedilebilirken (x =10 m), alınan yol ve yer değiştirme için bir zaman aralığına ihtiyaç vardır. Alınan yol çocuğun o za-man aralığında yürüdüğü mesafedir. Tabloda görüldüğü gibi çocuk 0-10 saniye aralığında 5 m yol almıştır. Çocuğun hareketi boyunca aldığı yol ise bütün zaman aralıklarında aldığı yolun toplamı yani 30 metredir.

Yer değiştirme yönlü bir büyüklük olduğu için yer değiştirme ile ilgili yapacağımız hesaplamalarda yöne dikkat etmeliyiz. Örneğin çocuğun 0 - 10 saniye aralığındaki yer de-

ğiştirmesi,x x ( . saniye) x (0. saniye)10

son ilk� -D

x 5m 0m 5m� - �D

olarak elde edilirken; çocuğun 50 – 60 saniye aralığındaki yer değiştirmesi,

x x (60. saniye) x (50. saniye)son ilk

� -D

x 0 5m 5m� - �-D

olarak elde edilir. Buradaki “+” ve “–” işaretleri yer değiştirmenin yönünü gösterir. Dolayısı ile çocuk 0-10 saniye aralığında 5 m artı yönde bir yer değiştirme yapmışken, 50 - 60 sani-ye aralığında yine 5 m fakat bu sefer eksi yönde bir yer değiştirme yapmıştır. Şekil 3.6’da çocuğun yapmış olduğu yer değiştirmedeki yön farkını açıkça görebiliyoruz. Özellikle 0-60 saniye aralığı için, yani hareketin toplamında yer değiştirme 0 iken alınan yolun 30 m ol-duğunu görüyoruz.

Tablo 3.3’te farklı zaman aralıkları için elde edilebilecek alınan yol ve yer değiştirme değerleri verilmiştir.

Zaman aralığı (saniye) 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 0-60

Aldığı yol (metre) 5 5 5 5 5 5 30

Yer değiştirme (metre) 5 5 5 -5 -5 -5 0

Hareketi daha iyi tanımlamada, konumda meydana gelen değişikliğin yanında bu de-ğişikliğin ne kadar sürede gerçekleştiği de önemlidir. Bunun için hız ve sürat kavramlarını kullanırız. Hız ve sürat günlük hayatta oldukça yaygın kullanılan kavramlardan ikisidir.

Tablo 3.2 Harekete ait konum ve zaman değerleri

Tablo 3.3 Harekete ait zaman, alınan yol ve yer değiştirme değerleri

Hareket

70


Fakat çoğu zaman bu kavramlar birbirleriyle eş anlamlı gibi kullanılır. Oysaki sürat, alınan yolla ilişkili bir kavram iken; hız, yer değiştirmeyle ilişkili bir kavramdır. Bir cismin aldığı yolun bu yolu alırken geçen süreye oranına ortalama sürat denir ve matematiksel olarak,

Ortalama ratGe en zaman

Al nan yolsü

çı

=

şeklinde ifade edilir.

Sürat, tıpkı alınan yol gibi, yön bilgisi içermez yani skaler bir büyüklüktür. Süratin bi-rimi, tanımından da anlaşılacağı üzere metre/saniye (m/s) dir. Bir aracın sürati biliniyorsa belirli bir sürede aldığı yol hesaplanabilir. Ancak, aracın nerede bulunduğu söylenemez. Aracın harekete başladıktan bir süre sonra nerede bulunacağı ancak yön bilgisinin de veril-mesiyle belirlenebilir. Bunun için hareket yönü hakkında da bilgi veren hız kavramı tanım-lanmıştır. Hız kavramının yön bilgisi içerebilmesinin sebebi, konum değişikliği için alınan yol yerine vektörel bir büyüklük olan yer değiştirmenin kullanılmasıdır. Bir cismin yaptığı yer değiştirmenin, bu yer değiştirme için geçen süreye oranına ortalama hız denir ve

idegOrtalama z

Ge en zamanYer stirme

hıç

=

olarak ifade edilir. Hızın birimi de metre/saniye (m/s) dir ve vektörel bir büyüklüktür.

Şimdi, hareketi anlamlı bir hâle getirmek için tanımladığımız kavramlarla neler yapa-bileceğimizi bir şimşek örneği üzerinde görelim.

Şimşek Nerede Çaktı?

Şimşeğin atmosferde oluştuğu yerin bulunduğumuz yere olan uzaklığını nasıl belir-leyebiliriz? Bunun için bir kronometre yeterli olacaktır. Şimşek çakarken şimşeğin ışığını gördükten bir müddet sonra sesini duyarız. Işığın hızı çok yüksek olduğu için şimşek çaktığı anda şimşeği görebiliriz. Fakat sesin hızı daha düşük olduğu için, ses bize bir müddet sonra ulaşır. Şimşeği gördüğümüz anda kronometreyi çalıştırıp, gök gürültüsünü duyduğumuz anda durdurursak yaklaşık olarak sesin bize ne kadar sürede ulaştığını ölçmüş oluruz (Şim-şeğin oluşturduğu ışımanın bize geliş süresini ihmal edersek). Sesin yayılma hızını da kulla-narak şimşeğin oluştuğu yerin bize olan yaklaşık uzaklığını hesaplayabiliriz.

Örneğin şimşeği gördükten 5 saniye sonra gök gürültüsünü duyduğumuzu düşüne-lim. Bu durumda, ses hızını yaklaşık 340 m/s olarak alırsak şimşeğin bize uzaklığı,

Uzaklık = (Sesin hızı) • (Geçen süre)

= 340 • 5 = 1700 m

olarak bulunur.

71

Anlık Hız ve Anlık SüratOrtalama hız ve sürat kavramlarının hareketle ilgili çok detaylı bir bilgi vermediğini

fark etmiş olmalıyız. Çünkü ortalama değerler bize hareket hakkında genel bir fikir verir; küçük zaman aralıklarında neler olduğunu söylemez. Bu durumu daha iyi anlamak için bir futbol sahasının etrafında koşarak bir tam tur attığımızı düşünelim (Şekil 3.7). Başladığımız yere geldiğimizde, toplam yer değiştirmemiz sıfır olduğu için ortalama hızımız da sıfırdır. Ancak, tam tur sırasında hareketimizi daha ayrıntılı incelersek daha kısa zaman dilimlerinde farklı hızlarımız olduğunu fark ederiz.

Çok kısa zaman aralıklarında (anlık zaman aralığı) hesaplayacağımız hız, anlık hız olarak adlandırılır ve

Anlık hızAnlık zaman aralıgı

Yer degistirme�

olarak ifade edilir. Aynı şekilde çok kısa zaman aralıklarında hesaplayacağımız sürat de an-lık sürat olarak adlandırılır ve aşağıdaki gibi ifade edilir.

Anlık üratAnlık zaman aralıgı

Alınan yols �

Şimdi bu kavramları kullanarak günlük hayatta, özellikle trafikte, sıklıkla karşılaştığı-mız iki durumu inceleyelim.

Şekil 3.7 Futbol sahasının etrafındaki hareket

Şehirler arası yollarda bulu-nan trafik uyarı ve ikaz ekran-larında sürücülere bildirilen değerler aracın anlık süratini gösterir. Her ne kadar anlık desek de bu tür hesaplama-lar çok küçük de olsa belirli bir zaman aralığında yapıl-maktadır.

Hareket

72


Araştıralım Trafiğin yoğun olduğu şehirlerde, trafik ışıklarının aynı yol üzerinde peş peşe

sıralandığı yollar mevcuttur. Bu tür yollarda, ışıklarda durup tekrar hareket etmek yakıt ve zaman kaybına, trafikte akıcılığın bozulmasına neden olur.

Yolun uzunluğu, trafik ışıkları arası mesafe ve şehir içi sürat sınırları göz önünde bulundurularak bir sinyalizasyon sistemi ile bu problem çözülmektedir. Bu sistem yeşil dalga uygulaması olarak bilinmektedir.

Şehrinizin önemli bir arteri üzerine belirli sayıda trafik ışığı yerleştirerek bir yeşil dalga uygulaması yapmayı planlıyorsunuz. Yolun uzunluğunu belirleyerek ışıklar arası mesafe ve ışıkların yanma süreleri gibi hesapları yapınız.

Hız ve sürat kavramlarını incelerken günlük hayatta bu kavramların eş anlamlı şekilde kullanı-labildiği fakat bunların birbirlerinden farklı oldu-ğunu belirtmiştik. Araçlarda bulunan göstergeler, aslında bize sürat değerlerini vermesine rağmen genellikle hız göstergesi olarak adlandırılır.

Bir otomobil hareketi süresince aynı sürat ile hareket etmez. Hızlanırken, yavaşlarken her an farklı süratlere sahiptir. Otomobilin hareketini daha basit ve pratik bir şekilde ifade etmek için ortalama sürat kullanılır.

Yol bilgisayarı ekranından bir aracın 120 km’lik yolculuğuna ait bilgileri görüyorsunuz. Ekranda aracın ortalama sürati 60 km/h olduğu görülmek-tedir. Bu araç, hareketi süresince farklı süratlerde seyretmiş olmasına rağmen yol bilgisayarı tek bir değer göstermektedir. Yandaki gösterge ise anlık sürati gösterir. Örneğin araç 125 km/h süratle gi-derken frene basıldığı anda gösterge de anlık ola-rak daha düşük değerlere doğru sapmaya başlaya-caktır.

Hız mı, Sürat mi?

73

Radar ile sürat ölçüm uygulamaları, trafik ikaz levhaları ile sürücülere bildirilmektedir. Sürat limitlerini aşan sürücülerin radar noktasına yaklaşılan bölgelerde süratlerini düşür-dükleri daha sonra sürat limitinin üzerinde seyrettikleri tespit edilmiştir. Bu durumun önü-ne geçmek için bazı bölgelerde sürat koridoru uygulamasına geçilmiştir.

Söz konusu sistem radar temelli sistemden farklıdır. Otomatik plaka tanıma ve uydu saati sistemlerinin kullanıldığı kameralı bir uygulamadır. Şehir içi arterler üzerinde veya tünellerde iki farklı noktaya yerleştirilmiş kameralar aracılığı ile aracın giriş ve çıkış sürati hesaplanır. Fakat buna ek olarak, kameralar arası mesafe bilindiği için aracın iki kamera arasından geçiş süresi ölçülerek ortalama sürati de hesaplanır. Bu uygulama ile kameralar arasındaki yol boyunca sürat limitini aşan araçların tespiti sağlanır. Bu uygulamanın nasıl çalıştığını basit bir örnek üzerinden inceleyelim.

Sürat koridoruna giren bir sürücü, ilk kamerayı geçtikten 40 s sonra ikinci kamerayı geçiyor. Kameralar 800 m aralıkla yerleştirilmiştir. Sürat limitinin 70 km/h olduğu bu yolda sürücü hız sınırını aşmış mıdır?

Sürücü iki kamera arasındaki 800 m = 0,8 km’lik yolu 40 s’de aldığına göre,

Zaman 40 s3600

40h= = c m

,Ortalama S rat

kmh40

0 8 360072ü

:= =^ ^c h h m

olarak bulunur. Sürücü ortalama 72 km/h’lik süratle bu koridordan geçtiği için 70 km/h’lik

sürat limitini aşmıştır.

Sabit Hızla Hareket: Düzgün Doğrusal HareketHarekete giriş bölümümüzde cisimlerin farklı

biçimlerde hareket edebildiğini belirtmiştik. Şu ana kadar hareket için ortaya koyduğumuz konum, yer değiştirme ve hız gibi kavramlarla farklı hareket biçimlerini inceleyebiliriz. Fakat, şimdilik bu hareket biçimlerinden en basitine, bir doğru boyunca olan harekete odaklanacağız. Bu hareket biçimi doğrusal hareket olarak adlandırılır. Düz bir yolda ilerleyen araçlar veya trenler, asansörler, yürüyen merdivenler doğrusal hareket yaparlar (Şekil 3.8). Çünkü bütün bu araçların hareketi bir doğru boyuncadır. Bir doğru boyunca olan harekette, hızın büyüklüğü değişmiyorsa bu hareket düzgün doğrusal hareket olarak adlandırılır.

Şekil 3.8 Düz yolda ilerleyen trenler

Hareket

Sürat Koridoru

74


Bir doğru boyunca sabit hızla hareket eden bir otomobilin motoru 10 s aralıklarla yağ damlatmaktadır. Karayolundaki yağ damlalarının konumları Şekil 3.10’deki gibi gösteril-miş olsun.

Otomobilin hareketini daha iyi yorumlayabilmek için yukarıdaki şekilden elde ettiği-miz verileri Tablo 3.4’e aktaralım.

Zaman (s) 0 10 20 30 40 50 60

Konum (m) 0 200 400 600 800 1000 1200

Şekil 3.9 Çembersel yoldaki doğru parçaları

Şekil 3.10 Çembersel yoldaki doğru parçaları

Tablo 3.4 Arabanın hareketine ait konum ve zaman değerleri

Doğrusal hareketi incelemek bize bazı kolaylıklar sağlar. Örneğin doğrusal harekette yön değişikliği olmadığı için vektörel büyüklüklerle yapılacak olan işlemler de basittir. Ayrıca doğrusal olmayan hareket biçimlerini küçük zaman dilimlerinde doğrusal harekete benzeterek inceleyebiliriz. Örneğin bir otomobilin çembersel bir yolu takip ederek dönme hareketi yap-tığını düşünelim. Bu yolu Şekil 3.10’daki gibi çok küçük parçalara bölersek aslında bu parçaları birer doğru parçası olarak kabul edebiliriz. Dolayısı ile bu aralıklardaki hareketler doğrusal harekete benzetilebilir. Şimdi doğrusal hareketi bir örnek üzerinden inceleyelim.

75

Şimdi ise, otomobilin konumunun zamanla nasıl değiştiğini bir grafik üzerinde ince-leyelim. Tablo 3.4 yardımıyla zamana bağlı konum grafiğini kolayca çizebiliriz. Bu grafik, Şekil 3.11’deki gibi olacaktır.

010 20

200

400

600

800

1000

1200

Konum (m)

30 40 50 60

Zaman (s)

Grafikteki konum değerleri arasındaki mesafeler yer değiştirmeyi göstermektedir. Grafik incelendiğinde, otomobilin eşit zaman aralıklarında eşit yer değiştirmeler yaptığı görülmektedir. Bir cismin hızını, o cismin yer değiştirmesinin geçen süreye oranı olarak ifade etmiştik. Otomobilin farklı zaman aralıklarındaki hızının aşağıdaki bağıntıya göre hesaplanan değerleri Tablo 3.5’te verilmiştir. Tablodan da açıkça görüldüğü gibi bütün zaman dilimlerinde otomobilin hızı aynıdır. Bir başka deyişle, düzgün doğrusal harekette anlık hız ve ortalama hız aynı değerleri almaktadır.

zon zaman ilk zaman

Sonkonum ilk konumH

Sı =

-

-

Zaman aralığı (s) 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60

Yer değiştirme(m) 200 200 200 200 200 200

Hız (m/s) 20 20 20 20 20 20

Şekil 3.11 Konum - zaman grafiği

Tablo 3.5 Harekete ait zaman, yer değiştirme ve hız değerleri

Hareket

76


Otomobilin eşit zaman aralıklarında eşit yer değiştirmeler yapması, hızının sabit oldu-ğunu göstermektedir. Elde ettiğimiz değerlerden otomobilin hız - zaman grafiğini çizersek bunu net bir şekilde görebiliriz (Şekil 3.12).

0

5

10

10

15

20

Hız (m/s)

20 30 40 50 60

Zaman (s)

Düzgün doğrusal harekette cismin hızının büyüklüğü sabit olduğundan cismin belirli bir zaman aralığındaki yer değiştirmesi aşağıdaki gibi ifade edilir.

Yer değiştirme = Hız • Geçen süre

Bu matematiksel ifadeden elde edilen yer değiştirme değeri, hız - zaman grafiğinin altında kalan alana eşittir. Herhangi bir zaman dilimi için cisimlerin ne kadarlık yer değiş-tirme yaptığını, hız - zaman grafiğinin altında kalan alanı (söz konusu zaman aralığında) hesaplayarak bulabiliriz.

Düzgün doğrusal harekette konum - zaman grafiğinden hızı, hız - zaman grafiğinden ise yer değiştirmeyi elde edebileceğimizi gördük. Bu değerleri kullanarak konum - zaman grafiğinden hız - zaman grafiğini veya hız - zaman grafiğinden konum-zaman grafiğini elde edebiliriz.

Şekil 3.12 Hız - zaman grafiği

Dx = v • Dt

77

Şimdi bunu bir örnek üzerinde inceleyelim. Bir aracın hareketine ait Şekil 3.13’te veri-len hız-zaman grafiğini yorumlayarak hareketlinin konum- zaman grafiğini çizelim.

Hız-zaman grafiği incelendiğinde, hareketlinin 0.-4. saniye aralığında 10 m/s’lik sabit hızla ilerlediği görülmektedir. Hız - zaman grafiğinin altında kalan alanı 0.-4. saniye aralı-ğında hesaplayarak aracın bu aralıkta 40 m yer değiştirdiğini buluruz.

4.-8. saniye aralığında aracın hızı sıfırdır ve bu nedenle araç yer değiştirmemiştir.

8.-14. saniye aralığında aracın hızı -5 m/s’dir. Hızın “-“ olması yer değiştirmenin yönü-nü göstermektedir. Yani aracımız bu süre içinde ters yönde ilerlemektedir. 8.-14. saniye aralığında grafiğin altında kalan alanı -30 m olarak hesaplarız. Elde ettiğimiz değerlerden hareketlinin konum - zaman grafiğini çizelim (Şekil 3.14).

Şekil 3.13 Hız - zaman grafiği

Şekil 3.14 Konum - zaman grafiği

Hareket

78


Hızlanma ve Yavaşlama: İvmeBir hareketli için hızın değişmediği durumları inceledik. Peki, ya hız zamanla değişirse

hareketi nasıl tanımlarız? Bu durum için bir çitanın hareketini inceleyelim.

Çitalar hayatta kalabilmek için avlanmak zorundadır. Avının peşinden koşan bir çita-nın, 400 - 500 m içerisinde avını yakalaması gerekir. Daha fazla koşması durumunda ise çi-tanın yaşamı tehlikeye girecektir. Bu nedenle çita, avını yakalayabilmek için çok kısa zaman aralıklarında hızlanmalı ve yavaşlamalıdır. Son derece hızlı olan çitanın hayatta kalabilmesi bu özelliğine bağlıdır.

Şekil 3.15’te bir çitanın bir doğru boyunca olan hareketiyle ilgili bilgiler veril-miştir. Şekilde, çitanın hızının her bir saniyelik zaman aralığında 5 m/s değiştiği-ni görürüz. Çitanın hareketinde olduğu gibi, bir cismin hızı zamanla değişiyorsa ci-sim ivmeli hareket ediyor denir. Buna göre ivme, birim zamandaki hız değişimidir ve

ime

eçen süre

ızdaki deg simIv

G

H

a( t)

( v)�

D

D

olarak ifade edilir. İvme de hız gibi vektörel bir büyüklüktür ve birimi m/s2 dir.

Çitanın Şekil 3.15’te gösterilen hareketinin ilk 4 saniyesini inceleyelim. Bunun için öncelikle şekilde verilen değerlerden faydalanarak bir tablo oluşturalım. İvmenin tanımından yola çıkarak hesaplayacağımız ivme değerlerini de Tablo 3.6’ya ekleyelim.

Şekil 3.15 Çitanın hızının zamanla değişimi

79

Zaman (s)

Hız (m/s)

İvme (m/s2)

1 5 5

2 10 5

3 15 5

4 20 5

Oluşturduğumuz bu tablo bize hareketle ilgili oldukça detaylı bilgiler vermektedir. Hızın ve ivmenin zamanla değişimini grafikler yardımıyla açık bir şekilde görebiliriz. Tablo-daki değerleri kullanarak Şekil 3.16’daki grafikleri elde ederiz.

Çitanın hız - zaman grafiğine baktığımızda, eşit zaman aralıklarında hızın eşit miktar-da arttığını yani çitanın sabit ivmeyle hareket ettiğini söyleyebiliriz. İvme - zaman grafiğin-den ise bu durumu açıkça görebiliriz.

Tablo 3.6 Çitanın hareketine ait zaman, hız ve ivme değerleri

Şekil 3.16 Hız - zaman, ivme - zaman grafikleri

Şekil 3.17 Hızlanan araç

Etrafımızda karşılaştığımız ha-reketliler hızlanır ya da yavaşlar yani ivmeli hareket eder. Örneğin gidece-ği yere daha çabuk ulaşmak isteyen sürücü gaza basıyor (Şekil 3.17). Bu şekilde motordan tekerlere aktarılan kuvveti artırarak onların daha hızlı dönmesini sağlıyor. Yani aracını hız-landırıyor, ivmeli hareket yapıyor.

Hareket

Çitalar, dünyanın en hızlı ko-şan memelisidir. Sıfırdan 120 km/h’lik hıza sadece 3,1 sani-yede ulaşabilmektedir. Eğer bu şekilde 400-500 metre-den fazla koşarsa çitanın vü-cut sıcaklığı 46 oC’nin üstüne çıkar ve bu da beynine zarar verir. Bu yüzden, avlanma sı-rasındaki koşusu genellikle 1 dakikadan daha kısa sürer. Maksimum hıza eriştiklerin-de çitaların her adım arası mesafeleri yaklaşık 15 met-reye ulaşabilmektedir.


80


Bir hareket durumunu anlamlı hâle getirecek yer değiştirme, hız ve ivme gibi bazı temel kavramları ortaya koyduk ve doğrusal hareket yapan cisimlerin hareketlerini bu kavramları kullanarak inceledik. Fakat, duran bir cismin neden harekete geçtiğini, hareketli bir cismin neden hızlandığını veya yavaşladığını sorgulamadık. Başka bir deyişle, sadece olan bir harekete anlam vermeye çalıştık; sebep-sonuç ilişkisine girmedik. Bu bölümde ise hareketin neden ve nasıl etkilenebileceği üzerinde duracağız.

Kuvvet

2. BÖLÜM

81

KuvvetHareketi nelerin ve nasıl etkileyebileceği üzerine yapılacak bir sorgulama bizi çok

temel bir kavram olan kuvvete götürür. Kuvvet ve hareket arasındaki ilişkiyi açıklayabilmek için öncelikle kuvvet kavramını biraz daha yakından inceleyelim.

Günlük yaşantımızda cisimler sürekli olarak birbirleriyle etkileşim hâlindedir. Bu etkileşimler cisimlerin hareket durumlarını etkileyebilir. Ör-neğin esen rüzgâra karşı yürürken rüzgâr hare-ketimizi etkiler (Şekil 3.18). Benzer şekilde hare-ket hâlindeki bir bilardo topu, durmakta olan bir bilardo topuna çarparak onu harekete geçirebi-lir. Hareketi başlatan, hareketin hızını değiştiren veya cisimlerde şekil değişikliğine sebep olan etki kuvvet olarak tanımlanır. Kuvvet en genel anlamda cisimlerin birbirini itmesi veya çekme-sidir. Kuvvet vektörel bir büyüklük olup birimi newton’dur ve “N” harfi ile gösterilir.

Kuvvet İçin Her Zaman Bir Temas Gerekir mi?Bütün kuvvetler bir etkileşim sonucu oluşur.

Bu etkileşim için bazen cisimlerin birbirleriyle temas etmesi gerekirken, bazen de gerekmez. Bir futbol topuna vurmak, bir market arabasını itmek veya rüzgârın uçurtmayı uçurması durumlarında uygulanan kuvvetler temas gerektiren kuvvetlerdir. Fakat yer çekimi kuvveti gibi temas gerektirmeyen kuvvetler de vardır. Örneğin yerin, ağaçta duran bir elmaya kuvvet uygulaması için yerle elma arasında bir temas olmasına gerek yoktur. Benzer şekilde mıknatıslar hiç temas olmadan birbirlerini itebilir veya çekebilirler (Şekil 3.19).

Kuvvetin TarihiAristo, cisimlerin hareketini doğal ve zorlanmış hareket olmak üzere iki farklı şekilde

tanımlamıştır. Doğal harekette cisimler kendi doğalarına göre hareket etmek isterler. Örneğin bir taşın doğal yeri yeryüzü olduğu için taş serbest bırakıldığında yere doğru hareket eder. Duman ise gökyüzüne aittir ve gökyüzüne yükselmek ister. Zorlanmış hareketlerde ise hareket ettirici bir kuvvete ihtiyaç duyulur. Bu düşünceye göre hareket, kuvvet var olduğu sürece devam eder; kuvvet ortadan kalktığı zaman sona erer.

Şekil 3.19 Temas gerektirmeyen kuvvet

Şekil 3.18 Rüzgârın harekete etkisi

Kuvvet

82


Philoponus (490-570), Aristo’nun düşüncelerini sorgulayarak harekete farklı bir bakış

açısı getiren ilk bilim insanlarındandır. Aristo’nun yaklaşımı, fırlatılan bir taşın elden çık-

tıktan sonra hareketine devam etmesini açıklayamıyordu. Philoponus, bu ve benzeri du-

rumları açıklamak için impetus kavramını ortaya attı. Ona göre cisimler havaya atıldığında

cisme bir impetus kazandırılır. Cisimlerin elden çıktıktan sonraki hareketlerinden impetus

sorumludur. Bu yaklaşıma göre impetus çembersel ya da doğrusal olabilir, dolayısıyla ci-

simler çembersel ya da doğrusal hareket edebilir.

İmpetus kavramı Buridan (1300-1358) tarafından daha da geliştirildi. Hatta “İmpetus

= Ağırlık x Hız” gibi matematiksel ilişkiler bile ortaya konuldu. Fakat ilerleyen zamanlarda

impetus kavramının da doğayı anlamakta yetersiz kaldığı anlaşıldı.

Newton, tanımladığı kuvvet kavramı ile impetus kavramının geçerliliğine son vermiş-

tir. Bugün hâlâ kullanmakta olduğumuz kuvvet kavramını Newton tanımlamıştır (Şekil 3.20).

Newton’un kuvvet kavramını geliştirmesinde, Buridan ve Galileo gibi birçok bilim insanla-

rının yapmış olduğu çalışmaların büyük rolü vardır.

Sürtünme KuvvetiAristo, cisimlerin hareketlerine devam edebilmeleri için mutlaka bir “hareket ettirici”

nin olması gerektiğine inanıyordu. Günlük yaşamdaki birçok gözlem de bu görüşü

doğrular niteliktedir. Gerçekten de yaşadığımız dünyada hareket hâlindeki bütün cisimler

bir müddet sonra durur. Hareketi sürdürebilmek için kuvvet uygulamaya devam etmemiz

gerekir. Şimdi bu durumu bir örnek üzerinde inceleyelim.

Açık denizde Şekil 3.21’deki gibi bir yelkenlinin rüzgârın etkisiyle ilerlediğini düşüne-

lim. Rüzgâr kesildikten bir süre sonra yelkenli önce

yavaşlar sonra da durur. Acaba yelkenlinin yavaşla-

ması ve durmasında sadece rüzgârın mı etkisi vardır?

Bu durumu biraz daha yakından inceleyelim.

Bunun için, bir aracın fren yaparak yavaşlaması

ve durmasını ele alalım. Fren pedalına basıldığı anda

fren balataları dönmekte olan fren diskini sıkıştırarak

diskin dönüşünü engellemeye başlar (Şekil 3.22).

Bu durum, dönmekte olan bir CD’yi iki parmağımızın

arasında tutarak durdurmaya benzer. Parmaklarımızın

CD’ye teması sonucunda, ortaya hareketi engelleyici

bir etki çıkar. Bu tür bir etki sadece hareketli yüzeylerde gerçekleşmez. Benzer bir etkinin,

yerde durmakta olan bir cismi iterek harekete geçirmeye çalıştığımızda da oluştuğunu gö-

rürüz. Bu etkiyi oluşturan kuvvete sürtünme kuvveti denir.

Şekil 3.22 Araba freni düzeneği

Şekil 3.20 Isaac Newton

Şekil 3.21 Rüzgârın etkisiyle hareket eden yelkenli

Sürtünme kuvveti temas hâlindeki yüzeylerin birbirle-rine göre hareketini engelle-yen veya yavaşlatan etkidir.

Önemli!

83

Şimdi, yelkenli örneğimize geri dönelim ve rüzgâr kesildikten sonra yelkenlinin hare-ketinin neden sonlandığını tekrar düşünelim. Rüzgâr kesilmeden önce de var olan yelkenli ile deniz suyu ve hava arasındaki sürtünme kuvvetleri, rüzgâr kesildikten sonra da etkileri-ni devam ettirir. Bu kuvvetler, yelkenlinin yavaşlayarak durmasına sebep olur.

Peki, yelkenli durmuşken tekrar rüzgâr çıkarsa ne olur? Sürtünme kuvvetinin temas hâlindeki durgun iki yüzey arasında da söz konusu olabileceğini belirtmiştik. O hâlde yelkenlinin harekete geçebilmesi için rüzgâr kuvvetinin sürtünme kuvvetlerini yenmesi gerekecektir (Şekil 3.23).

Statik ve Kinetik Sürtünme KuvvetiSürtünme kuvvetinin, cisimler hem hareket hâlindeyken hem de durgunken söz

konusu olabildiğini gördük. Bu iki farklı durumda sürtünme kuvveti aynı mıdır? Bu soruya basit bir deneyle cevap arayalım.

Öğrenci sıralarından birisini sınıfın içinde uygun bir boşluğa yerleştirelim. Bir arkadaşımız sıranın üzerine otursun. Sonra bir başka arkadaşımız sırayı iterek zemin üzerinde mümkün olduğunca sabit bir hızla kaydırmaya çalışsın.

Bu deneyi birkaç arkadaşımız aynı şekilde tekrar etsin. Bu arada biz de arkadaşlarımızın durgun sırayı harekete geçirirken mi yoksa sıra harekete geçtikten sonra mı daha çok zorlandıklarını gözlemleyelim.

Bu, basit deney açıkça ortaya koyacaktır ki durgun hâldeki sırayı harekete geçirmek sıranın hareketini sabit hızla devam ettirmekten daha zordur. Yani, sıraya durgun iken etkiyen sürtünme kuvvetinin değeri sıra harekete geçtiğinde azalmaktadır.

Bu nedenle sürtünme kuvvetinin, durgun ve hareketli durumlar için farklı şekillerde tanımlanma ihtiyacı doğmuştur. Durgun hâldeki sürtünme kuvveti “statik”, hareket hâlindeki ise “kinetik” sürtünme kuvveti olarak tanımlanır. Bir cisme etkiyen statik sürtünme kuvveti, cisim harekete geçene kadar devam eder ve cisim harekete geçtikten sonra yerini

Ne Zaman Daha Kolay?ETKİNLİK - 1

Şekil 3.23 Yelkenli

Kuvvet

84


kinetik sürtünme kuvvetine bırakır. Bir cismin maruz kalacağı kinetik sürtünme kuvveti, statik sürtünme kuvvetinin alabileceği en büyük değerden daima küçük olur.

Şekil 3.24’teki grafik, başlangıçta duran bir cismi etkileyen sürtünme kuvvetinin, cisme dışarıdan uygulanan kuvvetle nasıl değiştiğini göstermektedir. Grafiğin en tepe noktası cismin harekete geçtiği andır. Dikkat edilirse, statik sürtünme kuvveti cisim harekete geçene kadar cisme uygulanan kuvvetin değerine eşit bir şekilde artmaktadır. Cisim harekete geçtiği anda ise devreye kinetik sürtünme kuvveti girer ve sürtünme kuvveti o anda maksimum değerinden bir miktar azalır.

Şimdi sürtünme kuvvetinin büyüklüğünün nelere bağlı olduğunu sorgulayabiliriz.

Öncelikle sürtünme kuvvetini etkileme ihtimali olan değişkenlerden bazıları aşağıda listelenmiştir. Eğer sizin başka tahminleriniz varsa onları da listeye ekleyebilirsiniz.

• Cismin hareketli veya durgun oluşu

• Cismin temas ettiği yüzeye uyguladığı kuvvet (cismin ağırlığı)

• Cismin sürtünen yüzeyinin alanı

• Cismin sürtündüğü yüzeyin cinsi

Belirlediğimiz bu değişkenlerden (kuvvet, yüzey alanı, hareket durumu ve yüzeyin cinsi) birini seçerek bir problem durumu tanımlayalım. Bu problem durumu için bağımlı, bağımsız ve kontrol değişkenlerini belirleyelim.

1. Hareket Durumunun Sürtünme Kuvveti Üzerine Etkisi

Problem durumu: Bir cismin hareketli veya durgun oluşu sürtünme kuvvetini nasıl etkiler?

Bağımsız değişken (Etkileyen değişken): Cismin hareketli veya durgun olması

Bağımlı değişken (Etkilenen değişken): Sürtünme kuvveti

Kontrol değişkenleri (Sabit tutulması gereken değişkenler): Cismin yüzeye uyguladığı kuvvet, cismin temas ettiği yüzey alanı, yüzeyin cinsi

Sürtünme Kuvveti Nelere Bağlıdır?ETKİNLİK - 2

Şekil 3.24 Bir cisme dışarıdan uygulanan kuvvet ve sürtünme kuvvetinin değişimi

Sürtünme kuvveti

Dışarıdan uygulanan kuvvet

Statik

Hareketin başlama anı

Kinetik

85

Aynı mantıkla diğer değişkenlere göre oluşturulacak problemler için benzer değer-lendirmeler yapılabilir. Şimdi deneyimiz için tasarım sürecine geçebiliriz.

Kullanılacak malzemeler

• Dinamometre

• 4 adet 200 g’lık kütle

• 20 cm x 15 cm x 10 cm boyutlarında tahta blok

• Cam yüzey

(Not: Deneyin amacı göz önünde bulundurularak farklı malzemeler de kullanılabilir.)


Cismin hareketli veya durgun oluşunun sürtünme kuvveti üzerindeki etkisini analiz etmek için aşağıdaki düzeneği kuralım.

Bunun için bloğu masanın üzerine yerleştirelim ve dinamometreyi bloğa bağlayalım.Düzeneği hazırladıktan sonra dinamometreyi yavaş yavaş çekmeye başlayalım ve blok kaymaya başlamadan hemen önce dinamometrenin gösterdiği en yüksek değeri aşağıdaki tabloya kaydedelim. Bu ölçüm, statik sürtünme kuvvetinin değerini gösterecektir.

Bu ölçümü yaptıktan sonra yine bloğu dinamometreyi kullanarak çekelim ve bloğun sabit bir hızla hareket etmesini sağlayalım. Bu esnada dinamometrenin gösterdiği değeri alttaki tabloya kaydedelim. Bu ölçüm kinetik sürtünme kuvvetinin değerini gösterecektir.

Kinetik ve statik sürtünme kuvvetleri için bulduğumuz değerleri karşılaştıralım. Ulaştığımız sonuçları Deney 1’de elde ettiğimiz sonuçlarla birlikte yorumlayalım.

(Not: Daha güvenilir sonuçlar elde edebilmek için tekrarlanan ölçümler yapmalıyız.)

Bloğun Durumu Durgun (Statik) Hareketli (Kinetik)

Sürtünme Kuvveti (N)

Kuvvet

Dinamometre kuvvet ölçen bir araçtır. Çalışma sistemi ol-dukça basittir. Temel mantığı yayların çekildikçe (kuvvet uyguladıkça) uzamasına da-yanır. Yay ne kadar fazla uzar-sa o kadar büyük bir kuvvet uygulandığı anlamına gelir.

Ağırlık, yer çekiminden kay-naklı olarak cisimler üzerin-de yere doğru oluşan kuv-vettir. Yeryüzünde cisimlerin ağırlığı (N) yaklaşık olarak kütlelerinin (kg) 10 katıdır.

Önemli!

Önemli!

86


2. Temas Yüzeyine Uygulanan Kuvvetin Sürtünme Kuvvetine Etkisi

Bunun için aşağıdaki şekilde gösterilen düzeneği kuralım.

Önce blok üzerine 200 g’lık kütlelerden sadece bir tane yerleştirelim. Bu şekilde bloğun ağırlığıyla birlikte temas yüzeyinde belirli bir kuvvet oluşacaktır. Düzeneği hazırladıktan sonra dinamometreyi yavaş yavaş çekmeye başlayalım ve blok kaymaya başlamadan hemen önce dinamometrenin gösterdiği en yüksek değeri aşağıdaki tabloya kaydedelim. Bu ölçüm, statik sürtünme kuvvetinin değerini gösterecektir. Daha sonra blok üzerinde sırasıyla iki, üç ve dört adet 200 g’lık kütleler varken aynı ölçümü tekrarlayalım ve okuduğumuz değerleri tabloya kaydedelim.

Elde ettiğimiz verileri karşılaştırarak temas yüzeyine uygulanan toplam dik kuvvet ile sürtünme kuvveti arasındaki ilişkiyi görmeye çalışalım. Bu iki kuvvet arasındaki doğru orantıyı fark etmiş olmalısınız.

3. Temas Yüzey Alanının Sürtünme Kuvvetine Etkisi

Bunun için aşağıdaki şekilde gösterilen düzeneği kuralım.

Düzeneği hazırladıktan sonra dinamometreyi yavaş yavaş çekmeye başlayalım ve blok kaymaya başlamadan hemen önce dinamometrenin gösterdiği en yüksek değeri ölçelim. Aynı işlemi bloğun başka bir yüzeyi için de tekrarlayarak elde ettiğimiz verileri aşağıdaki tabloya kaydedelim ve karşılaştıralım.

Sürtünme kuvvetinin cismin sürtünen yüzeyinin alanından bağımsız olması (yüzey alanının etkisinin olmaması) sizce de şaşırtıcı değil mi?

Toplam Dik Kuvvet (Ağırlık) (N)

Statik Sürtünme Kuvveti (N)

Temas Yüzey Alanı (cm2) 20 cm x 10 cm 20 cm x 15 cm


87

4. Sürtünen Yüzeylerin Cinsinin Sürtünme Kuvvetine Etkisi

Bunun için tahta bloğu, üzerinde çekeceğimiz farklı iki yüzey (cam ve ahşap) kullanalım.

Yukarıdaki şekilde gösterilen düzeneği önce cam sonra ahşap yüzey için hazırlayıp dinamometreyi yavaş yavaş çekmeye başlayalım. Cam ve ahşap yüzeyler için blok kaymaya başlamadan hemen önce dinamometrenin gösterdiği en yüksek değerleri aşağıdaki tabloya kaydedelim.

Ulaştığımız sürtünme kuvveti değerlerini karşılaştıralım. Ahşap yüzey ile cam yüzeyde yapılan harekette sürtünme kuvvetinin değerinin farklılaştığını gözlemleyeceksiniz.

Şimdi, yaptığımız dört farklı deneyden elde edilen sonuçları bir araya getirelim.

• Sürtünme kuvveti, sürtünen cisimlerin birbirine göre durgun (statik) ve hareketli (kinetik) durumları için farklıdır.

• Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeye uygulanan toplam dik kuvvetle doğru orantılıdır.

• Sürtünme kuvveti, cisimlerin temas yüzeyinin alanına bağlı değildir.

• Sürtünme kuvveti, sürtünen yüzeylerin cinsine bağlıdır.

Yukarıda özetlediğimiz sonuçları kullanarak sürtünme kuvvetini aşağıdaki şekilde ifade edebiliriz.

Sürtünme kuvveti = Sürtünme katsayısı ∙ Yüzeye uygulanan toplam dik kuvvet

Bu ifadede yer alan sürtünme katsayısı sürtünen cisimlerin cinsine ve hareket durumuna bağlı bir sabittir. Fakat, bu sürtünme katsayısı, duran cisimler için tanımlandığından statik sürtünme katsayısıdır. Bu katsayı hareketli durumlarda farklılık gösterir ve kinetik sürtünme katsayısı olarak adlandırılır.

Temas Yüzeyi Ahşap (masa) Cam


Kuvvet

88


Hayatımızda Sürtünme KuvvetiSürtünme kuvvetinin cisimler durgun iken “statik”, hareketli iken “kinetik” sürtünme

kuvveti olarak adlandırıldığını gördük. Devamında ise sürtünme kuvvetinin hangi değişkenlere bağlı olduğunu analiz ettik. Bu süreçte, temas hâlindeki cisimlerin sürtünme kuvvetinden dolayı birbirlerinin hareketini engellediğini gördük. Yaşadığımız dünyada sürtünme kuvvetinin olmadığı bir durumu görmek neredeyse imkânsızdır. Peki, sürtünme kuvveti hayatımızı hep zorlaştırır mı? Aslında zorlaştırdığı kadar kolaylaştırdığını, oluşturduğu dezavantajlar kadar avantajlar da sağladığını söyleyebiliriz. Yürüyebilmemizi sağlayan şey ayağımızla zemin arasındaki sürtünme kuvvetidir. Buzla kaplı yollarda sürtünme kuvvetinin küçük olmasından dolayı yürümekte ne kadar zorlandığımızı biliriz. Aynı şekilde, otomobillerin ilerlemesini veya durmasını sağlayan kuvvetlerden birisi de yol yüzeyi ile tekerler arasındaki sürtünme kuvvetidir.

Sürtünme kuvveti üzerine yapılmış bilinen deneysel çalışmalar Leonardo da Vinci ile başlar. Yaklaşık yüz yıl sonra onun deneysel çalışmalarının Amontons ve Coulomb tarafından tekrarlanması sonucunda ise sürtünme kuvveti ile ilgili detaylı bilgilere ulaşılmıştır. Bugün sürtünme kuvveti daha çok Amontons ile ilişkilendirilir.

Amontons’un kullandığı deney düzeneği son derece basittir. Düzeneğini yandaki şekilde görüldüğü gibi bir cisim ve cisme uygulanan kuvvetleri ölçmeye yardımcı olacak yaylı sistemlerle kurmuştur. Önce cismi yatay zemine yerleştirerek ona üstten aşağı yönlü dik bir kuvvet (F1) uygulamıştır. Daha sonra aynı cisme bir de yatay kuvvet (F2) uygulamaya başlamıştır. Yatay kuvveti, cisim harekete geçene kadar artırmıştır. Bu şekilde, yatay kuvvetin cismin harekete başladığı andaki eşik değerini belirlemiştir. Ayrıca, söz konusu yatay kuvvetin değişimini aşağıdaki değişkenlere göre incelemiştir.

i. Cisme aşağı yönlü uygulanan dik kuvvet

ii. Cismin temas yüzey alanı

iii. Cismin temas yüzeyine sürülen ve kayma hareketini farklılaştıran maddeler

iv. Sıcaklık

TARTIŞMA - 1 Amontons’un yapmış olduğu deneylerde bağımlı, bağımsız ve kontrol değişkenleri neler olabilir?

Amontons’un Deneyi

Duran bir cismi harekete ge-çirmek için gerekli olan en düşük kuvvet değeri eşik de-ğer olarak tanımlanır.

Önemli!

89

Atmosferin sağladığı sürtünme kuvveti ise çoğu zaman Dünya için bir kalkan görevi görür. Büyük bir gök taşının atmosfere çok büyük bir hızla girdiğini düşünelim (Şekil 3.25). Bu hâliyle yerküreye çarpması durumunda büyük hasarlar verebilecek durumdadır. Ancak atmosfere girmesiyle birlikte atmosferi oluşturan gaz tabakası ile gök taşı yüzeyinde mey-dana gelen sürtünme kuvveti sayesinde büyük bir ateş topuna döner ve gitgide küçülür. Atmosfere giren birçok gök taşı Dünya’ya ulaşamadan küçük toz zerrelerine dönüşür. Ama bu durum, aynı zamanda uzaya gönderilen araçların gidiş ve dönüşünde bir dezavantaj oluşturur.

Günlük hayatımızda kullandığımız birçok aracın tasarımında yüksek sıcaklıklara dayanıklı malzemele-rin kullanılması gerekir. Birçok mekanik araçta, isteme-diğimiz ısınmaların meydana gelmesinin temel sebebi sürtünmedir. Örneğin otomobillerde motor pistonları silindirle devamlı sürtünme hâlinde olduğu için moto-run ısınmasına sebep olur. Isınmayı azaltmak ve hare-keti kolaylaştırmak için yağ kullanılır (Şekil 3.26). Kısa-ca özetlemek gerekirse sürtünme kuvveti hayatın bir gerçeğidir ve kimi zaman hayatımızı kolaylaştırırken kimi zaman da zorlaştırabilir. İnsanlık, tarih boyunca bir taraftan bu kuvvetin dezavantajlarını en aza indir-mek için uğraş verirken bir taraftan da avantajlarından en üst seviyede yararlanmayı hedeflemiştir.

Şekil 3.25 Göktaşı

Şekil 3.26 Motor yağı

Kuvvet

90


Birden Fazla Kuvvet: Net Kuvvet ve Kuvvetlerin DengesiGünlük hayatımızda sürtünme kuvvetinin olmadığı bir durum nerdeyse hiç

gözlemlenmez. Dolayısı ile çevremizdeki cisimlere bir kuvvet uyguladığımız zaman o cismin üzerine birden fazla kuvvet etki edebilir. Bazen de bilinçli bir şekilde birden fazla kuvvet uygulamamız gerekebilir. Örneğin itmeye çalıştığımız bir masayı hareket ettiremediğimiz zaman, başka birilerinden yardım isteyerek masaya aynı anda birkaç kuvvetin uygulanmasını sağlayabiliriz.

Bir cisme birden fazla kuvvetin etki ettiği durumlarda her bir kuvvetle ayrı ayrı ilgi-lenmek yerine bütün bu kuvvetlerin yerine geçecek tek bir kuvvet tanımlayabiliriz. Bu kuvveti net kuvvet olarak adlandırırız. Net kuvvet bir cisme etki eden bütün kuvvetlerin toplamıdır. Fakat kuvvet, yönlü bir büyüklük olduğu için net kuvvet hesaplanırken doğru-dan toplama yerine yönlerin de dikkate alındığı vektörel bir toplama işlemi gerekir. Aynı yöndeki kuvvetler için net kuvvet bütün kuvvetlerin toplamıdır. Zıt yöndeki kuvvetler için ise net kuvvet, kuvvetlerin farkıdır ve yönü büyük olan kuvvetin yönüdür. Şimdi iki örnek üzerinden net kuvvetin nasıl belirlendiğini görelim.

İlk örneğimiz için Şekil 3.27.a’daki gibi, bir masayı 10 N’luk bir kuvvetle ittiğimizi dü-şünelim. Masayla zemin arasındaki sürtünmeden dolayı da masaya 5 N’luk itme yönüne zıt yönde bir kuvvet etkimiş olsun. Bu durumda kuvvetler zıt yönlü olduğu için net kuvvet, büyük olan kuvvetten küçük olan kuvvet çıkarılarak elde edilir. (Fnet = 10 N - 5 N = 5 N). Net kuvvetin yönü de büyük olan kuvvetin yönündedir (Şekil 3.27.b).

S

Şekil 3.27 Masaya uygulanan kuvvetler ve net kuvvet

a)

b)

91

İkinci örneğimiz için arıza yaptığı için hareket etmeyen bir aracı iten insanları düşü-nelim. Araca uygulanan kuvvetler Şekil 3.28’de gösterilmiştir. Şekilde aracı iten kişiler aynı yönde kuvvet uygularken sürtünme kuvveti ters yöndedir. O hâlde aynı yöndeki kuvvetleri toplayıp zıt yöndeki kuvveti çıkararak araca etki eden net kuvveti hesaplayabiliriz.

Fnet = F1 + F2 + F3 - Fsürtünme

Fnet = 100 N + 150 N + 140 N – 390 N

Fnet = 0

Örnekte de görüldüğü gibi bazı durumlarda cisimler üzerine birçok kuvvet etki ettiği hâlde net kuvvet sıfır olabilir. Bu durumda kuvvetler birbirini dengelemektedir. Net kuv-vetin sıfır olduğu durumda, cisimlere etki eden kuvvetlere dengelenmiş kuvvetler denir.

F1=100 NF2=150 NF3 =140 N

=390 N

Şekil 3.28 Arabaya uygulanan kuvvetler

Kuvvet

92


Bu bölümde, evrendeki varlıkların hareketlerini sınırlayan belirli kurallar olduğunu keşfedecek ve bu kuralları tanımlayacağız. Bunu yaparken şu ana kadar harekete ilişkin tanımlamış olduğumuz kavramları kullanacağız. Özellikle kuvvet ile hareket arasındaki ilişkiyi analiz edeceğiz. Bu kurallarla cisimlerin hareket durumlarına ilişkin detaylı çıkarımlarda bulunacağız.

Hareket Yasaları

3. BÖLÜM

93

Kütlenin Tavrı: EylemsizlikDünya üzerinde hareket hâlindeki cisimlerin bir süre sonra durdukları gözlenir. Bilim

insanları 16. yüzyıla kadar, maddenin durgun hâlinin onun doğasından kaynaklandığını kabul ediyorlardı. Bu nedenle hareketli cisimlerin bir süre sonra durması gerektiği düşünülüyordu. İlk kez Galileo, hareket hâlindeki cisimlerin durması için de bir sebep olması gerektiği iddiasını ortaya attı. Galileo’nun bu iddiası yapmış olduğu düşünce deneylerine dayanır. Galileo’nun yapmış olduğu deneye benzer bir deneyi şu şekilde kurgulayabiliriz. Pürüzsüz metal bir top ve iki eğik düzlem düşünelim (Şekil 3.29). Birinci eğik düzlemin belli bir noktasından bırakılan metal top, ikinci eğik düzlem üzerinde, birinci eğik düzlemden bırakıldığı yüksekliğe kadar çıkacaktır.

İkinci eğik düzlemin eğimini biraz azaltarak (Şekil 3.30) aynı deneyi tekrarlarsak metal top yine aynı yüksekliğe çıkacak fakat bu kez daha fazla yol alacaktır.

İkinci düzlemin eğimi azaltılmaya devam edilirse ikinci düzlem bir süre sonra yatay bir hâle gelecektir (Şekil 3.31).

Şekil 3.29 Eğik iki düzlemde hareket

Şekil 3.30 Eğimi azaltılmış ikinci düzlem

Şekil 3.31 Eğimi sıfırlanan ikinci düzlem

Hareket YasalarıHareket Yasaları

16. yüzyılda yaşayan Galileo Galilei (1564-1642) ile birlik-te bilimsel araştırmalar, de-ney ve gözleme dayalı olarak sistematik bir şekilde yapıl-maya başlandı. Buna bağlı olarak bilgiye ulaşmada ta-kip edilen bilimsel süreç ba-samakları oluşmaya başladı. Bu nedenle Galileo, modern bilimin kurucusu olarak ka-bul edilir.


94


Bu durumda top, düzlemin bittiği yere kadar hareketine devam edecektir. Sonsuz uzunluktaki sürtünmesiz yatay bir düzlem oluşturduğumuzu düşünürsek topun hızlan-ması ya da yavaşlaması için bir sebep olmayacak ve top, sonsuza kadar ilerlemeye devam edecektir.

Galileo bu düşünce deneyi sonucunda; dışarıdan bir kuvvet etkimediği sürece bir cismin, hareket hâlinde ise sabit hızla hareketine devam edeceği sonucuna ulaşmıştır. Bu-nunla birlikte hareket hâlindeki cisimlerin durmaya veya hızlanmaya karşı bir direnç gös-terdiği iddiasını ortaya atmıştır. Daha sonraki yıllarda Newton, Galileo’nun düşüncelerini temel alarak birinci hareket yasasını tanımlamıştır.

Bir cisme etki eden net kuvvetin sıfır olması durumunda; cisim durgun hâlde ise dur-maya devam eder, hareketliyse sabit hızla hareketine devam eder. Bu yasa eylemsizlik yasası olarak bilinir. Eylemsizlik, bir cismin kütlesinden dolayı hareket durumunu değiştir-meye yönelik etkilere karşı koymasıdır.

Aslında eylemsizliği günlük hayatımızda birçok olayda gözlemleriz. Örneğin Şekil 3.32’deki gibi, bir oto-büste ayakta yolculuk ederken otobüsün ani freni ile birlikte birden kendimizi ileriye doğru savrulmuş bulu-ruz. Bunun sebebi, otobüsün frenle birlikte yavaşlayarak durması fakat otobüs içinde bulunanların, otobüsün bir parçası olmadığı için serbest olarak ileri doğru hareket-lerine devam etmek istemeleridir. Duran bir otobüs ha-rekete geçtiğinde ise üzerinde durduğumuz zemininin ayağımızın altından ileriye doğru çekildiğini hisseder ve geriye doğru savruluruz.

Bunun nedeni, ilk durumumuzu (durma) koruma eği-limidir.

Maddelerin eylemsizlik özelliği ani hızlanma veya yavaşlamanın olduğu durumlarda ciddi sorunlar oluşturabilir. Trafik kazaları ani hızlanma ve yavaşlamaların sıklıkla gözlem-lendiği durumlardır. Bu nedenle araçlara özel güvenlik donanımları eklenmiştir. Örneğin emniyet kemerleri araçların çarpışması gibi ani yavaşlamanın olduğu durumlarda, yolcu-ların hareketlerine devam ederek camdan fırlamalarını engeller.

Benzer şekilde araçlardaki hava yastıkları, kaza esnasında ani yavaşlama veya durma gerçekleşirse yolcuların hareketlerine devam ederek direksiyon gibi sert zeminlere çarpmalarını engellemek içindir (Şekil 3.33).

Şekil 3.32 Otobüsteki yolcular

Şekil 3.33 Hava yastığı

Motorlu araçlarda bulunan hız sabitleyicilerle aracın sürati sabit tutulur. Hız sa-bitleyiciler, araca etki eden kuvvetlerin dengelenmesini sağlar.


95

Eylemsizlik yasası harekete ciddi bir sınırlandırma getirmektedir. Bir cisme net bir kuv-vet etki etmiyorsa, cisim eğer duruyorsa durmaya; hareket hâlindeyse sabit hızla hareke-tine devam eder. Sabit bir hızla hareketi düzgün doğrusal hareket olarak tanımlamıştık. Eğer bir cisim düzgün doğrusal hareket dışında bir hareket yapıyorsa o cisim üzerinde etki eden net kuvvet sıfırdan farklıdır.

Kuvvetin EtkisiNet kuvvetin sıfır olduğu durumları inceledik ve hareket eden cisimlerin hızının

değişmediğini gördük. Günlük yaşantımızda karşılaştığımız olaylarda net kuvvetin sıfır olduğu durumlar nadiren gözlemlenir. Genelde hareketli cisimler üzerinde net bir kuvvet vardır. Şimdi net kuvvetin cisimlerin hareketi üzerine etkisini araştıralım.

Problem Durumu

Bir cisme etki eden kuvvetin, cismin hareketi üzerine etkisi nasıldır?

Deneyin Yapılışı

Bağımsız değişkenin değiştirilmesi: Problem durumunun bağımsız değişkeni olan kuvveti sistematik bir şekilde değiştir-menin en basit yolu yer çekiminden faydalanmaktır. Bunun için şekilde gösterilen makaraya asılacak bir kütle yeterli olacaktır. Kütle üzerine, yer çe-kiminin etkisiyle bir kuvvet etki ede-cektir. Makaraya asılacak kütlenin mik-tarı artırıldıkça yer çekimi kuvveti de artacaktır. Böylece kuvveti sistematik

bir şekilde değiştirme imkânı elde ederek bu durumun hareketi nasıl etkilediği gözlem-lenebilecektir.

Bağımlı değişkenin ölçülmesi: Problem durumunun bağımlı değişkeni için hareket durumunu bilmemiz gerekir. Hareket durumunu tanımlayabilmek için sürenin ve bu süre içerisinde arabanın konumunda olan değişimin bilinmesi gerekir. Bu değerler ölçülebilirse aracın hızı ve ivmesi belirlenebilir. Arabanın hareket durumunu tanımlamak için gerekli olan süre, konum ve yer değiştirmeyi bir zaman kaydedici ve telem şeridi ile ölçebiliriz.

Kontrol değişkenleri: Deneye geçmeden önce düşünmemiz gereken bir diğer hu-sus ise kontrol altında tutulması (değişmemesi) gereken değişkenlerdir. Burada sorun oluşturabilecek en önemli değişken kuvvetin etki ettiği cismin kütlesidir. Çünkü kuvveti değiştirmek için oluşturacağımız deney düzeneğinde kütlelerden yararlanıyoruz (maka-raya asacağımız kütleler). Dolayısı ile kuvvetin etki ettiği kütle, arabanın ve astığımız küt-lenin toplamıdır.

Kuvvetin EtkisiETKİNLİK - 3

Hareket Yasaları

Zaman kaydedici bir şerit üzerine sabit zaman aralıkla-rında işaret koyan bir araçtır. Telem şeridi ise zaman kay-dedicilerde kullanılan kâğıt şerittir. Bir zaman kaydedi-ci çalıştırılarak telem şeridi çekilmeye başlanırsa telem şeridi üzerinde belirli aralık-larda noktalar oluşur. Telem şeridinde oluşan noktalar çekme esnasında oluşan ha-reket için konum, yer değiş-tirme ve zaman değerlerini verir.

Önemli!

96


O hâlde deney boyunca sabit tutulması gereken kütle bu toplam kütledir. Bunu yap-manın yolu ise arabanın üzerine farklı kütleler koyarak asacağımız kütleyi bu kütleler ara-sından seçmek olacaktır. Böylece makaraya astığımız her bir kütle için kuvveti değiştirmiş olurken, kuvvettin etki ettiği cismin toplam kütlesi değişmemiş olacaktır.

Araç gereçler

• Oyuncak araba, zaman kaydedici, telem şeridi

• Kütleler (40 g, 60 g, 80 g ve 100 g’lık)

• İp, sabit makara sistemi ve cetvel


1. Arabanın kütlesini ölçelim. Telem şeridini arabaya tutturalım.

2. 40 g, 60 g, 80 g ve 100 g’lık kütlelerin hepsini arabanın üzerine koyalım. Araba ve üzerindekilerin toplam kütlesini kaydedelim.

3. 40 g’lık kütleyi arabadan alıp makaranın ucundaki ipe asalım.

4. Zaman kaydediciyi çalıştırarak sistemi serbest bırakalım. Telem şeridi üzerinde aldığı-mız verileri inceleyelim.

5. 40 g’lık kütleyi sırasıyla 60 g, 80 g ve 100 g’lık kütlelerle yer değiştirerek 3. ve 4. mad-delerdeki işlemleri tekrar edelim.

Artık, elde ettiğimiz veriler üzerinden problem durumumuz için bir cevap oluştura-biliriz. Şu anda elimizde uyguladığımız her bir kuvvet için hareketle ilgili bilgilerin kayde-dildiği telem şeritleri bulunuyor. Bir başka deyişle kuvvet değiştikçe harekette neler oldu-ğunu telem şeritlerini karşılaştırarak görebiliriz. Deney sonucunda elde edeceğimiz telem şeritlerinden biri şekildeki gibi olacaktır.

Şeritteki noktalar zaman kaydedici tarafından eşit zaman aralıklarında işaretlenmiştir.

Noktalar arası uzaklık ise arabanın belirli zaman aralıklarındaki yer değiştirmelerini göstermektedir. Şerit üzerinde ölçeceğimiz yer değiştirmelerin geçen zamana oranı ise noktalar arasındaki hız büyüklüklerini verecektir.

Telem şeridini incelediğimiz zaman aracın aynı zaman dilimlerinde yaptığı yer değiş-tirmenin giderek arttığını görebiliyoruz. Bu, bize arabanın hızının giderek arttığını göste-riyor. Bir başka deyişle aracın ivmeli bir hareket yaptığını gösteriyor. İvmeyi, elde edeceği-miz hız değişiminin geçen zamana oranından elde edebiliriz.

Şimdi, aracı çeken farklı kuvvetler için elde ettiğimiz telem şeritlerini inceleyerek ara-banın ivmesini her bir kuvvet değeri için hesaplayabiliriz. Elde edeceğimiz değerleri tab-loya kaydedelim.

Daha hassas bir deney için sürtünme kuvvetlerinin de kontrol altında tutulması ge-rekir. Sürtünme kuvvetinin nasıl ölçülebileceğini biliyo-ruz. Arabanın yapısına göre sürtünme kuvveti artabilir ve deneyde makaraya astı-ğımız kütleler aracı hareket ettirmeye yetmeyebilir. Bu durumda deneyin amacına göre uygun kütle seçimi ya-pabilirsiniz.

Önemli!

97

Telem şeritlerinden elde edeceğimiz değerleri kullanarak yapacağımız hesaplar so-nunda açıkça göreceğiz ki uygulanan kuvvet arttıkça arabanın ivmesi de artacaktır. Çizi-lecek kuvvet-ivme grafiğinden bu ilişki daha iyi görülebilir. Çizilecek grafikten, arabanın ivmesi ile uygulanan kuvvetin doğru orantılı olduğu görülecektir.

Bir cisme uygulanan kuvvet arttıkça cismin ivmesinin de aynı oranda artmış olduğu-nu gördük. Fakat günlük hayatımızdan biliyoruz ki hareket durumunu etkileyen tek şey kuvvet değildir. Cisimlerin kütlesi de hareketle yakından ilişkilidir. Örneğin bir market ara-bası boşken çok rahat bir şekilde hareket ettirilebilirken, doldukça hareketi zorlaşmaya başlar. Şimdi ise az önce yaptığımız deneye benzer şekilde kütlenin hareket üzerine etki-sini araştıralım.

Kütle(kg)

Kuvvet(N)

İvme(m/s2)

Problem Durumu

Sabit bir kuvvet uygulandığında, cismin kütlesinin hareket durumuna etkisi nasıldır?

Bu problem durumu için de yukarıdaki deneyimize benzer bir düzeneği kullanabili-riz. Fakat bir önceki deneyde bağımsız değişken kuvvet iken, bu deneyde kütle olacaktır. Bu nedenle deney boyunca arabanın kütlesini sistematik bir şekilde arttırmamız gerekir. Kontrol değişkenimiz ise bu kez kuvvet olacaktır. Dolayısıyla arabaya uygulayacağımız kuvveti (makaraya asacağımız kütleyle oluşturacağımız kuvvet) deney boyunca sabit tut-malıyız.


1. Boş arabanın kütlesini ölçelim. Telem şeridini boş arabaya tutturalım.

2. 40 g’lık kütleyi masanın kenarından aşağıya doğru yönelmiş olan ipin ucuna asalım.

Kütlenin EtkisiETKİNLİK - 4

Hareket Yasaları

98


Kütle(kg)

Kuvvet(N)

İvme(m/s2)

3. Zaman kaydediciyi çalıştırarak sistemi serbest bırakalım ve telem şeridi üzerinde aldığımız verileri inceleyelim.

4. Sırasıyla arabaya, önce 60 g’lık sonra 80 g ve 100 g’lık kütleleri yerleştirerek 2. ve 3. maddelerdeki işlemleri tekrar edelim.

Deney sonrası, elimizde arabanın farklı kütleleri için hareketle ilgili bilgilerin kaydedildiği telem şeritleri bulunacaktır. Telem şeritlerinden faydalanarak her bir kütle değeri için hesaplayacağımız farklı ivme değerlerini tabloya kaydedelim. Bu değerler bize açıkça gösterecektir ki aynı kuvvet etkisi altındaki cisimlerin kütlesi arttıkça ivmesi azalmaktadır. Yani cismin ivmesi kütlesiyle ters orantılıdır.

Deneylerle ulaştığımız kuvvet, kütle ve ivme arasındaki bu ilişki Newton’un ikinci hareket yasası olarak adlandırılır ve aşağıdaki gibi tanımlanır.

Net bir kuvvet etkisi altında hareket eden bir cismin ivmesi uygulanan net kuvvetle doğru orantılı, kütlesiyle ise ters orantılıdır.

Bu tanım matematiksel olarak ivme=kuvvet / kütle olarak ifade edilir.

Kuvvet = Kütle ∙ İvme

F = m ∙ a

şeklinde gösterilir. Bu temel yasa bize net bir kuvvetin olduğu her yerde hızda bir değişim olduğunu söyler. Hız vektörel bir büyüklük olduğu için, net kuvvet cismin hızının büyüklü-ğünü değiştirebildiği gibi yönünü de değiştirebilir.

Aslında bu yasanın içerisinde eylemsizlik yasasının da saklı olduğunu görebiliriz. Bu yasanın matematiksel modeli olan F = m.a ya göre net kuvvetin sıfır olduğu durumda iv-menin de sıfır olması gerekir. İvmenin sıfır olması demek ise hızın değişmediği anlamına gelir. Yani cisim hareket durumunu korur.

99

Etki - Tepki KuvvetleriBir cisme etkiyen net kuvvetin cismin

hareketini nasıl etkilediğini inceledik. Fakat bu incelemelerimizde sadece kuvvetin uygulandığı cisme odaklandık. Acaba kuvveti uygulayanlar için neler söyleyebiliriz? Örneğin tekerlekli bir çalışma sandalyesinde otururken masayı ittiğimizi düşünelim (Şekil 3.34). Bir anda geriye doğru itildiğimizi fark ederiz. Oysaki yaptığımız tek eylem masayı iterek masaya bir kuvvet uygulamaktı.

Benzer şekilde yüzerken el ve ayaklarımızla suyu geriye doğru iterken kendimizin de ileriye doğ-ru itildiğini hissederiz (Şekil 3.35). Bu durumlardan, bir cisme bir kuvvet uyguladığımızda o cismin de bize ters yönde bir kuvvet uyguladığı sonucunu çı-karabiliriz. Kuvvetin uygulandığı bütün durumlarda, aynı sonuçları görürüz. Bu da bizi bir diğer hareket yasası olan Newton’un üçüncü yasasına götürür. Etki - tepki yasası olarak da bilinen bu yasa aşağıdaki gibi tanımlanır.

Bir cisim ikinci bir cisme kuvvet uyguladığı anda ikinci cisim de birinci cisme aynı büyüklükte ve zıt yönde bir kuvvet uygular.

Burada dikkat edilmesi gereken durum etki kuvveti ile tepki kuvvetinin farklı cisimler üzerinde olmasıdır.

Bu durumu Şekil 3.36’da görüldüğü gibi duvara hızla çarpan bir basketbol topu üze-rinde inceleyelim. Basketbol topu duvara çarptığı anda duvara bir kuvvet uygular. Fakat aynı anda duvar da basketbol topuna aynı büyüklükte fakat zıt yönde bir kuvvet uygular. Bu kuvvetin etkisiyle basketbol topu duvardan yansıyarak hareketine devam eder.

Şekil 3.34 Masayı iten çocuk

Şekil 3.36 Etki - tepki kuvvetleri

Şekil 3.35 Yüzerken uyguladığımız ve hissettiğimiz kuvvetler

Etki kuvveti(Topun duvara uyguladığı kuvvet)

Tepki kuvveti(Duvarın topa uyguladığı kuvvet)

Hareket Yasaları

100


Kuvvet kavramından bahsederken, bir kuvvetin uygulanabilmesi için her zaman te-masın gerekli olmadığını görmüştük. Etki - tepki yasası temas gerektirmeyen kuvvetler için de geçerlidir. Örneğin Şekil 3.37’deki gibi bir mıknatıs, bir çiviyi kendine doğru çekerken aynı zamanda çivi de mıknatısı aynı büyüklükte bir kuvvetle kendisine doğru çekmektedir. Benzer şekilde Dünya Ay’ı çekerken, Ay da Dünya’yı aynı büyüklükte bir kuvvetle kendisine doğru çekmektedir.

Etki-tepki yasasına göre kuvvetler çift hâlde bulunur. Kuvvet her zaman cisimlerin etkileşmesi sonucu ortaya çıkar. Bu nedenle, kuvvet çiftlerinden biri bir cisim üze-rindeyken diğeri ise diğer cisim üzerindedir. Bu kuvvetler eşit ve zıt yönlü olduğu için hangi kuvvetin etki hangi-sinin tepki kuvveti olduğunun bir önemi yoktur. Önemli olan, bir cismin başka bir cisme kuvvet uyguladığı anda diğer cismin de ona aynı büyüklükte ve zıt yönde kuvvet uygulamasıdır.

Etki-tepki yasası günlük hayatımızı inanılmaz bir şe-kilde kolaylaştırır. Kısaca söylemek gerekirse etki - tepki yasası olmasaydı durgun hâlden kendi kendimize hare-kete geçme imkânımız olmazdı (Şekil 3.38). Çünkü ikinci yasaya göre dışardan bir kuvvet uygulanmadığı müddet-çe hareket durumumuzu değiştirme imkânımız yoktur.

Bazı durumlarda etki ve tepki kuvvetlerinin birbirine eşit olmasına inanılması güç ola-bilir. Örneğin Şekil 3.39’daki gibi bir yetişkin ve küçük bir çocuğun bir iple birbirlerini çek-

tiklerini düşünelim. Etki - tepki yasasına göre ikisi de birbirlerine ancak eşit büyüklüklerde kuvvetler uygulayabilir. Benzer şekilde bir tırla bir bisikletin birbirlerini çektiklerini dü-şünelim. Tır ve bisiklet birbirlerine aynı bü-yüklükte kuvvetler uygular. İlk bakışta inanıl-ması güç olan bu durumu basit bir deneyle gözlemleyebiliriz.

Şekil 3.38 Tepki kuvveti sayesinde rahatlıkla harekete geçebiliyoruz.

Şekil 3.39 Kişilerin birbirlerini çekmesi

Şekil 3.37 Mıknatısın çiviyi çekmesi

101

Bu deney için iki dinamometre ve bir halat yeterli olacaktır. Dinamometreleri halatın uçlarına bağlayalım. Sınıfta farklı öğrenciler dinamometrelerden kuvvet değerlerini oku-yabilecek şekilde tutarak birbirlerini çeksinler. Dinamometreler öğrencilerin birbirlerine uyguladıkları kuvvetleri gösterecektir.

Şimdi dinamometrelerdeki değerleri okuyalım. Eğer dinamometrelerde bir sorun yoksa, aynı halatın iki ucunda kimin olduğundan bağımsız olarak, aynı değerleri okuyor olmalısınız. Bu da bize açıkça gösteriyor ki eğer iki cisim birbirlerine kuvvet uyguluyorsa bu kuvvetlerin büyüklükleri aynı olmak zorundadır. Etki-tepki yasasına göre bu durum her şart altında bu şekilde olmak zorundadır. Bir kamyonla bir otomobilin çarpışma durumunda da, bir yük gemisinin bir sandalı çekmesi durumunda da etki - tepki yasası aynı şekilde çalışır.

Kim Kime Ne Kadar Kuvvet Uygulayabilir?ETKİNLİK - 5

Etki - tepki yasasına göre, market arabasını iten bir kişi market arabasına ne kadar kuv-vet uyguluyorsa market arabası da ona aynı büyüklükte fakat zıt yönde bir kuvvet uy-gular. O hâlde nasıl oluyor da market arabası ileriye doğru hareket ederken, arabayı iten kişi geriye doğru hareket etmiyor?

TARTIŞMA - 2

Hareket Yasaları

102



1. Sabah evden okula gidip akşam eve tekrar döndüğümüz zamanki yer değiştirmeniz ve aldığınız yol arasındaki farkı açıklayınız.

2. Sabit hız ile yol alan bir otomobilin sürati de sabit midir? Açıklayınız.

3. Bir turistin İstanbul’dan Antalya’ya otobüsle, uçakla veya gemi ile gittiği varsayılıyor. Bu duruma göre her bir yolcu-luk için yer değiştirmenin büyüklüğünü karşılaştırınız.

4. Bir aracın yağ tıpası yeterince sıkılmadığı için yağ tıpasından eşit zaman aralıklarında yağ damlamaktadır. Araba şehirler arası düz bir yolda sabit hızla ilerlerken, hızlanırken ve yavaşlarken yağ damlaları arasındaki mesafeler nasıl olabilir? Çizerek açıklayınız.

5. İlk olarak, bir ucu duvara bağlı bir ipi bütün kuvvetinizle çektiğinizi düşünün. İkinci olarak da aynı ipin bir ucundan siz, diğer ucundan başka bir arkadaşınız olmak üzere, bütün kuvvetinizle ipi çektiğinizi düşünün. Her iki durumda da hareket etmediğiniz düşünüldüğünde ipteki gerilme kuvvetlerini karşılaştırınız?

6. Bir arabanın içinde araba hızlanırken geriye doğru, yavaşlarken ileriye doğru hareket ederiz. Bu durumun nedenini açıklayınız?

7. Bir buz pistinde durgun hâlde bulunan, aynı ağırlıktaki aynı tip buz pateni giymiş iki kişiden biri, diğerini ileriye doğru itmektedir. Bu durumda iten ve itilen kişilerin hareket durumlarını açıklayınız. Aynı durumu ağırlıkları farklı olan kişiler için de açıklayınız.

8. Valizini çekmek isteyen bir kişi için valizi harekete geçirmek, valizin hareketini devam ettirmekten daha zordur. Nedenini açıklayınız.

9. Aynı hızla aynı yönde hareket eden iki farklı araçtaki sürücülerin yol kenarında bekleyen bir kişiye göre ve bu sürü-cülerin birbirlerine göre hareket durumlarını açıklayınız.


103


1. İstanbul’un Ankara’ya göre haritadaki yeri ……………. vektörü ile gösterilir.

2. Hız sabitleyici devrede iken şehirler arası yolculuk yapan bir araç …………hızlı hareket yapar.

3. Durmak için frene basan bir araç ……………… hareket yapar.

4. Bir kamyonun hızlanırken kazanacağı ivme, taşıdığı yükün kütlesi ile ………. orantılı, motorun uyguladığı kuvvetle

……… orantılıdır.

5. Köpeklerin çektiği bir kızak, harekete geçinceye kadar ……….. sürtünme, harekete geçtikten sonra ………… sür-

tünme kuvvetinin etkisindedir.

6. Sürtünme kuvveti, sürtünen ……… bağlı iken, sürtünen ……… bağlı değildir.

7. Sürtünme ile duran bir arabaya etki eden net kuvvet, hareketi ile ……… yönlüdür.

8. Şehirler arası yolda hareket eden araç, eşit aralıklı aydınlatma ışıklarını eşit zaman aralıklarında geçiyorsa

…………….. hareket yapıyordur.

9. Bir okul çantasının ağırlığı………. bir büyüklüktür ve birimi ……. dır.

10. Sabit hızla düşen bir yağmur damlasının ivmesi ……. dır.

C. Aşağıda bazı etkileşimler verilmiş ve bu etkileşimlerin ne tür kuvvet olduğu, temas gerektirip gerektirmediği gibi çözümlemeler yapılmaya çalışılmıştır. Tablodaki eksik bırakılan bölümleri ta-mamlayınız.

Sorular

statikyüzeylerin alanlarına

sabit vektörel hız ters

yüzeylerin cinsine konum düzgün doğrusal doğru skaler kinetik

newton aynı ivmeli kilogram süratli sıfır

Etkileşim Temas Gerektirir. Temas Gerektirmez.

Elmanın yere düşmesi

Mıknatısların etkileşimi

Saçımızı tararken tarağın saçımızı çekmesi

El arabasının itilmesi

Havaya atılan topun yere düşmesi

Silginin itilmesi ve çekilmesi

Mıknatısın demir tozlarını çekmesi

Pusulanın iğnesinin dönmesi

Rüzgârın rüzgârgülünü döndürmesi

104


D. Aşağıdaki soruların doğru cevaplarını işa-retleyiniz.

1. Bir araç Ankara’dan İstanbul’a 500 km yol alarak 5 sa-atte ulaşıyor. Bu sürede aracın yer değiştirmesi 300 km olarak belirleniyor. Buna göre aracın sürati kaç km/h’tir?

A) 40 B) 60 C) 80 D) 100 E) 160

2. Bir araç Trabzon’dan Samsun’a 320 km yol alarak 4 sa-atte ulaşıyor. Bu sürede aracın yer değiştirmesi 280 km olarak belirleniyor. Buna göre aracın hızının büyüklüğü kaç km/h’tir?

A) 50 B) 60 C) 70 D) 80 E) 90

3.

Doğrusal bir yolda batıya doğru hareket eden bir kam-yonun konum-zaman grafiği şekildeki gibidir. Buna göre,I. Kamyonun 3. saniyedeki konumu 15 metredir.II. Kamyon 4. saniyede doğuya doğru hareket etme-

ye başlamıştır.III. Kamyonun 5. saniyedeki hızının büyüklüğü 10

m/s’dir.ifadelerinden hangileri doğrudur?

A) Yalnız I B) I ve II C) II ve III

D) I ve III E) I, II ve III

4. 50 m/s sabit hızla gitmekte olan bir araçtaki sürücü yol kenarındaki radar levhasını görünce frene basarak hızını 10 saniyede 30 m/s’ ye kadar düşürüyor. Aracın ivmesi kaç m/s2 dir? A) -2 B) -5 C) 2 D) 3 E) 5

5.

Düz bir yolda aynı noktadan hareket eden bir bisikletli ile kamyonun hız-zaman grafiği şekildeki gibidir. Buna göre 3 s sonra araçlar arasındaki uzaklık kaç metre olur?A) 30 B) 60 C) 90 D) 120 E) 150

6. Doğrusal bir yolda 10 m/s ve 30 m/s sabit hızlarla aynı noktadan ve aynı yönde harekete başlayan iki araç ara-sındaki uzaklık 20 s sonra kaç metre olur?A) 200 B) 400 C) 600 D) 800 E) 1000

7. Aşağıda verilenlerden hangisi vektörel bir büyüklük değildir?A) Hız B) İvme C) Konum D) Sürat E) Ağırlık

8. Uçak gemilerinde uçakların gemiye çok hızlı iniş ve uçaktan çok hızlı kalkış yapabilmeleri için özel sistem-ler kullanılır. Bu uçaklardan bir tanesinin piste ilk temas ettiği andaki hızı 360 km/h olduğuna göre 4 saniyede pistte durabilmesi için gemideki özel sistemin uçağa sağlaması gerektiği ivmenin büyüklüğü kaç m/s2 dir?A) 90 B) 75 C) 25 D) 2,5 E)1,5

Konum (m)

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6

Hız (m/s)

Bisiklet

Kamyon

0

-10

10

20

1 2 3

105

9. İvme ile ilgili olarak,I. Vektörel bir büyüklüktür.II. Doğrusal hareket yapan cismin ivmesi sıfırdır.III. Birimi m/s2 dir.

yargılarından hangileri kesinlikle doğrudur?

A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III

10. Aşağıda verilen hareketlerden hangileri ivmelidir?I. Pistten kalkmak için hızlanan uçakII. Kırmızı ışıkta durmak için yavaşlayan otobüsIII. Düz bir rayda sabit hızla giden tren

A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III

11.

Düz bir yolda aynı noktadan hareket eden bir bisikletli ile kamyonun hız-zaman grafiği şekildeki gibidir.Buna göre, I. Araçlar zıt yönde hareket etmiştir.II. Araçlar birbirine yaklaşmıştır.III. Araçlar arasındaki uzaklık artmıştır. ifadelerinden hangileri doğrudur?A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I ve III

12. Aşağıda verilen büyüklükler ile birimleri hangisinde doğru eşleştirilmiştir?A) İvme - metre/saniyeB) Konum - metreC) Yer değiştirme - metre. saniyeD) Hız – metre/saniye2

E) Sürat - kilometre

13. Kuvvetin özellikleriyle ilgili olarak aşağıda verilen ifa-delerden hangileri doğrudur?I. Kuvvet, hareket eden cisimlerin yönünü değiştirebilir. II. Cisme etki etmesi gereken bir kuvvet mutlaka cisme temas etmelidir. III. Bazen dengelenmiş bazense dengelenmemiş şekilde görülebilirler.IV. Bir cisme kuvvet uygulandığında mutlaka harekete geçer.V. Kuvvet cisimlerde bazen şekil değişikliğine yol açabilir.A) I, II ve III B) I, III ve V C) I, II, III ve V D) II, III, IV ve V E) I, II, III, IV ve V

14. Sürtünme kuvvetini etkileyen değişkenleri belirlemek için aşağıdaki deney düzenekleri tasarlanmıştır.

1. düzenek

2. düzenek

3. düzenek

4. düzenek

Buna göre, I. 1. ve 2. düzenekler sürtünen yüzeyin alanının sürtün-me kuvvetine etkisini araştırmak için tasarlanmıştır. II. 1. ve 4. düzenekler kütlenin sürtünme kuvvetine et-kisini araştırmak için tasarlanmıştır. III. 1. ve 3. düzenekler yüzeyin cinsinin sürtünme kuv-vetine etkisini araştırmak için tasarlanmıştır. ifadelerinden hangileri doğrudur?A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III

Sorular

Hız (m/s)

Bisiklet

Kamyon

0

-10

10

20

1 2 3

Tahta

Tahta

Beton

Tahta

106

Fizik 4. Ünite Enerji9.Sınıf

EnerjiÜnite 4Neden Öğreneceğiz?Fizik bilimi açısından enerji, gerek evreni anlamak gerekse günlük hayatta karşılaştığımız birçok olayı açıklamak için kullanılan en önemli kavramlardan biridir. Günlük hayatımızın her anında (arabayı hareket ettirirken, odamızı aydınlatırken, ısınırken ve hatta uyurken bile) enerjiye ihtiyaç duyarız. Günümüz dünyasının en önemli problemlerinden biri enerjinin üretilmesinde ve kullanılmasında verimliliğin artırılmasıdır.

Neler Öğreneceğiz?Bu ünitede enerji, iş, güç ve verim kavramları birbirleri ile ilişkilendirilerek çevremizdeki cisimlerin davranışları incelenecektir. Enerjinin korunumundan yola çıkılarak cisimlerin hareketleri ile ilgili çıkarımlarda bulunulacaktır. Farklı enerji kaynakları tanıtılacak ve enerjinin tasarruflu kullanım yolları tartışılacaktır.

107

Anahtar Kavramlar

İşEnerji GüçEnerjinin KorunumuEnerjinin Aktarımı ve DönüşümüVerimEnerji Kaynakları

Enerji Kaynakları

İş, Enerji ve Güç

Enerjinin Korunumu

108


v

İnsanlar tarih boyunca çeşitli işleri yapabilmek için gereken kuvveti sağlamanın yollarını aramışlardır. İlk zamanlar insanların ve evcil hayvanların kuvvetinden yararlanılırken, sonrasında suyun ve rüzgârın kuvvetinden faydalanılmıştır. Teknolojinin gelişimiyle birlikte kömür, petrol ve doğal gaz gibi yakıtlarla çalışan makineler icat edilmiştir. Günlük yaşamda iş, enerji ve güç çoğu zaman birbirlerinin yerine kullanılır. Bu bölümde öncelikle iş, enerji ve güç kavramlarına yüklenen anlamlar netleştirilecek ve bu kavramların günlük yaşantımızdaki rolleri incelenecektir.


1. BÖLÜM

109

v

İş Nedir? Günlük yaşamda iş kavramını farklı durumları ifade etmek için kullanırız. Ancak

fizikteki anlamıyla iş, bir cisme etki eden kuvvetin o cismi etki doğrultusunda hareket ettirmesidir. Yapılan işin matematiksel modeli aşağıdaki gibi ifade edilir.

İş skaler bir büyüklüktür ve birimi joule’dür.

1 joule = 1 newton ∙ 1 metre

1 J = 1Nm

Şekil 4.1’de görüldüğü gibi, bir market arabasını itip hareket ettirebilirseniz iş yapmış olursunuz. Çünkü market arabasını iterek bir kuvvet uygular ve bu doğrultuda hareket ettirirsiniz.

Şekil 4.1 Market arabasının itilmesi

Şekil 4.2’de görüldüğü gibi, eğer bir kutuyu yerden kaldırırsanız yine iş yapmış olursunuz. Çünkü kutuya bir kuvvet uygular (yukarı doğru kaldırır) ve kutuyu kuvvet uyguladığınız doğrultuda hareket ettirirsiniz.

Şekil 4.2 Bir kutunun yerden kaldırılması

İş = Kuvvet ∙ Kuvvet doğrultusunda yer değiştirme

W = F ∙ Δx

h


Eğer hareketin doğrultusu ve uygulanan kuvvetin yönü birbirine dik ise iş yapılmaz.

Önemli!

110


Şimdi, yapılan işi bir örnek üzerinden inceleyelim. Bunun için bir öğrencinin, kaykayın üstüne oturmuş arkadaşını 100 N‘luk bir kuvvet uygulayarak ittiğini dü-şünelim (Şekil 4.3). Uygulanan kuvvet yönünde 4 m bo-yunca hareket ettirmesi durumunda yapılan işi hesapla-yalım.

Bu örnekte, uygulanan kuvvet ile kaykayın hareket yönü aynı doğrultuda olduğun-dan iş yapılmıştır. Öyleyse, yapılan işi matematiksel modelini kullanarak hesaplayalım.

W = F ∙ Δx

W = 100 N ∙ 4 m = 400 J

Enerji Nedir?Enerji yaşamımızın her alanında bir şekilde karşımıza çıkar. Evlerimizde çamaşır

makinesi için kullandığımız elektrik ve arabaları çalıştırmak için kullandığımız yakıt birer enerji kaynağıdır. Ayrıca yaşamımıza devam edebilmemiz için gereken besinler ya da evlerimizi ısıtmak için kullandığımız odun, kömür veya doğal gaz da birer enerji kaynağıdır. Bütün fiziksel olayları kapsayacak bir enerji tanımı yapmak zordur. Enerji “iş yapabilme”, “ısıtabilme” ya da “aydınlatabilme” yeteneği olabilir.

Bu bölümde ağırlıklı olarak enerjinin “iş yapabilme yeteneği” ile ilgileneceğiz. Enerji iki durumda “iş yapabilme yeteneği” olarak karşımıza çıkar. Bu durumların biri cisimlerin hareketleri, diğeri ise konumları ile ilgilidir.

Hareketin Enerjisi: Kinetik EnerjiCisimlerin hareketlerinden dolayı enerjiye sahip oldukları söylenebilir mi? Eğer

hareket eden bir cisim iş yapabiliyorsa hareket eden cismin enerjisi vardır diyebiliriz. Bu durumu bir düşünce deneyiyle inceleyelim.

Bir oyuncak araba ve bir tahta blok düşünelim. Eğer araba hareket ederken tahta bloğa çar-parsa kuvvet uygular ve bloğu kuvvet doğrultusunda hareket ettirebilir. Dolayısıyla oyuncak araba tahta blok üzerinde iş yapabilir. Öyleyse hareket eden cisimlerin enerjisi vardır ve bu enerjiye kinetik enerji (KE) denir.

Evrende enerji, mekanik enerjinin dışındaki biçimler-de de bulunabilir. Örneğin nükleer enerji atom çekirde-ğinde depolanan enerjidir. Işınım enerjisi ışıkta ve diğer elektromanyetik dalgalarda-ki enerjidir.

Yapılan iş negatif olur mu?Eğer hareket eden bir cis-min hareket yönünün ter-sinde kuvvet uygulanırsa negatif iş yapılmış olur. İşin eksi değer alması cismin enerjisinin azaldığı anlamı-na gelir.

?Şekil 4.3 Kaykayın itilmesi

Önemli!

Düşünce Deneyi

111

Hareket Eden Bir Cismin Enerjisi Nelere Bağlıdır?

Örneğin bir oyuncak araba 10 m/s hızla giderken önünde duran bir tahta bloğa çarparsa bloğu belirli bir mesafe sürükledikten sonra durur. Aynı araba, aynı tahta bloğa 50 m/s hızla çarptığında tahta bloğu daha uzağa sürükler. Tahta bloğun daha uzağa sürüklenmesi, daha fazla iş yapılması anlamına gelir. Buradan, arabanın daha fazla enerjiye sahip olduğu, yani hızı arttıkça kinetik enerjisinin arttığı sonucunu çıkarabiliriz.

Peki, aynı hızla giden bir araba mı yoksa bir kamyon mu çarptığı tahta bloğu daha uzağa sürükler? Elbette, kamyon daha uzağa sürükler.

Bu düşünce deneyinden elde ettiğimiz bilgilerle aşağıdaki sonuçlara varabiliriz :

• Hareket eden tüm cisimlerin kinetik enerjisi vardır.

• Kinetik enerji cisimlerin hızlarıyla ve kütleleriyle ilişkilidir.

Aslında, bu deneyleri gerçekten hassas bir şekilde yapabilseydik kinetik enerjinin cis-min kütlesiyle ve hızının karesiyle doğru orantılı olduğunu görürdük. Cismin kütlesi m ve hızı v olmak üzere; kinetik enerjinin matematiksel modeli aşağıdaki gibidir:

KE2

1mv

2�


112


Bir sporcunun kaykay ile giderken hızı 2 m/s olarak ölçülüyor. Sporcunun kaykay ile birlikte toplam kütlesi 50 kg olduğuna göre kinetik enerjisi ne kadardır?

Çözüm

Sporcunun kinetik enerjisini, kinetik enerjinin matematiksel modelini kullanarak hesaplayabiliriz. Kaykayın kütlesi m = 50 kg ve hızı v = 2 m/s olduğuna göre sporcunun kaykay ile birlik-

te kinetik enerjisi,

KE2

1mv

2� =

2

1 ∙ 50 kg ∙ ( 2 m/s)2

KE = 100 kgm2/s2 = 100 J’dür.

Örnek 1

Bir yarış arabasının kütlesi, içindeki sürücüyle birlikte 2000 kg’dır. Bu araba (a) 20 m/s ve (b) 40 m/s hızla giderken kinetik enerji değerleri ne kadardır? (c) Hızı iki katına çıkınca arabanın kinetik enerjisi kaç katına çıkar?

Örnek 2

Çözüma) Arabanın sürücüyle birlikte kütlesi m = 2000 kg ve hızı v = 20 m/s olduğuna göre,

KE2

1mv

2� =

2

1 ∙ 2000 kg ∙ (20 m/s)2

KE = 400000 J

b) Arabanın kütlesi m = 2000 kg ve hızı v = 40 m/s’dir.

KE2

1mv

2� =

2

1 ∙ 2000 kg ∙ (40 m/s)2

KE = 1600000 J

c) 1600000 J/400000 J = 4Hızı iki katına çıkınca arabanın kinetik enerjisi dört katına çıkar.

113

Kütle Çekim Potansiyel EnerjisiCisimlerin konumundan dolayı enerjiye sahip oldukları

söylenebilir mi? Eğer konumundan dolayı bir cisim iş yapabiliyorsa bu cismin enerjisi de vardır, diyebiliriz. Bunu bir örnekle gösterelim.

Metro, otoyol ya da liman inşaatlarında, yapıyı inşa etme-den önce, uzun ve dayanıklı kazıkların zemine çakılması gerekir. Bunun için Şekil 4.4’te görülen şahmerdan denen bir makine kullanılır. Şahmerdan aslında devasa bir çekiç gibidir. Bir ağırlık önce yukarı kaldırılır sonra çakılacak olan kazığın üstüne serbest bırakılır. Şahmerdan düştüğünde kazığa bir kuvvet uygular ve kazığı toprağa saplar. Bu durumda şahmerdan kazığın üzerinde iş yapmış olur. Öyleyse şahmerdanın konumundan (yerden yük-

sekliğinden) dolayı sahip olduğu bir enerjisi vardır diyebiliriz. Bu enerjinin kaynağı Dünya ile şahmerdan arasındaki kütle çekim kuvvetidir. Şahmerdanın yere düşmesini Dünya’nın kütle çekimi sağlar. Yükseklikten (konumdan) kaynaklanan bu tür enerjiye kütle çekim potansiyel enerjisi denir.

Peki, kütle çekim potansiyel enerjisi hangi değişkenlere bağlıdır? Bunu bir deney ile araştıralım.

Potansiyel enerjinin birçok çeşidi vardır. Bunların yalnızca bir tanesi kütle çekim po-tansiyel enerjisidir.

Şekil 4.4 Şahmerdan

Araç gereçler

• Cetvel

• Dart oku

• Strafor

• Oyun hamuru

• Dinamometre

Araştırma sorusu 1

Aynı dart okunu farklı yüksekliklerden straforun üstünde serbest bırakırsak dart okunun saplandığı derinlik nasıl değişir?

Dart Oku ile KeşifETKİNLİK - 1

Dart oklarının sivri uçlarına dikkat ediniz.


114


Değişkenler

Bağımsız değişken .......................................

Bağımlı değişken ..........................................

Kontrol değişkeni ........................................


1. Bir cetvel kullanarak dart okunu 20 cm yükseklikten straforun üstüne bırakın.

2. Sonra dart okunun saplandığı derinliği ölçün ve tabloya kaydedin. Aynı ölçüm işlemi-ni aynı yükseklik için iki kez daha tekrar edin. Üç kez ölçüm aldıktan sonra, bu üç ölçümün ortalamasını hesaplayın ve tabloya kaydedin.

3. İkinci basamakta yaptığınız ölçümleri sırasıyla 30 cm, 40 cm, 50 cm ve 60 cm yüksek-likler için tekrar edin.

4. Yükseklik ve saplanma derinliğinin grafiğini çizin.

Sonuca ulaşalım

Çizdiğiniz grafiği yorumlayın. Araştırma sorunuza nasıl bir cevap buldunuz?

Yükseklik(cm)

Derinlik (cm)(1. Ölçüm)



OrtalamaDerinlik

(cm)

20

30

40

50

60

Şahmerdanda kazıkları çak-mak için yapılan iş, çekicin uyguladığı kuvvet ile kazı-ğın toprağa saplanma de-rinliğinin çarpımıdır. İşte bu nedenle kütle çekim potan-siyel enerjisini dart okunun saplanma derinliğiyle ilişki-lendirebiliriz. Enerjisi daha fazla olan okun daha derine saplanmasını bekleriz.

Önemli!

115

Araştırma sorusu 2

Farklı ağırlıktaki dart oklarını aynı yük-seklikten bırakırsak strafora saplanma derinliği nasıl değişir?

Değişkenler

Bağımsız değişken .......................................Bağımlı değişken ............................................. .

Kontrol değişkenleri ........................................


1. İlk dart okunu, oyun hamuru kullanmadan, 50 cm yükseklikten straforun üstüne bırakın. Sonra dart okunun saplandığı derinliği ölçün ve tabloya kaydedin. Aynı ölçüm işlemini aynı dart oku için iki kez daha tekrar edin. Üç kez ölçüm aldıktan sonra, bu üç ölçümün ortalamasını hesaplayın ve tabloya kaydedin.

2. Birinci basamakta yaptığınız ölçümleri dart okunun ağırlığını değiştirerek tekrar edin. Dart okunun ağırlığını değiştirmek için oyun hamuru kullanın.

3. Ağırlık ve saplanma derinliğinin grafiğini çizin.

Sonuca ulaşalım

Çizdiğiniz grafiği yorumlayın. Araştırma sorunuza nasıl bir cevap buldunuz?

Dart okunun

ağırlığı (N)




OrtalamaDerinlik

(cm)


116


Elde ettiğimiz veriler incelendiğinde potansiyel enerjinin, ağırlık ve yükseklikle doğ-ru orantılı olduğu görülür. Potansiyel enerjinin matematiksel modeli aşağıdaki gibidir:

Kütle çekim potansiyel enerjisi = Ağırlık ∙ Yerden yükseklik

PE=G ∙ h = m ∙ g ∙ h

m: cismin kütlesi g: kütle çekimi ivmesi = 10 m/s2

h: yerden yükseklik

Şimdi bu modeli kullanarak, 20 m yükseklikte uçan 1,5 kg kütleli bir maket uçağın kütle çekim potansiyel enerjisini hesaplayalım.

PE = m ∙ g ∙ hPE = 1,5 kg ∙ 10 m/s2 ∙ 20 m = 300 J

Şimdi de 3 kg kütleli bir çantaya 60 J kütle çekim potansiyel enerjisi kazandırmak için çantayı kaç metre yüksekliğe çıkarmamız gerektiğini hesaplayalım.

PE = m ∙ g ∙ h 60J = 3 kg ∙ 10 m/s2 ∙ hh= 2 m olarak bulunur.

Mekanik EnerjiŞu ana kadar kinetik enerjiyi ve kütle çekim potansiyel enerjisini ayrı ayrı inceledik.

Oysa günlük hayatta, birçok cisim kütle çekim potansiyel enerjisine ve kinetik enerjiye aynı anda sahip olabilir. Mekanik enerji bir cismin hareketinden kaynaklanan kinetik enerjisiyle konumundan kaynaklanan kütle çekim potansiyel enerjisinin toplamıdır. Mekanik enerjinin matematiksel modeli aşağıdaki gibi gösterilir:

ME = KE + PE

Bu modeli kullanarak, kütlesi 1,5 kg ve yerden 20 m yükseklikte 10 m/s hızla uçan bir

maket uçağın mekanik enerjisini hesaplayalım.

ME = KE + PE

Öyleyse kinetik enerjiyi ve potansiyel enerjiyi ayrı ayrı hesaplayıp, sonra toplarsak me-

kanik enerjiyi bulmuş oluruz. Uçağın kütlesini (m = 1,5 kg) ve hızını ( v = 10 m/s) biliyoruz.

Kinetik enerjisini hesaplamak için de yalnızca bunları bilmemiz yeterlidir.

Potansiyel enerji bir cismin bulunduğu yerden (konu-mundan) kaynaklanan ener-jisidir. Bir cismin potansiyel enerjisinin olabilmesi için üzerine etki eden bir kuvvet olması gerekir. Bu bölümde kuvvet Dünya’nın cisim üze-rinde uyguladığı kütle çeki-mi kuvvetidir. Bu nedenle, kütle çekim potansiyel ener-jisi ifadesi kullanılmaktadır.

Önemli!

117

KE = 2

1 mv2 = 2

1 ∙ 1,5 kg ∙ (10m/s)2

KE = 75 J

Şimdi de kütle çekim potansiyel enerjisini hesaplayalım. Bunun için de cismin ağırlı-ğını ve yerden yüksekliğini bilmemiz yeterlidir.

PE = m ∙ g ∙ h

PE = 1,5 kg ∙ 10 m/s2 ∙ 20 m = 300 J

Buna göre maket uçağın mekanik enerjisi,

ME = KE + PE ME = 75 J + 300 J = 375 J’dür.

İş ve Enerji İlişkisiEnerjiyi tanımlarken enerjinin iş yapabilme yeteneği olduğunu gördük. Bir cisim

üzerinde iş yapılması ile, uygulanan kuvvet aracılığıyla o cismin enerjisi değiştirilir. Sürtünmenin olmadığı durumlar için cismin sadece kinetik veya potansiyel enerjisinde bir değişme olur.

Örneğin bir market arabasını iterek, üzerinde bir iş yaparsak market arabası hız kaza-nacak ve kinetik enerjisi artacaktır. Benzer şekilde bir koliyi yerden alıp belirli bir yüksekli-ğe kaldırırsak yapacağımız işle kolinin potansiyel enerjisi artacaktır. Şimdi bu değişimleri ayrıntılı olarak inceleyelim.

a) Kinetik Enerjideki DeğişimEğer bir cismin kütle çekim potansiyel enerjisi değişmeden üzerinde iş yapılırsa

kinetik enerjisi değişir. Cismin hızı, cisme kuvvet uygulandığı için değişmiştir. Bu durumda bir cismin üzerinde yapılan iş, cismin kinetik enerjisindeki değişime eşit olur ve aşağıdaki gibi gösterilir :

W= ΔKE = KEson - KEilk


Bir cisim üzerinde iş yaparak cismin potansiyel ve kinetik enerjisini eş zamanlı olarak artırmak mümkündür.

Önemli!

118


Şimdi kinetik enerji değişimi ile iş arasın-daki ilişkiyi bir örnek ile inceleyelim. Kaykay ile birlikte kütlesi 70 kg olan bir öğrenci dur-gun hâlden 4 m/s’lik hıza ulaşıncaya kadar arkadaşı tarafından itilmiş ve sonra bırakılmış-tır (Şekil 4.5). Bu durumda kaykay ve üzerinde oturan çocuk üzerine yapılan işi hesaplayalım.

Çocuk tarafından uygulanan kuvveti bilmediğimiz için,

İş = Kuvvet ∙ Kuvvet doğrultusundaki yer değiştirme

matematiksel modelini kullanamayız. Öyleyse kinetik enerjideki değişimden, kaykay ve üstündeki öğrenciye ne kadar iş yapıldığını hesaplayabiliriz.

İlk kinetik enerji,

KE2

1mv

ilk

2

ilk�

2

170kg (0 / )m s

2� : :

KEilk = 0

Son kinetik enerji,

KE2

1mv

son

2

son�

2

170kg (4 / )m s

2� : :

KEson = 560 J

Kinetik enerjideki değişim,

ΔKE = KEson - KEilk = 560 J – 0 J = 560 JW = ΔKE = 560 J olarak bulunur.

Aslında, bu iş sadece kaykayı iten öğrenci tarafından yapılan iş değildir. Çünkü kaykay ve üzerindeki öğrenciye iş yapan iki kuvvet vardır. Bunlardan biri iten öğrenci tarafından uygula-nan kuvvet, diğeri de sürtünme kuvvetidir. Burada, hesaplanan ve 560 J olarak bulunan iş net kuvvetin yaptığı iştir. Yani bu iş, iten öğrenci tarafından yapılan iş ile sürtünme kuvveti tarafın-dan yapılan işlerin toplamıdır. Sürtünme kuvveti tarafından yapılan iş negatiftir.

Şekil 4.5 Kaykay ile itilen çocuk

119

b) Potansiyel Enerjideki DeğişimBir cismin kinetik enerjisi değişmeden üzerinde iş yapılırsa yalnızca kütle çekim

potansiyel enerjisi değişir. Bu durumda bir cismin üzerinde yapılan iş, cismin potansiyel enerjisindeki değişime eşit olur ve aşağıdaki gibi gösterilir.

W= ΔPE = PEson - PEilk

Şimdi potansiyel enerji değişimi ile iş arasındaki ilişkiyi bir örnek ile inceleyelim. Bir vincin, kütlesi 2000 kg olan bir beton bloğu yerden 5 m yüksekliğe kaldırması için yaptığı işi hesaplayalım (Şekil 4.6).

Potansiyel enerjinin matematiksel modelinin PE = G.h olduğunu hatırlayalım.

Potansiyel enerjideki değişim, ΔPE = PEson - PEilk

PEilk = Ghilk

PEilk = 0 (hilk = 0 olduğu için)

PEson = Ghson

PEson=m.g.hson

PE 20000N 5m 100000 Json� �:

ΔPE = 100000 J – 0 J = 100000 JW= ΔPE

W = 100000 J olarak bulunur.

c) Mekanik Enerjinin DeğişimiBir cismin üzerinde iş yapılırsa bu cismin hem kinetik hem de potansiyel enerjisi aynı

anda değişebilir. Bir cismi kaldırırken cismin hem yüksekliğini hem de hızını artırırsak aynı anda kinetik ve potansiyel enerjisini artırmış oluruz. Örneğin bir vinç, bir cismi artan bir hızla kaldırırken cismin hem yüksekliğini hem de hızını artırır. Bu durumda vincin yaptığı iş, kinetik ve potansiyel enerjinin her ikisindeki değişimin toplamı olur.

W= ΔKE + ΔPE W= ΔME

Şekil 4.6 Beton bloğu taşıyan vinç


120


Enerji Aktarımının Yönü ve Yapılan İşİş pozitif ya da negatif olabilir. Bir cismin hareketiyle aynı yönde bir kuvvet uygulanırsa

o cismin üzerinde pozitif iş, zıt yönde kuvvet uygulanırsa negatif iş yapılmış olur. Bir cisim üzerinde pozitif iş yapılmışsa o cismin enerjisi artar; negatif iş yapılmışsa enerjisi azalır. Örneğin bir arabanın gaz pedalına basılırsa pozitif iş yapılarak aracın kinetik enerjisi artırılır. Hareket hâlindeki bir aracın fren pedalına basılırsa negatif iş yapılarak kinetik enerjisi azaltılır.

10 m/s hızla giden 1500 kg kütleli bir aracın fren pedalına basılıyor ve araç 10 m mesafe-de duruyor. Bu aracın durması için yapılan iş ve uygulanan net kuvvet ne kadardır?

Çözüm

Yapılan iş,

KE2

1mv

ilk ilk

2�

2

1kg ( )/m s101500 2

� : :

KEilk = 75000 J

KE2

1mv

son

2

son�

2

1kg ( )/m s01500 2

� : :

KEson = 0 J

W = ΔKE = KEson – KEilk = 0 – 75000 J

W = – 75000 J

olarak bulunur. Görüldüğü gibi, aracın kinetik enerjisi azaldığı için yapılan iş negatiftir. Bu işi ne kadarlık bir kuvvetin yaptığını hesaplamak için işin matematiksel modeli kullanılır .

Yapılan iş,

W = F ∙ Δx

Fx

W

mJ

1075000

�D=-

F = –7500 N

olarak bulunur. Bu değerin negatif olması, kuvvetin yönünün hareketin yönüne zıt olduğunu gösterir.

Güç Nedir?Güç, ne kadar hızlı iş yapılabildiğinin ya da enerjinin ne kadar hızlı aktarılabildiğinin

bir göstergesidir.

Örneğin marketten aldıklarımızı ikinci kattaki evimize taşımak için yapacağımız iş, torbanın ağırlığı ile ikinci kat yüksekliğinin çarpımıdır. Fakat torbayı taşırken merdivenleri yavaş ya da hızlı çıkabiliriz. Hızlı çıkarsak gereken işi daha kısa sürede, yavaş çıkarsak aynı işi daha uzun sürede yaparız. Güç yapılan bir işin, ya da aktarılan enerjinin, dönüştürülen enerjinin ne kadar sürede gereçekleştirildiğinin bir göstergesidir ve matematiksel olarak

1 Beygirgücü = 746 wattBuharlı makinelerin ilk kez yapıldığı1870’li yıllarda in-sanlara buhar makinelerinin gücünü anlatabilmek için mühendis ve fizikçi James Watt herkesin iyi bildiği bir gücü seçmiş ve kullanmıştır. Bu güç, bir atın gücüdür. Ja-mes Watt buna buhar beygi-ri adını vermiştir. Bir atın bir saatte yaptığı işi hesaplamış ve bunu buharlı makinele-rin gücüyle eşleştirmiştir. Böylelikle buharlı makineleri satarken müşterilerinin daha rahat kıyaslama yapabilme-leri mümkündü. Günümüz-de de beygir gücü otomo-bil ve elektrik motorlarının güçlerinin ifade edilmesi için kullanılır.


Örnek 3

121

GüçGeçen sür

Yapılan is

Geçen süre

Aktarılan enerji

e� �

Geçen süre

Dönüstürülen enerji�

P = t

W

D ya da P

tE

DD

=

şeklinde ifade edilir. Gücün birimi watt olup W ile gösterilir.

Şimdi, güçle ilgili bir örneği inceleyelim. Şekil 4.7 ‘deki 90 N ağırlığındaki bir çantayı 3 m yükseklikte olan birinci kata taşımak isteyen bir kişi bu çantayı 15 s’de taşırsa sadece çantayı taşımak için gerekli olan güç ne olur? Aynı çantayı 30 s’de taşırsa güç ne olur?

Gücü hesaplamak için gücün tanımını yani matematiksel modelini kullanabiliriz:

P = t

WD

Öyleyse önce yapılan işi bulalım.W = F ∙ Δx

W = 90 N ∙ 3 m = 270 J

Geçen süre 15 saniye olduğuna göre gereken güç,

P15s

270 J18W� � olarak bulunur.

Aynı çanta, aynı yüksekliğe 30 saniyede de taşınırsa yapılan iş aynı olacaktır. Bu durumda gerekli olan güç:

P = 30s

270 J = 9 W

olarak bulunur.

Görüldüğü gibi, aynı işi yapmak için harcanan zaman iki katına çıktığında gerekli olan güç yarıya düşmüştür.

Güç sadece canlılarla ilişkili bir kavram değildir. Örneğin bir yarış arabasının sıradan bir arabadan farkı, kinetik enerjisini daha kısa sürede artırabilmesidir. Yarış arabaları 100 km/h hıza 5 saniye civarında ulaşabilirken, sıradan arabalar aynı hıza 15 saniye civarında ulaşabilir. Bu durum arabanın gücünün bir göstergesidir.

Şekil 4.7 Merdiven çıkarkenyapılan iş


122


Tablo 4.1’de iki arabanın 100 km/h hıza ulaşma bilgileri verilmiştir. Bu iki arabanın güçlerini hesaplayalım.

Araba0 km/h hızdan 100 km/h

hıza ulaşma süresi (s)Motorun arabaya

aktardığı enerji (kJ)

15 1560

5 1560

Gücün tanımının aktarılan enerjinin geçen süreye oranı olduğunu hatırlayalım.

P = t

E

DD

Birinci araba için aktarılan enerji,

Aktarılan enerji = 1560 kJ =1560000 J

Geçen süre = 15 s

P = 15s

1560000 J

P = 104000 W = 104 kW

İkinci araba için ise,

Aktarılan enerji = 1560 kJ = 1560000 J

Geçen süre = 5 s

P = 5s

1560000 J

P = 312000 W = 312 kW

olarak bulunur.

1.

2.

Tablo 4.1 Arabaların 100 km/h hıza ulaşma süreleri

1 kilojoule = 1000 joule1 kilowatt = 1000 watt

Önemli!

123

Araç gereçler

• Baskül

• Kronometre

• Şerit metre


1. Baskülü kullanarak kütlemizi ölçelim.

2. Ağırlığımızı G= m.g formülünü kullanarak hesaplayalım. ( g = 10 m / s2 )

3. Bir katın yüksekliğini bulalım.

4. Bir kat yukarı çıkmak için gereken zamanı ölçelim.

Sonuca ulaşalım

Ölçümlerimizi ve hesaplamalarımızı tabloya kaydedelim.

Merdiven Çıkmakta Ne Kadar Güçlüsünüz?ETKİNLİK - 2

Ağırlığımız

(N)

Çıkılan

yükseklik

(m)

Yaptığımız

iş (J)

Geçen

süre

(s)

Bir saniyede

yaptığımız

iş (J/s)

Bir saniyede

aktardığımız

enerji (J/s)

Gücümüz

(J/s)

Kilowatt-saat (kWh) elekt-rik enerjisini faturalandır-mada kullanılan bir enerji birimidir.


124


Bir su parkında şekildeki gibi bir kaydıraktan kayan insanları görmüşsünüzdür. Bu kaydırağa binenler neredeyse 10 m yükseklikteki kaydırağın bir ucundan bir şişme bota binip kendilerini aşağıya doğru bırakırlar. Bu kişilerin, kaydırağın öbür ucundan fırlayıp çıkma ihtimalleri yoktur. Bu durumu enerji bilgilerimizi kullanarak nasıl açıklarız?

Enerjinin Korunumu

2. BÖLÜM

125

Mekanik Enerjinin Korunumu

Sayfa 124’te anlatılan kaydırakta sürtünmenin etkisini ihmal ettiğimizi düşünelim. Kaydırağın başlangıç noktasında hızımız olmadığı için sadece potansiyel enerjimiz vardır. Kendimizi bıraktığımız andan itibaren hızlanmaya başlarız. Kaydırağın en alt noktasına geldiğimiz zaman potansiyel enerjimiz olmadığı için sahip olduğumuz tüm enerji kinetik enerjiye dönüşür. Kaydırağın diğer ucuna doğru çıkarken yavaşlar ve bir noktada dururuz. Bu noktada kinetik enerjimiz olmadığı için tüm enerjimiz potansiyel enerjiye dönüşmüştür ve ilk yüksekliğimiz ile aynı yükseklikteki noktaya ulaşmış oluruz.

Sürtünmesi önemsiz kaydıraktaki toplam mekanik enerji miktarımız sabittir. Başlan-gıçta sahip olduğumuz toplam mekanik enerji ( Potansiyel enerji + Kinetik enerji), her-hangi bir anda sahip olduğumuz toplam mekanik enerjiye eşittir. Buna mekanik enerjinin korunumu denir.

Gerçek Dünya: Sürtünmeli OrtamGünlük hayatta sürtünmenin ihmal edebileceğimiz kadar küçük olduğu durumlarla

pek karşılaşılmaz. Örneğin bir oyuncak arabayı düz bir zeminde itip bıraksak bu araba biraz gittikten sonra yavaşlayıp durur (Şekil 4.8). Enerjinin korunumu ilkesine göre arabanın ilk durumdaki enerjisinin son durumdaki enerjisine eşit olması gerekirdi. Ama arabanın durduğunu ve son enerjisinin sıfır olduğunu görüyoruz. Bu durum enerjinin korunmadığı anlamına gelir mi?

Oyuncak arabanın parçaları ile yüzey ve hava arasında sürtünme olduğu için mekanik enerji korunmaz. Arabanın sahip olduğu enerji yok olmamış, sürtünmenin yaptığı işten dolayı ses ve ısı gibi farklı enerjilere dönüşmüştür.

Bazı durumlarda yalnızca sürtünmeden dolayı değil, cisimlerin yapılarından dolayı da mekanik enerji başka enerji biçimlerine dönüşebilir. Örneğin bir topu belli bir yükseklikten yere bırakırsanız top yerden sektikten sonra atıldığı yüksekliğe ulaşamaz, daha alçak bir seviyede kalır. Top yere çarptığında hem ses çıkar hem de top ve yer ısınır. Mekanik enerji-deki fark, sese ve ısıya dönüşür.

Enerjinin AktarımıEnerjiyi aktarmanın bir yolunun iş yapmak olduğunu öğrenmiştik. Enerjiyi

aktarmanın ısı, mekanik dalgalar (ses ve deprem dalgaları), ışınım gibi başka yolları da vardır. Bir çaydanlığı yanan bir sobanın üstüne koyduğunuzda soba, çaydanlığa enerjiyi ısı aracılığıyla aktarır. Elektrik enerjisi, üretildiği yerden evlerimize elektrik hatlarıyla aktarılır. Işık gibi elektromanyetik dalgalarla da enerji aktarılabilir. Güneş’in enerjisi Dünya’ya elektromanyetik dalgalar aracılığıyla aktarılır (Şekil 4.9).

Ayrıca enerjiyi önce depolayıp sonra bir yerden başka bir yere taşıyabiliriz. Örneğin pilleri bir yerden başka bir yere çantamıza koyup taşıyabiliriz. Benzer şekilde kömür, petrol ya da doğal gaz gibi kimyasal enerji depolayan malzemeleri de kamyonlarla ya da boru hatlarıyla bir yerden başka bir yere nakledebiliriz.

Şekil 4.8 Oyuncak araba

Şekil 4.9 Güneş enerjisi

Enerjinin Korunumu

126


Enerjinin DönüşümüEnerji yoktan var edilemez. Ancak var olan bir enerji başka bir enerji türüne dönü-

şebilir. Bilim insanları ve mucitler insanların ihtiyaçlarını karşılamak için çeşitli enerji dö-nüşüm sistemleri tasarlamışlardır. Her makine enerjiyi bir biçimden insanlar için kullanışlı olan başka bir enerji biçimine dönüştürür. Şahmerdanı hatırlarsak yükü yukarıdan bıraktı-ğımız zaman aşağı düşüp kazığı çakar. Şekil 4.10’da gösterilen sistemde olduğu gibi, kazığı çakmak için ihtiyaç duyulan enerjiyi kütle çekimi potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüşmesinden sağlayabiliriz.

Yakıtlardaki kimyasal enerji, çeşitli makine-

lerde ihtiyacımız olan enerji türlerine dönüştü-

rülebilir. Örneğin buharlı trenlerde kömür, yakıla-

rak trenin hareket etmesi için gerekli olan kinetik

enerjiye dönüştürülür (Şekil 4.11). Termik sant-

rallerde ise kömür yakılarak, kömürün içindeki

kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülür.

Şekil 4.10 Şahmerdanda enerji dönüşümü

Şekil 4.11 Buharlı tren

PEKE

Petrolün neden enerji ihtiyacımızı karşılamakta kullanıldığını hiç düşündünüz mü?Bir bardak (200 g) petrolde saklı olan enerji:BİRİM olarak 2 kWh ya da 7200 kJ enerji elde etmeyi sağlar.BESİN olarak 2400 bisküviden elde edilen enerjiye eşittir.YAZIN bir metrekareye 2 h boyunca düşen güneş enerjisine denktir.TASARRUFLU bir ampulde 400 h boyunca ışık elde etmeye yeter.BİR SU ISITICISI bu miktarda enerjiyi 6 dk’de tüketir.

Enerji Denklikleri

127

Bir Günde Ne Kadar Enerjiye İhtiyacımız Vardır?Canlılığın en önemli özelliklerinden biri değişimdir. Canlılar hareket etmek için ener-

jiye ihtiyaç duydukları gibi, büyümek ve hücrelerini yenilemek için de enerjiye ihtiyaç du-yarlar.

İnsanlar da diğer canlılar gibi bu enerjiyi besinlerden sağlarlar. Günlük enerji ihtiyacı-mız ne kadar hareket ettiğimize bağlıdır. Örneğin bütün gün bilgisayar başında oturan ve az hareket eden bir kişinin yaklaşık 10000 kJ (yaklaşık 10 bütün ekmek yemeye eşdeğer) enerjiye gereksinimi vardır. Ama tüm gün çalışan bir inşaat işçisinin 18000 kJ (yaklaşık 18 bütün ekmek yemeye eş değer) enerjiye ihtiyacı olabilir.

Aslında bütün gün yatsanız ve hiç hareket etmeseniz bile bedeniniz yaşamsal işlevle-rini sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaç duyar. Kalbinizin atması, iç organlarınızın çalışması ve büyümeye devam etmeniz için gerekli olan bu enerjiye temel enerji gereksinimi (ba-zal metabolizma hızı) denir. Temel enerji gereksiniminin dışında fiziksel etkinlikler için de fazladan enerjiye ihtiyacımız vardır. Yürümek, bisiklete binmek ya da futbol oynamak için bedenimizin hareket etmesi gerekir. Bu hareket de fazladan enerji kullanmayı gerektirir. Ne kadar çok hareket ederseniz o kadar çok fazladan enerjiye ihtiyaç duyarsınız.

Bazı fiziksel etkinlikleri gerçekleştirirken bir saatte harcanan yaklaşık enerji değerleri Tablo 4.2’de gösterilmiştir. Yiyeceklerden ve içeceklerden aldığımız enerji miktarıyla har-cadığımız enerji miktarı eşitse enerji dengesi sağlanmış olur. Aldığımız besinler vücudu-muzun ihtiyacı olan enerjiden fazla enerjiye sahipse bu denge bozulur. Fiziksel egzersiz yapmak, harcadığımız enerji miktarını artırır ve sağlıklı kalmamızı sağlar (Şekil 4.12). Enerji dengemizi korumak için düzenli fiziksel egzersiz yapmamız gerekir. Tablo 4.2’deki bilgile-ri kullanarak bir günde yaptığınız fiziksel aktivitelerle ne kadar enerji harcadığınızı siz de hesaplayabilirsiniz.

Fiziksel etkinlikBir saatteki

enerji kullanımı (J)

Bir günde bu etkinliği kaç saat

yapıyorsunuz?

Toplam enerji kullanımı (J)

Uyumak 250

Oturmak, dinlenmek, televizyon seyretmek 350

Ayakta durmak, nor-mal hızda yürümek 750

Tempolu yürümek, günlük ev işleri yapmak 1000

Koşmak, bisiklet sürmek, yüzmek, futbol ve basketbol oynamak

1600

Toplam

Tablo 4.2 Bazı fiziksel etkinlikler sonucu 70 kg kütleli bir kişinin bir saatte harcadığı yaklaşık enerji

Şekil 4.12 Besinlerden aldığı-mız enerjinin kinetik enerjiye dönüşümü

Enerjinin KorunumuEnerjinin Korunumu

Kalori (cal) de joule (J) de enerji birimidir.

1 kalori = 4.18 joule

Önemli!

128


Dengeli Beslenmek Neden Önemlidir?Bedenimizin tek ihtiyacı enerji değildir. Protein, yağ, vitamin ve mineraller gibi mad-

deler yeni hücrelerin yapılması ve hasar gören hücrelerin onarılması için gereklidir. Den-geli beslenmek, çeşitli yiyecek gruplarından yeterli miktarda yememizle mümkün olur. Bedenimizin gereksinim duyduğu karbonhidratlar, proteinler ve yağları yeterli oranlarda tüketmemiz gerekir.

Dengeli beslenme iki farklı dengeyi oluşturabilmektir. Birincisi, besinlerden aldığımız ve harcadığımız enerjinin dengelenmesidir. Eğer enerji dengesini sağlayamazsak ya kilo alırız ya da kilo veririz. İkincisi ise, tükettiğimiz besinleri çeşitlendirerek aldığımız protein, yağ, vitamin ve mineralleri dengelemektir. Eğer yiyecek çeşitliliğini dengeleyemezsek çe-şitli hastalıklarla karşılaşabiliriz.

Bir öğrencinin günlük ortalama enerji ihtiyacı yaklaşık olarak 11000 kJ’dür (2600 kcal). Bir öğrenci, çikolatayı çok sevdiği için enerji ihtiyacının tümünü çikolatadan karşılamayı düşünmektedir. Bir paket çikolatanın enerji ve besin değerleri verilmiştir. Bu öğrenci günde kaç paket çikolata yemelidir? Öğrencinin tüm enerji ihtiyacını çikolata yiyerek karşılaması hangi sorunlara yol açabilir? Tartışınız.

Enerji ve Besin Ögeleri 1 Pakette (25 g)

Enerji 574 kJ

Protein 2,44 g

Karbonhidrat 10,37 g

Yağ 9,3 g

TARTIŞMA -1Beden kütlenizi (kilonuzu) korumanız oldukça basit bir denge meselesidir. Besinler-den aldığınız enerji harca-dığınız enerjiye eşitse enerji dengesi sağlanmış olur. Bu durumda beden kütleniz de-ğişmez, hep aynı kiloda ka-lırsınız. Ama aldığınız enerji harcadığınızdan daha fazla olursa bu fazla enerji yağa dönüştürülür ve depolanır. Sonuç olarak kilo alırsınız.


129

Enerjiden Faydalanma Oranı: VerimHiçbir yerden yakıt ya da enerji almadan, kendi kendine

hiç durmadan çalışan makineler yapılabilir mi? Peki, harcadı-ğından daha çok enerji üretebilen makineler yapılabilir mi?

Aslında bilim insanları bu sorular üzerinde yüzyıllar bo-yunca düşünmüşlerdir. Dışarıdan enerji almaya gereksinim duymadan kendi kendine sonsuza kadar çalışması beklenen makinelere devridaim makineleri denir. Örneğin Şekil 4.13’ te görülen tekerleğin bir kez çevirildikten sonra hiç durmadan döneceği iddia ediliyordu. Eğer bu makine çalışsaydı dışarıdan enerji verilmeden sonsuza kadar çalışan bir sistem üretilmiş olur-du.

Ne yazık ki bunun gibi devridaim makineleri, bir süre dönse bile sonunda mutlaka durur. Bunun en önemli nedeni gerçek dünyada sürtünmesiz ortamların bulunmamasıdır. Sonsuza kadar çalışacağı-na inanılan devridaim makinelerinin temel sorunu da sürtünmedir. Sürtünmeden dola-yı enerjinin bir bölümü ısı ile dış ortama aktarılır. Faydalanamadığımız bir enerji türüne dönüştüğü için günlük hayatta bu enerjiye kayboldu deriz. Fakat enerjinin korunumu ilkesinden bildiğimiz gibi enerji asla kaybolmaz. Sadece amaç dışı bir yerde kullanılmış ve sistemin dışına çıkmış olur. Enerjisini ısıyla sistemin dışına aktarmaya devam eden bu makineler bir süre sonra durur. Sürtünmeyi azaltarak sadece makinenin çalışma süresini uzatabiliriz.

Enerjinin bir türden başka bir türe dönüştürülerek insanlar için faydalı alanlarda kulla-nıldığını gördük. Bu dönüşüm sırasında, sisteme verilen enerji ile sistemden amaç doğrul-tusunda alınan enerji birbirine eşit değildir. Ne kadar uğraşırsak uğraşalım, hep bir miktar enerji bu dönüşümler sırasında amaç dışı başka türlere dönüşür. Bir sistemden faydalı ola-rak alınan enerji, sisteme verilen enerjiden her zaman daha küçüktür.

Örneğin Şekil 4.14’teki elektrik motoru, elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştür-mek için tasarlanmıştır. Fakat elektrik motoru çalışırken sürtünmeden dolayı ısınır.

Bir sistemin, bir enerji türünü elde edil-mek istenilen başka bir enerji türüne ne ka-dar etkili dönüştürebildiği o sistemin verimi ile ilişkilidir. Verim matematiksel olarak alınan yararlı enerjinin verilen enerjiye oranı olarak ifade edilir.

Şekil 4.13 Bir devridaim makinesi modeli

Şekil 4.14 Basit bir elektrik motoru

Enerjinin Korunumu

Kemiklerimizin birleştiği yer-lerde bulunan eklemlerimiz sayesinde yürüyebiliyor ve koşabiliyoruz. Vücudumuzun eklemlerinde sürtünmeyi azaltan sinovya sıvısı bulunur. Kemiklerimizin birbirlerine değen uçlarında bulunan kı-kırdaktaki sinovya zarı, kemik-lerin yüzeyini kayganlaştıran bir sıvı (eklem sıvısı) salgılar. Bu sıvının varlığı ile eklemleri-mizde oluşan sürtünme, yağ-lanmış iki demir yüzey arasın-daki sürtünmeye göre 20 kat daha azdır.


130


VerimMakinayı çalıstırmak için verilen enerji

Sistemden alınan yararlı enerji�

Bu oran 100 ile çarpılırsa sistemin verimi yüzde olarak ifade edilmiş olur. Tablo 4.3’te günlük hayatta kullandığımız bazı araçların verimlilikleri verilmiştir.

Resim Araçlar Verim (%) Enerji Dönüşümü

Elektrik Motoru 80 Elektrik KE

Elektrik Jeneratörü 75 Kimyasal KE Elektrik

Araba Motoru 25 Kimyasal KE

Floresan Lamba 50 Elektrik Işık

Filaman Ampul 10 Elektrik Işık

Tablo 4.3 Günlük yaşamımızda kullandığımız bazı araçların verimlilikleri ve enerji dönüşümleri.

Evimizde kullandığımız elekt-rikli ev aletlerini satın alırken üzerilerindeki enerji verimli-liği etiketine bakarak bu alet-lerin verimliliğini anlayabiliriz. Enerji tüketimi açısından A, B ve C sınıfı elektrikli ev aletleri vardır. Bu sınıflama kodları bize bir elektrikli ev aletinin elektrik enerjisini ne kadar ve-rimli kullandığını gösterir.


Sınıfınızda enerjisini ambalaj lastiğinden alarak hareket eden bir araba tasarlayınız. Ara-banın gövdesini ve tekerleklerini pet şişe, CD ve pet şişe kapağı gibi atık malzemeleri kullanarak yapınız. Daha sonra, arabaları yarıştırarak en uzağa giden arabanın hangi özel-likleri sebebiyle diğerlerini geçtiğini tartışınız.

Araba TasarlayalımPROJE

131

Enerjinin korunumu ilkesini kullanarak şu eşitliğe ulaşabiliriz:

Sistemi çalıştırmak için verilen enerji = Kullanılan yararlı enerji + Amaç dışı harcanan enerji

Şekil 4.15 Bir arabanın enerji dönüşüm şeması

Sistemlerin verimliliği bir enerji dönüşüm şemasıyla gösterilebilir. Örneğin bir araba, yakıtındaki kimyasal enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürür. Ancak yakıttaki her 100 J’ lük kim-yasal enerjinin sadece 25 J’ ünü kinetik enerjiye dönüştürebilir. Geri kalan 75 J’ lük enerji, motorun ve havanın ısınmasına yol açan amaç dışı harcanan enerjidir. Arabanın enerji dö-nüşüm şeması Şekil 4.15’de gösterilmiştir. Enerji dönüşüm şemasında her bir okun kalın-lığı, gösterdiği enerji miktarı ile orantılı olarak çizilir. Verilen toplam enerji alınan toplam enerjiye daima eşittir yani enerji korunur.

Şimdi, bir elektrik ampulü örneği üzerinde verim kavramı ile ilgili hesaplamalar yapa-lım. Ampul, elektrik enerjisini ışık enerjisine çevirmek için kullanılır. Fakat ampul, verilen her 100 J’lük elektrik enerjisinin ancak 10 J’ünü ışık enerjisine, 90J’ ünü ise ısıya dönüştür-mektedir. a) Bu ampulün enerji dönüşüm şemasını çizelim. b) Enerji dönüşüm şemasını açıklayan enerji dönüşüm eşitliğini yazalım. c) Ampulün verimini hesaplayalım.

a) Ampulün kullanılma amacı ışık sağlaması olduğu için faydalanılan enerji ışık enerjisi-dir.

b) 100 J = 10 J + 90 J

c) Verim = Işık enerjisi / Ampule sağlanan enerji = 10 J / 100 J = 0,1 = %10

Elektrikenerjisi (100 J)

Işıkenerjisi (10 J)

Isı enerjisi (90 J)

Enerjinin Korunumu

Arabayı çalıştırmak için verilen enerji (100 J)

Kullanılan yararlı enerji (25 J)

Amaç dışı harcanan enerji (75 J)

132


Bilim ve teknolojinin gelişmesi toplumların yaşam standartlarını yükseltmiştir. Bunun sonucu olarak, yüksek hayat standardı sağlamak isteyen ülkeler enerji tüketimlerini artırmışlardır. Günümüzde ihtiyaç duyduğumuz enerjiyi çok farklı kaynaklardan elde ediyoruz. Bunların bir kısmı yenilenebilir, bir kısmı ise yenilenemez enerji kaynaklarıdır.

EnerjiKaynakları

3. BÖLÜM

Rüzgâr enerjisi türbinleriRüzgârlı yerlerde kurulur.

Elektrik enerjisi üretilir.

133

Yenilenebilir Enerji Nedir ve Neden İhtiyaç Duyarız?Yenilenebilir enerji, insan ömrüyle kıyaslandığında kısa sürede

yerine konulabilen enerji kaynaklarından elde edilen enerjidir. Rüzgâr, güneş, dalga, gelgit, jeotermal, biyokütle, hidroelektrik ve hidrojen enerjisi yenilenebilir enerji çeşitleridir.

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

Rüzgâr enerjisi türbinleriRüzgârlı yerlerde kurulur.

Elektrik enerjisi üretilir.

Hidroelektrik enerjiHareket eden sudan elde edilir. Elektrik enerjisi üretilir.

Jeotermal enerjiDünya’nın dip katmanlarından gelen doğal sıcak su kullanılır. Isı ve elektrik enerjisi üretilir.

Biyokütle enerjisiBiyokütle enerjisi,

kamış, çöp, foseptik (lağım) veya yakıt için

yetiştirilen ağaçlardan elde edilir. Isı ve elektrik

enerjisi üretilir.

Hidrojen enerjisiHidrojen gazından üretilir. Isı ve elektrik enerjisi üretilir.

Gelgit enerjisiHer gün suların 2 defa alçalıp yükselmesi ha-reketi kullanılır. Elektrik enerjisi üretilir.

Dalga enerjisiDeniz dalgaları kullanılır. Elektrik enerjisi üretilir.

Güneş enerjisiGüneş’ten gelen ışık kullanılır. Işık,

ısı ve elektrik enerjisi üretilir.

Enerji Kaynakları

134


Fosil YakıtlarPetrol, kömür ve doğal gaz en sık kullanılan ye-nilenemez enerji kaynaklarıdır. Bu fosil yakıtlar milyonlarca yıl önce yaşamış canlı kalıntılarının (fosillerin) yüksek basınç ve sıcaklık etkisiyle değişime uğraması ile oluşur. Elektrik, ısı, ışık enerjisi üretilir.

Nükleer Enerji KaynaklarıUranyum gibi radyoaktif elementlerin

atomlarının çekirdekleri bozunma (fizyon) tepkimesi sonucunda ortama enerji salar. Bu

enerji atom bombasının yapımında kullanıldığı gibi, nükleer elektrik santrallerinde elektrik

enerjisinin üretiminde de kullanılabilir.

Gruplara ayrılarak yenilenebilir ve yenilenemez enerji kaynaklarının avantaj ve deza-vantajlarını toplum, teknoloji, ekonomi ve çevre faktörlerini göz önünde bulundurarak, bir poster hazırlayıp sununuz.

Poster Hazırlayalım

Yenilenemez Enerji Nedir ve Neden Kullanmalıyız?Yenilenemez enerji kaynakları bir kez kullanıldıktan sonra ya tükenir ya da yenilenmeleri insan ömrüne kıyasla çok uzun süre alır. Bu enerji kaynakları yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmaları, kolay taşınabilmeleri, ucuz olmaları ve kolayca kullanıma elverişli enerjiye dönüştürülebilmeleri nedenleri ile hâlâ en çok tercih edilen enerji türüdür. Ancak çevre kirliliğine sebep olmaları gibi dezavantajları da vardır.

YENİLENEMEZ ENERJİ KAYNAKLARI

135

Dünyada ve Türkiye’de Kullanılan Enerji KaynaklarıDünyada enerji en çok hangi kaynaklardan sağlanır? Türkiye’de durum nedir? Şekil

4.16’da verilen grafikleri incelediğimiz zaman dünyada ve Türkiye’de tüketilen tüm ener-jinin çok büyük bir kısmının fosil yakıtlardan elde edildiği görülmektedir. Dünyada tüke-tilen enerjinin % 6’ sı nükleer enerjiden karşılanırken, Türkiye’de nükleer enerji henüz hiç kullanılmamaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji tüketiminde dünyadaki payı %13 iken, Türkiye’de ise %10 civarındadır. Grafiklerde diğer yenilenebilir enerji kaynakları olarak gösterilen rüzgâr, güneş, dalga, gelgit, jeotermal ve benzeri gibi enerji kaynakları-nın tüketimdeki payı çok küçüktür. Dünyada %1, Türkiye’de %2’ dir.

Dünyada ve Türkiye’de Elektrik ÜretimiEn yaygın olarak kullandığımız enerji türü elektrik enerjisidir. Şekil 4.17’de verilen gra-

fikler incelendiğinde, elektrik üretiminde hâlâ fosil yakıtların büyük oranda kullanıldığı ve hidroelektrik santrallerinin elektrik üretiminde önemli bir paya sahip olduğu görülmekte-dir. Rüzgâr, güneş, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik üretimindeki katkısı dünyada %4 iken, Türkiye’de sadece %1’dir.

Türkiye’de Kullanılan Enerjinin Kaynakları

Doğal gaz%32

Petrol%27

Kömür%31

Diğeryenilenebilir%2

Biyokütleve çöp %4

Hidroelektrik %4

Dünyada Kullanılan Enerjinin Kaynakları

Hidroelektrik %2 Nükleer %6Diğeryenilenebilir%1

Biyokütleve çöp %10

Doğal gaz%22

Kömür%27

Petrol%32

Kaynak: Key World Energy Statistics, International Energy Agency, 2010.

Kaynak: Key World Energy Statistics, International EnergyAgency, 2010.

Kaynak: Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2010.

Kaynak: Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2010.

Dünyada elektrik üretimi

Hidroelektrik%16

Petrol%5

Diğer yenilenebilir%4

Nükleer%13

Doğal gaz%22

Kömür%40

Doğal gaz%49

Kömür%28

Hidroelektrik %19

Petrol %3 Diğeryenilenebilir%1

Türkiye’de elektrik üretimi

Güneş, Dünya’ya en yakın yıl-dızdır. Güneş, enerji kaynak-larımızın büyük bir kısmının temelini oluşturmaktadır.

Şekil 4.16 Dünyada ve Türkiye’de kullanılan enerji kaynakları

Şekil 4.17 Dünyada ve Türkiye’de elektrik üretiminde kullanılan enerji kaynakları

Enerji Kaynakları

136


Hidroelektrik enerji santrallerinin (HES) yenilenebilir enerji kaynağı kullandığını biliyoruz. Son yıllarda Kara-deniz Bölgesi’nde çok sayıda HES kurulması gündeme gelmiştir. Bazı kişiler HES’ lerin ülkenin enerji ihtiyacının karşılanması için mutlaka yapılması gerektiğini, bazıla-rı ise HES’ lerin bölgenin ekolojik yapısını bozacağını savunmaktadırlar. Sizce HES’ lerin kurulması destek-lenmeli mi? Neden?

Evet Hayır

Münazara / Tartışma

137



1. Yaşadığınız coğrafi bölgede elektrik enerjisi üretmek için hangi enerji kaynakları kullanılıyor? Üretilen bu elektrik enerjisi hangi enerji dönüşümleri sonucu üretilmektedir?

2. Elektrik enerjisi yenilenebilir ya da yenilenemez enerji kaynakları kullanılarak üretilebilir.a. Yenilenebilir ve yenilenemez enerji kaynakları arasındaki farklar nelerdir?b. Yenilenebilir enerji kaynaklarına bir örnek veriniz. Bu enerji kaynağının elektrik üretiminde yaygın olarak kullanıl-mamasının nedenlerini açıklayınız.c. Yenilenemez enerji kaynaklarına bir örnek veriniz. Yenilenemez enerji kaynaklarının elektrik üretiminde neden bu

kadar yaygın kullanıldığını açıklayınız.

3. Gazetede Türkiye’de yapılması düşünülen Akkuyu Nükleer Santrali ve Sinop Nükleer Santrali ile ilgili haberi okuyan iki arkadaş bu konuda konuşmaya başlıyorlar. Farklı görüşlere sahip bu öğrenciler birbirlerine ne söylüyor olabilir-ler? Boşlukları doldurunuz.

Sorular

138


4. Akkor flaman ampul, halojen lamba, enerji tasarruflu floresan ve LED lambalara ait bilgiler aşağıda verilmiştir. Evi-nizde enerji tasarrufu yapmak istiyorsunuz. Hangi ampulü tercih edersiniz? Nedenlerini açıklayınız.

5. İki öğrenci bir binanın girişine ulaşmak istiyor. İlk öğrencinin ağırlığı 600 N, ikinci öğrencinin ağırlığı 800 N’dur. İlk öğrenci merdivenlerden 3 s’ de çıkarak girişe ulaşıyor. İkinci öğrenci rampadan yürüyerek 4 s’ de girişe ulaşıyor. Han-gi öğrenci daha çok enerji harcar? Açıklayınız.

6. Aşağıdaki tabloda iki küçük ölçekli elektrik santraliyle ilgili veriler sunulmuştur. Bu elektrik santrallerinden hangisi daha verimlidir? Açıklayınız.

7. Bir bisikletli, bir tepeye çıkıp sonra inmektedir. Bisikletlinin bisikletiyle birlikte kütlesi 70 kg olarak ölçülmüştür. Bisikletli pedal çevirerek tepenin en üst noktasına varmıştır. Sonra pedal çevirmeden ve fren yapmadan bisikleti ile tepeden aşağıya inmiştir.a. Bu bisikletli, bisikletiyle tepeye çıkmak için gereken enerjiyi nereden sağlar? Bu hangi tür enerjidir?b. Tepeden aşağı inerken başladığı noktaya geldiğinde bisikletlinin hızı en çok ne kadar olabilir? Günlük hayat şart-larında bu hıza ulaşmak neden imkânsızdır? Açıklayınız. (g=10m/s2)

Lamba türü1600 lümenlik aydınlan-ma için gereken güç (W)

Kullanma ömrü (saat) Fiyatı (TL)

Akkor filaman ampul 100 750 1,5

Halojen lamba 77 1000 4

Enerji tasarruflu floresan 23 10.000 6

LED lamba 18 20.000 80

Giren güç Çıkan kullanılabilir güç

Doğal gazlı elektrik santrali 80 MW 20 MW

Hidroelektrik santrali 75 MW 25 MW

180 m

139

8. Bir girişimci, bir kez çalıştırıldıktan sonra dışarıdan enerjiye ihtiyaç duymadan sürekli çalışmaya devam eden bir motor ürettiğini söylemektedir. Bu girişimcinin iddiası ne derecede doğru olabilir? Açıklayınız.

9. Salıncakta sallanan bir çocuğun;

i. Hangi noktalarda hızı sıfır olabilir?

ii. Hangi noktalarda hızı en büyüktür?

iii. Hangi noktalarda potansiyel enerjisi en fazladır?

iv. Hangi noktalarda potansiyel enerjisi en azdır?

v. Sallanma hareketine karşı bir dış etki olmaksızın çocuk, hareketine sonsuza kadar devam edebilir mi?

Cevaplarınızın nedenlerini açıklayınız.

10. Resimde elektrik üretmek için yapılmış bir hidroelektrik santrali gösterilmiştir.

a. Bu sistemin asıl enerji kaynağı göletteki sudur. Göletteki suyun enerjisi hangi tür enerjidir?

b. Su göletten elektrik santraline akarken hareket etmektedir. Bu sırada akan suyun hareketinden kaynaklanan enerji hangi tür enerjidir?

c. Akan su elektrik santralindeki türbinlerin dönmesini sağlar. Türbinlerin dönmesinden kaynaklanan enerji hangi tür enerjidir?

d. Bu sistem hangi tür kullanılabilir enerji üretir?

SorularSorular

A

B

C

140


11. X ve Y su pompaları aynı kuyudan ve aynı derinlikten tarla sulamak için su pompalamaktadır. Her pompanın bir saatte pompaladığı su miktarı ve kullandığı yakıt miktarı aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

Bu verilere göre, hangi pompa yakıt enerjisini işe dönüştürmekte daha verimlidir? Açıklayınız.


1. ……………………kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için tasarlanmıştır.

2. ……………………elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için tasarlanmıştır.

3. ……………………ses enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için tasarlanmıştır.

4. ……………………elektrik enerjisini ses enerjisine dönüştürmek için tasarlanmıştır.

5. Aşağıdaki tabloda yer alan enerji kaynaklarını “Enerji Kaynakları” şemasındaki uygun yerlere yerleştiriniz

1 saatte pompalanan su (litre) 1 saatte tüketilen yakıt (litre)

X pompası 1500 3,75

Y pompası 750 1,5

pil mikrofon elektrik motoru hoparlör dinamo mum

Yenilenebilir enerji kaynakları

Fosil yakıtlar Kömür Jeotermal enerji Hidrojen pilleri

Yenilenemez enerji kaynakları

Petrol Güneş enerjisi Biyokütle enerjisi Nükleer enerji

a)

b)

c)

â

d)e)

f )

g)

h)

ı)

141

C. Aşağıdaki ifadelerin başına doğru ise “D”, yanlış ise “Y” yazınız.

1. ( ) Rüzgâr türbinlerinden elde edilen enerji rüzgârın iş yapabilme yeteneğine bağlıdır.

2. ( ) Çok iş yapan insan çok enerji harcar.

3. ( ) Elektrik faturalarında kullanılan KWh ( kilowatt.saat) güç birimidir.

4. ( ) Bir işi daha kısa zamanda yapmak için daha çok güç harcanır.

5. ( ) 10-15 yılda kendini yenileyebilen enerjiye yenilenebilir enerji denir.

6. ( ) Bir cismin mekanik enerjisindeki değişme miktarı yapılan işe eşittir.

7. ( ) Günlük hayatta potansiyel enerji kinetik enerjiye tamamen dönüşür.

8. ( ) Fazla iş yapan daha güçlüdür.

9. ( ) Potansiyel ve kinetik enerjinin toplamı mekanik enerjiyi verir.

10. ( ) Verim, alınan enerjinin verilen enerjiye oranıdır.

1. İnsan bedeninin kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye çe-virmedeki verimi % 25’tir. Geri kalan enerjiyi ısı olarak çevreye yayar. Bu bilgiyi kullanarak merdivenleri koşa-rak çıkarken 100 J mekanik enerji gereksinimi duyan bir insanın sahip olması gereken minimum kimyasal enerji kaç J’dür?

A) 25 B) 75 C) 150 D) 400 E) 2500

2. Bir işçi her birinin ağırlığı 7 N olan 30 tuğlayı yerden kaldırıp bir kamyona yüklemektedir. Yapılan işi hesap-lamak için başka hangi bilgi gereklidir?

A) Tuğlaları kaldırdığı yükseklik

B) Tuğlaların kütlesi

C) Tuğlaları taşıdığı süre

D) Tuğlaların hacmi

E) Tuğlaların sıcaklığı

3. Bir yük asansörü, ağırlığı 600 N olan buzdolabını sabit hızla bir binanın zemin katından 10. katına çıkarıyor. Binanın her bir katının yüksekliği 2,5 m olduğuna göre yük asansörünün uyguladığı kuvvetin yaptığı iş kaç kJ’ dür?

A) 6 B) 9 C) 12 D) 15 E) 18

4. Bir su damacanasından 1 litre (10 N ağırlığında) su, pompalanarak bir sürahiye doldurulmaktadır. Dama-canadaki su 30 cm yükselerek sürahiyi 10 s’de doldur-maktadır. Kuvveti uygulayan kişi kaç watt’lık güçle ça-lışmıştır?

A) 0,3 B) 0,6 C) 0,9 D) 1,2 E) 1,5

5. Yerden yüksekliği 1m olan bir masanın üzerinde duran 20 N ağırlığında bir kitabı yerden 2.5 m yüksekliğindeki rafa kaldırdığımızda bu kitap üzerinde yapılan iş kaç J’ dür?

A) 20 B) 30 C) 40 D) 50 E) 75

Sorular

D. Aşağıdaki soruların doğru cevaplarını işaretleyiniz.

142


6. Fotoğrafta iki farklı el feneri gösterilmiştir. Bu el fener-lerinin biri, bir kolun sıkıştırılıp bırakılmasıyla çalışmak-tadır. Diğer el feneri ise pil ile çalışmaktadır.

7.

Bu bilgilere göre aşağıdakilerden hangisi bu iki el fe-nerindeki enerji dönüşümlerini doğru olarak gösterir?

1. el feneri 2. el feneri

A) Kinetik->Elektrik->Işık Kinetik->Elektrik->Işık

B) Kimyasal->Elektrik->Işık Kimyasal->Kinetik->Işık

C) Kinetik->Elektrik->Işık Kimyasal->Elektrik->Işık

D) Kinetik->Kimyasal->Işık Kinetik->Elektrik->Işık

E) Kimyasal->Elektrik->Işık Kinetik->Elektrik->Işık

7. Bir fabrika işçisi, ağırlığı aynı olan kutuları yerden kaldı-rıp bandın üstüne koymaktadır. Öğleden önce bir ku-tuyu koyması 2 s sürerken öğleden sonra 3 s sürmekte-dir. Öğleden sonra bir kutuyu kaldırırken,

A) Yapılan iş artmıştır.

B) Yapılan iş azalmıştır.

C) Yapılan iş değişmemiştir.

D) Güç değişmemiştir.

E) Güç artmıştır.

8. Bir otobüsün hızını 6 m/s’den 9 m/s’ye çıkarmak için 90 kJ iş yapılması gerekiyorsa bu otobüsün kütlesi kaç tondur?

A) 1 B)2 C) 3 D) 4 E) 5

9. İnsanlar ihtiyaçları olan enerjiyi yedikleri yiyecekler-den sağlarlar. Yiyeceklerdeki enerji hangi tür enerji-dir?

A) Elektriksel enerji

B) Kimyasal enerji

C) Nükleer enerji

D) Kütle çekim potansiyel enerjisi

E) Kinetik enerji

10. Sürtünmesiz yatay bir zeminde durmakta olan bir cisme I. Aşağı yönde uygulanan kuvvetII. Yatay doğrultuda uygulanan kuvvetIII. Yatay doğrultuda birbirine zıt yönde uygulanan

farklı büyüklükteki iki kuvvet

uygulanıyor. Buna göre hangileri kinetik enerji kazandırır?

a) Yalnız I b) Yalnız II c) Yalnız III

d) I ve II e) II ve III

11. Aşağıdaki enerji türlerinden hangisi yenilenebilir

enerji kaynaklarından biri değildir?

A) Rüzgâr enerjisi

B) Güneş enerjisi

C) Jeotermal enerji

D) Nükleer enerji

E) Biyoenerji

1. el feneri 2. el feneri

143

12. Sürtünmeli yatay bir zeminde bir cisme sabit bir kuvvet uygulanıyor. Cisim sabit hızla hareket ettiğine göre, I. Uygulanan kuvvet iş yapmıştır.II. Sürtünme kuvveti iş yapmamıştır.III. Net kuvvetin yaptığı iş sıfırdır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?



13. Aşağıdakilerden hangisi enerji tasarrufu için yapılan uygulamalardan biri değildir?

A) Lavabolarda sensörlü musluk kullanmak

B) Isıya duyarlı kalorifer vanası kullanmak

C) Odaları aydınlatmada filaman ampullü avize kullanmak

D) Yemeği pişirmek için düdüklü tencere kullanmak

E) Binaların izolasyonunda köpük sistemi kullanmak

14. Enerji dönüşümleri ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğru değildir?

A) Hidroelektrik santral: potansiyel enerji-kinetik

enerji–elektrik enerjisi

B) Termik santral: kimyasal enerji- ısı enerjisi- kinetik

enerji–elektrik enerjisi

C) Nükleer santral: kinetik enerji -ışık enerjisi -elektrik

enerjisi

D) Jeotermal santral: ısı enerjisi- kinetik enerji–elekt-

rik enerjisi

E) Rüzgâr santrali: rüzgâr enerjisi-kinetik enerji–elekt-

rik enerjisi

15. Aşağıdakilerden hangisi enerji birimidir?

A) Joule.metre

B) Watt

C) Kilogram.metre2/saniye2

D) Watt.metre

E) Newton.saniye

16. Bir saat yüzmek için gereken enerji miktarı yaklaşık 400 kcal’dir. Bazı meyveler için enerji değerleri tablo-da verilmiştir.

Buna göre bir kişi, bir günde 0,5 kg şeftali, 1 kg elma ve 250 g incir yiyerek kazandığı enerjiyi, kaç saat sadece yüzerek harcayabilir?A) 1 B) 1,5 C) 2 D) 2,5 E)3

Sorular

Besin (100g) Enerji Değerleri (kcal)

Şeftali 40

Elma 60

İncir 80

144


Isı ve SıcaklıkÜnite 5

Neden Öğreneceğiz?Isınmak, serinlemek, yaşam alanlarını belirli bir sıcaklıkta tutmak yüzyıllar boyunca insanlığın en önemli ihtiyaçlarından biri olmuştur. Isı ve sıcaklık kavramlarının fizik bilimi açısından önemi bu kavramların enerji ile ilişkisinden kaynaklanmaktadır. Bir iş yaparken kaybolduğu düşünülen enerjinin genelde ısıya dönüşmesi, enerjinin korunumunun anlaşılması açısından büyük öneme sahiptir.

Neler Öğreneceğiz?Bu bölümde ısı, sıcaklık ve iç enerjiyi tanımlayarak, günlük hayatta karşılaştığımız erime, donma, genleşme, yalıtım, ısıtma sistemleri ve enerji tasarrufu gibi farklı durum ve olayları yorumlayacağız.

145

Anahtar Kavramlar

Isı, Sıcaklık ve İç EnerjiÖz Isı ve Isı SığasıHâl DeğişimiIsıl DengeEnerji İletim Yolları ve Enerji İletim HızıGenleşme

Isı, Sıcaklık veİç Enerji

Hâl Değişimi

Isıl Denge

Genleşme

Enerji İletim Yollarıve Enerji İletim Hızı

146


Bazı sabahlar kahvaltı hazırlığı yaparken bir ısı kaynağı ile çay suyu kaynatır ve yumurta pişiririz. Çok sıcak havalarda, uzun süre güneş altında durduğumuzda rahatsızlık hissederiz. Bu ve buna benzer olaylarda ısı ve sıcaklık kelimelerini sürekli kullanırız.

Bu bölümde ısı, sıcaklık ve iç enerji kavramlarını tanımlayarak günlük hayatta karşılaştığımız olayları bu kavramları kullanarak açıklamaya çalışacağız.

Isı, Sıcaklık ve İç Enerji

1. BÖLÜM

147

Isı ve SıcaklıkGünlük konuşmalarımızda ısı ve sıcaklık kelimelerini birbirinin yerine kullanmamıza

rağmen, bunlar fizikte birbirleri ile ilişkili fakat farklı kavramlardır. Sıcaklık, madde içinde dönme, titreşim veya öteleme hareketi yapan atom ya da moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir göstergesidir. Sıcaklık skaler bir büyüklük olup, birimi Kelvin’dir. Fakat yay-gın olarak Celsius derece (oC) kullanılır ve termometre ile ölçülür.

Isı ise, maddelerde sıcaklık değişimine neden olan enerjidir. Bir başka deyişle, mad-delere enerji aktarılarak sıcaklıkları artırılabilir. Aktarılan bu enerjiye ısı denir. Isı skaler bir büyüklüktür ve birimi joule’dür. Şimdi ısı ve sıcaklık kavramlarını bir örnek üzerinde irde-leyelim.

İçlerinde farklı miktarlarda su bulunan iki çaydanlığı tamamen özdeş iki ocak ile ısıta-lım. Aynı süre sonunda kütlesi az olan suyun sıcaklığındaki artışın daha fazla olduğunu gö-rürüz. Bunun sebebini, suya aktarılan enerjinin suda bulunan moleküller tarafından pay-laşılması ile açıklarız. Kütlesi fazla olan suyun molekül sayısı da fazla olduğu için molekül başına düşen enerji daha az olacaktır. Sıcaklık, moleküllerin ortalama kinetik enerjilerinin bir göstergesi olduğundan, miktarı fazla olan suyun sıcaklığı daha az artacaktır.

Sıcaklıkları farklı iki madde birbirleriyle temas ettirildiğinde, bir müddet sonra, sıcaklı-ğı yüksek olan maddenin sıcaklığının düştüğü, sıcaklığı düşük olan maddenin ise sıcaklığı-nın yükseldiği görülür. Bu durumun nedeni iki madde arasındaki sıcaklık farkından dolayı, sıcak maddeden daha soğuk maddeye aktarılan enerjidir. Bir maddenin atom ya da mole-küllerinin ortalama kinetik enerjisinin fazla olması, o maddenin sıcaklığının da fazla olması anlamına gelmektedir.

Hastalık yapan virüs ve bakteriler vücuda gir-diğinde, vücut bir savunma mekanizması olarak yüksek ateş yapabilir. Ateşin çıkması, vücut sıcak-lığının yükselmesi anlamına gelir. Bazı ebeveynler, ateşi çıkan çocukların yüksek ateşe karşı vücutla-rının gösterdiği titreme tepkisini üşüme olarak algılayıp, çocuklarının üzerini örterek ateşin daha da yükselmesine neden olurlar. Yüksek ateş, çocuk-larda kalıcı sağlık problemlerinin yaşanmasına yol açabilir. Bunu önlemek için en etkin yol sağlık mer-kezlerinden yardım almaktır. Fakat doktora gitmeden önce aileler ateşi çıkan çocukla-rın giysilerini çıkarıp koltuk altlarına veya ayak tabanlarına ıslak bez koyarak ateşlerini düşürmeye çalışırlar.


Vücut Sıcaklığı ve Ateş

Isı ve sıcaklık maddelerin moleküler seviyedeki enerji-leriyle ilgilidir.

Önemli!

148


Sıcaklık Ölçümü: Termometreleri TanıyalımTermometreler ortamların ve maddelerin sıcaklığını ölçmek için kullanılan araçlardır. Termometrelerin yapımın-da sıcaklığa bağlı olarak sıvıların hacimlerinin, katıların direnç ya da uzunluğunun, gazların hacim ya da basınç-larının değişmesi gibi özelliklerden yararlanılmaktadır. Termometreler kullanım amaçlarına ve ölçülmek istenen sıcaklık aralıklarına göre ölçeklendirilir. Sıcaklığını ölçmek istediğimiz maddenin tahminî sıcaklık aralığına göre bir termometre seçmeliyiz.

Sıvılı termometrelerde genellikle cıva ya da renklendirilmiş alkol kullanılır. Bu termometreler kullanılan sıvının donma sıcaklığı ile kaynama sıcaklığı arasında-ki sıcaklıkları ölçebilir. Laboratuvarlarda kullanılan cıvalı termometreler -10 oC ile 110 oC aralığında ölçeklendirilir. Cıvanın donma sıcaklığı -39 oC, alkolün donma sıcaklığı ise -115 oC’dir. Bu nedenle hava sıcaklığının çok düşük olduğunu bildiği-miz kutuplara yakın ülkelerde özellikle alkollü termometreler kullanılır.

Sıvılı hasta termometrelerinde vü- cut sıcaklığındaki küçük değişiklikleri görmek için 33 oC ile 45 oC arasında öl- çeklendirme yapılır. Termometrelerde kullanılan kılcal cam borunun kesit alanı ne kadar küçük seçilirse termometrenin hassasiyeti o kadar büyük olacaktır.

149

Gazlar moleküler yapılarından dolayı sıvı ve katı maddelere göre sıcaklık değişimlerinden daha çok etkilenir. Bu nedenle laboratuvarda çok has-sas sıcaklık ölçümleri için gazlı termometreler kullanılır.

Sıcaklığın yaklaşılamayacak kadar yüksek olduğu veya erişil-mesi zor olan yerlerin sıcaklıklarının ölçülmesinde pirometre kullanılır. Pirometreler ayrıca, hastanelerde vücuda temas et-meden yapılan sıcaklık ölçümlerinde de kullanılmaktadır.

Termometrelerde, direnci sıcaklıkla değişen ter- mistörler (yarı iletken devre elamanları) ve sıcaklığa bağlı olarak renk değiştiren sıvı kristaller kullanıla- bilir. Uçak kanatlarına takılan termistörler ile -90 oC ile 130 oC arası sıcaklıklar ölçülebilir.

Yüksek sıcaklık ölçümleri için fabrika ve fırınlarda metal termometreler kullanılır. Metal termomet-reler ile 1600 oC’ ye kadar olan sıcaklıklar ölçüle-bilmektedir.

Termometrenin hassasiyeti aşağıdaki değişkenlere bağlıdır.• Kullanılan kılcal borunun kesit alanı• İçindeki sıvının cinsi• Sıvının konduğu haznenin büyüklüğü• Kılcal borunun cinsi• Bölme sayısı

150


Yaşadığımız ortamın sıcaklığını doğru bir şekilde ölçmek için termometrelerden ya-rarlanırız. Şu ana kadar bahsedilen referans aralıkları ve sıcaklık birimlerinden farklı aralık ve birimler kullanan termometre çeşitleri de vardır. İstersek odamızın sıcaklığını belirle-mek amacıyla kendi termometremizi de yapabiliriz.

Bilim insanı Sıcaklık birimi Suyun donma sıcaklığı Suyun kaynama sıcaklığı

Celsius oC 0 oC 100 oC

Fahrenheit oF 32 oF 212 oF

Kelvin K 273,15 K 373,15 K

Yılan Deveİnsan At-Eşek Kedi-Köpek Koyun-Keçi Kuşlar

20-30 37-37,536,5-37 37,5-38 38,5-39 40,5-42,539-40

Bazı canlıların yaklaşık vücut sıcaklık aralıkları (oC)

(ortalama)

Bilim insanları sıvılı termometreleri ölçeklendirmek için deniz seviyesindeki (standart açık hava basıncında) saf suyun donma ve kaynama sıcaklıklarını referans almıştır.

1724 yılında Alman fizikçi Daniel Gabriel Fahrenheit, deniz tuzu, buz ve su karışımının sıcaklığının değişmediği noktayı (denge sıcaklığı) 0 Fahrenheit derece (oF) olarak belirlemiştir. Sonra su-buz karışımının denge sıcaklığını 32 oF olarak ölçmüştür. Daha sonra ise suyun kaynama sıcaklığı 212 oF olarak belirlenmiş ve ölçeklendirme yapılmıştır. Bu ölçeklendirmede suyun donma sıcaklığı ile kaynama sıcaklığı aralığı 180 eşit parçaya bölünmüştür.

Celsius termometresi, 1742 yılında İsveçli gökbilimci Anders Celsius tarafından ölçeklendirilmiştir. Bu ölçeklendirmede suyun donma sıcaklığı 0 Celcius derece, kaynama sıcaklığı ise 100 Celcius derece olarak belirlenmiştir. Bu aralığı, 100 eşit parçaya bölmüş ve her bir parçayı 1 oC (1 Celsius derece) olarak ifade etmiştir. 0 ile 100 aralığı ondalık sayma sistemine göre kullanım kolaylığı sağlar. Celsius termometresi dünyada en yaygın kullanılan sıvılı termometre çeşididir.

1848 yılında Kelvin termometresi, İrlandalı William Thomson (Lord Kelvin) tarafından bir maddenin düşebileceği en düşük sıcaklık değeri referans alınarak geliştirilmiştir. Buna göre, suyun donma sıcaklığı 273,15 Kelvin, kaynama sıcaklığı ise 373,15 Kelvin olarak belirlenmek sureti ile bir ölçeklendirme yapılmıştır. Farklı termometrelerin birimleri ve referans aralıkları tabloda gösterilmiştir.

Termometrelerin Ölçeklendirilme Mantığı

Bilim insanlarının yaptığı bazı hesaplamalar sonucu, ulaşı-labilecek en düşük sıcaklığın (mutlak sıfır) -273,15 oC oldu-ğu belirlenmiştir.


151

Araç gereçler

• Pet şişe

• Su

• Mürekkep veya gıda boyası

• İnce şeffaf pipet

• Kâse

• Oyun hamuru

Termometrenin yapılışı

1. Pet şişenin kapağını ortasından delelim.

2. Pet şişeyi soğuk suyla dolduralım.

3. Bir miktar mürekkep ekleyerek suyu renklendirelim.

4. Kapak deliğinden bir pipet geçirip deliğin çevresini oyun hamuru ile hava almayacak

bir şekilde kapatalım.

5. Pet şişeyi odamıza koyalım ve pipetteki sıvı seviyesinin sabit bir noktaya geldiği yeri

işaretleyelim.

6. Yaptığımız termometreyi sıcak ve soğuk ortamlara bırakarak pipetteki sıvının

seviyesindeki değişimi gözlemleyelim.

7. Yaptığımız termometreyi ölçeklendirelim.

Kendi Termometremizi Yapalım!PROJE-1

Farklı birimlerde ölçeklendirilen herhangi bir termometrede ölçülen bir sıcaklığın değeri (X), diğer sıcaklık birimlerine aşağıdaki eşitlik yardımıyla dönüştürülür. Bu eşitlikte görülen DS, donma sıcaklığını; KS ise kaynama sıcaklığını ifade etmektedir.

,C F KKS DSX DS

100 18032

100273 15

=-

=-

=-

-

Görüldüğü gibi, bir maddenin sıcaklığı kullanılan termometrenin ölçeklendirilmesine bağlı olarak farklı büyüklüklerde ifade edilebilir.


Son yıllarda, değerli ürünle-rin uzun süre bozulmadan kalabilmesi için çok soğuk ortamlar oluşturulmuştur. Bunun için sıvılaştırılmış hid-rojen, helyum veya azot kul-lanılmaktadır. Örneğin sıvı azot yaklaşık -196 °C’de kay-nar. Bu kadar düşük sıcaklık birçok endüstriyel alanda fayda sağlamaktadır.


152


Örnek 1Bir sebze üreticisi serasında yetiştirdiği ürünleri sıcaklık birimi olarak Fahrenheit’ı kullanan İngiltere’ye ihraç edecektir. İletişim kurduğu firma yetkilisi, ürünlerin yetiştirilme sürecindeki seranın sıcaklık değerini hem Celsius hem de Fahrenheit cinsinden öğrenmek ister. Bunun üzerine üretici, serasındaki sıcaklığı bir termometre ile 20 oC olarak ölçer. Acaba bu sıcaklık değerinin Fahrenheit karşılığı nedir?

Çözüm1. Yol

100 Celsius bölmesi = 180 Fahrenheit bölmesi1 Celsius bölmesi = 1,8 Fahrenheit bölmesi20 Celsius bölmesi = 36 Fahrenheit bölmesi200 C = 32 oF + 36 oF = 68 oF değerine karşılık gelir.

2. Yol20 oC, Fahrenheit ölçekli termometrede ise,

F-32=180.(100

20)

F=68 oFdeğerine karşılık gelir.

Örnek 2Bir fizikçi gerçekleştireceği analizler için bir termometre yaparak bu termometrenin birimine kendi isminin baş harfini verir. Bu termometrede saf suyun donma sıcaklığını -20 oH, kaynama sıcaklığını 130 oH olarak belirler. Sonra, analizi için kullanacağı bir maddenin sıcaklığını ise bu termometrede 100 oH olarak okur. Acaba maddenin sıcaklığı kaç oC’ dir?

ÇözümMaddenin sıcaklığı, ölçeklendirmeler arası geçişi sağlayan eşitlikten,

100

C

KS DS

H DS�

-

-

100

C

130 ( 20)

100 ( 20)�

- -

- -

C.150 = 100. 120

C = 150

12000 ifadesinde

C = 80 oC olarak bulunur.

0 oC

100 oC

32 oF

212 oF

20 oC ?

153

-103 -102 102 103 104 105 106 107-10 100

Bazı ortam sıcaklıkları (oC)

Isı Nasıl Ölçülür?Isının bir enerji aktarımı olduğundan bahsetmiştik. Dolayısıyla ısının da birimi jou-

le’dür. Bununla birlikte, yaygın bir şekilde ısı birimi olarak kalori (cal) de kullanılır. 1 gram saf suyun sıcaklığını 14,5 oC’ den 15,5 oC’ ye çıkarmak için gerekli ısı miktarı 1 kalori olarak tanımlanır. Isı doğrudan ölçülebilen bir fiziksel büyüklük değildir. Bir maddenin sıcaklığın-daki değişimden yola çıkarak ısı miktarını belirlemeye yarayan araçlar kalorimetre olarak adlandırılır (Şekil 5.1).

Maddelere enerji verildikçe maddelerin atom veya moleküllerinin kinetik enerjileri artar. Bu durumu gözlemleyebileceğimiz bir etkinlik yapalım.

Şekil 5.1 Kalorimetre


İnsanların vücut sıcaklığı ortalama 36,5 - 37 oC arasında değişmektedir. Gün boyunca yapılan faaliyetlere göre vücut sıcaklıkları artar ya da azalır. Örneğin tarlada çalışan bir çiftçinin vücut sıcaklığı artarken, soğukta hareketsiz kalan birisinin vücut sıcaklığı azalır. “Uyuyanın üstüne kar yağar.” ifadesini duymuşuzdur. Uyku durumunda vücut faaliyetleri yavaşlar. Ortam soğuk ise vücut sıcaklığı azaldığı için uyuyan kişilerin üzerini örtmek gerekir.

Vücudumuzun her bölümü aynı sıcaklık değerlerine sahip değildir. Mesela el ve burun sıcaklığı koltuk altı ve ağız içi sıcaklığından daha düşüktür. Eskiden ateşi çıkan çocukların vücut sıcaklığı ağızdan ölçülürdü. İnsanlarda vücut sıcaklığı koltuk altından hasta termometresi ile sağlıklı bir şekilde, birkaç dakikada ölçülür. Gelişen teknoloji ile alın bölgesinden vücut sıcaklığını hızlıca ölçebilen termometreler geliştirilmiştir.

İnsanda vücut sıcaklığının artması ile deride terleme olayı gerçekleşir. Ter, deri yüzeyinde sıvı hâlden gaz hâline geçerken vücudumuzdan ısı alır ve böylece vücut sıcaklığının düşmesine neden olur. Yüzümüze su veya kolonya sürdüğümüzde aynı soğuma durumunu yaşarız.

Vücut sıcaklığımızın dengede tutulması, vücudumuzda meydana gelen metabolik olayların düzgün işleyişi bakımından büyük önem taşır. Vücut sıcaklığımız belirli sınırların dışına çıkacak şekilde bir artış ya da azalış gösterirse sözünü ettiğimiz işlevlerin aksaması nedeniyle metabolik rahatsızlıklar yaşarız. Ya da bağışıklık sistemimiz, vücudumuzda “yabancı” olarak adlandırılan bir molekül veya mikroorganizma varlığını saptarsa bununla savaşmaya başladığı için vücut sıcaklığımız yükselir.

Vücut Sıcaklığımız Sabit midir?

154


“Enerji Akar mı?” etkinliğinde şişeye elimizle verdiğimiz ısı, hava moleküllerinin ki-netik enerjisini artırır. Şişe içerisindeki hava molekülleri titreşim, dönme ve ötelenme ha-reketlerini rastgele yapar. Hareketliliği artan hava moleküllerinin metal paraya daha fazla çarpmasıyla paranın hareket ettiğini görürüz.

İç EnerjiMaddeyi oluşturan atom ya da moleküllerin, hareketlerinden kaynaklanan kinetik

enerjileri vardır. Aynı zamanda madde içindeki atom veya moleküllerin bir arada durmasını sağlayan kimyasal bağlardan kaynaklanan potansiyel enerjileri de vardır. Bir maddenin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı iç enerji (ısıl enerji) olarak tanımlanır. İç enerji, skaler ve türetilmiş bir büyüklük olup, birimi joule’dür.

Isının sıcak bir maddeden soğuk bir maddeye doğru aktarılan bir enerji olduğunu belirtmiştik. Oysaki iç enerji maddenin miktarına, cinsine ve sıcaklığına bağlı olarak ta-nımlanır. Yalıtılmış bir sistemde bir maddeye verilen enerji, madde içinde iç enerji olarak depolanır. Madde dışarıya enerji verdiğinde ise maddenin iç enerjisi azalır.

Bir maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin hareketlerini görmek mümkün değildir. Ancak bu hareketliliği gözleyemesek de etkilerini görebileceğimiz durumlar vardır. Soğuk ve sıcak sulardaki bu etkileri görebileceğimiz bir etkinlik yapalım.

Araç gereçler

• Cam şişe

• Soğuk su

• Metal para

• Kap


1. Kaba bir miktar soğuk su dökelim.

2. Şişeyi soğuk suyun içine koyarak bir süre bekleyelim.

3. Şişeyi soğuk sudan çıkarıp şişenin ağzını tamamen örtecek şekilde bir metal para ile kapatalım.

4. İki elimizle şişeyi sararak paranın hareketini gözlemleyelim.

Sonuca ulaşalım

Metal paranın hareket etmesinin sebepleri neler olabilir?

Ötelenme, madde içindeki atom ve moleküllerin yer de-ğiştirme hareketidir.

Önemli!

Enerji Akar mı?ETKİNLİK - 1

155

Kaynayan su üzerinden yükselen buharda olduğu gibi bazı olaylar dikkatlice gözlem-lendiğinde enerji akışı fark edilebilir. “Mürekkep Nasıl Hareketlenir?” etkinliğinde soğuk ve sıcak sudaki mürekkep hareketliliğindeki farklılık, farklı sıcaklıklardaki su moleküllerinin farklı hızlara sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Sıcak su moleküllerinin mürekkebe aktardığı enerji daha fazla olduğu için sıcak suya damlatılan mürekkep daha hızlı dağıl-maktadır.

Farklı Maddelerin Sıcaklık DeğişimleriBir aşçı, patates kızartmak ve haşlamak için iki tencereye aynı miktarda sıvı yağ ve su koyar

(Şekil 5.2). Acaba yağın ve suyun sıcaklığını 100 oC’ye çıkarmak için aynı miktarda enerjiye mi ihtiyaç duyulur?

Bu sorunun cevabını bir deney ile bulmaya çalışalım.


Araç gereçler• Koyu mürekkep veya gıda boyası• İki adet damlalık• Bardak• Bir bardak sıcak su• Bir bardak soğuk su


1. Sulara mürekkep damlatıldığında, mürekkebin soğuk ve sıcak sudaki hareketlerini tahmin edelim.

2. Şimdi sulara aynı anda bir damla mürekkep damlatalım.

3. Mürekkebin soğuk ve sıcak sudaki hareketlerini gözlemleyelim.

Sonuca ulaşalım

1. Tahmin ve gözlem sonuçları tutarlı mı? Farklılık varsa sebepleri ne olabilir?

2. Mürekkep sıcak ve soğuk suda nasıl hareket etti? Sebebini açıklayalım.

Mürekkep Nasıl Hareketlenir?ETKİNLİK - 2

Şekil 5.2 Aşçı


Dünyada birçok arı türü vardır. Mesela dev eşek arısı Dalara Ga-ruda’nın boyu 6 cm’ yi bulur. Dev eşek arıları diğer arıların ballarını çalmak ister. Japon bal arıları, dev eşek arılarına karşı bir savunma tekniği geliştirmiştir. Bir dev eşek arısı kovana keşif için geldiğinde, Japon bal arılarının onlarcası dev eşek arısının üzerini kaplar ve tit-remeye başlar. Böylece bal arıları dev eşek arısının vücut sıcaklığını 47 °C’ ye kadar yükselterek dev eşek arısının ölümüne sebep olur. Bu sayede kovanlarını korurlar.


156



Araç gereçler• Terazi• Su• Alkol• Sıvı yağ• Üç adet termometre • Cam beher• Isıtıcı• Üç adet özdeş deney tüpü


1. Deney tüplerine eşit miktar ve sıcaklıkta su, alkol ve sıvı yağ koyalım.

2. Deney tüplerini dik duracak şekilde beherin içine tutturalım.

3. Tüplerdeki sıvılara termometre koyalım ve sıvıların ilk sıcaklık değerlerini ölçelim.

4. Beheri sıcak su ile doldurduğumuzu düşünelim. Bu durumda, kısa bir süre sonra deney tüplerindeki sıvıların birbirine göre sıcaklıklarının nasıl değişebileceği hakkındaki tahminlerimizi (az veya çok) yazalım.

5. Beheri sıcak su ile dolduralım.

6. Süre ilerledikçe (ör. 1 dk ara ile) termometre ile yaptığımız ölçümlerimizi Tablo 5.1’e not edelim.

Sonuca ulaşalım

1. Tahmin ve gözlem sonuçları tutarlı mı? Farklılık varsa sebepleri ne olabilir?

2. Süre ilerledikçe sıvıların sıcaklıkları nasıl değişti?

3. Sıvıları, sıcaklık artış miktarlarına göre büyükten küçüğe doğru sıralayınız.

Farklı Sıvılara Enerji Verelim!ETKİNLİK - 3

Su (°C) Alkol (°C) Sıvı yağ (°C)

İlk sıcaklıklar

Tahminlerim

1. Ölçüm

2. Ölçüm

3. Ölçüm

Tablo 5.1 Sıcaklık ölçüm değerleri

157

Eşit kütledeki farklı maddeler enerji aldıklarında ya da verdiklerinde bu maddelerin sı-caklık değişim miktarları aynı olmaz. Bu farklılık, her maddenin ısı ve sıcaklıkla ilişkili olarak kendine ait bir özelliği olduğunu gösterir ve öz ısı kavramı ile açıklanabilir. Bir saf madde-nin birim kütlesinin sıcaklığını 1 oC artırmak için gerekli ısı miktarına öz ısı denir. Maddenin öz ısısı c, kütlesi m ve sıcaklık değişimi ΔT olmak üzere maddeye verilen ya da maddeden alınan enerji miktarı,

Q = m . c . ΔT

matematiksel modeli ile ifade edilir.

Isı birimi olarak kalori (cal), kütle birimi olarak g ve sıcaklık birimi olarak oC alındığında, öz ısının birimi cal/g oC bulunur. Bazı maddelere ait öz ısı değerleri Tablo 5.2’ de verilmiştir.

Farklı sıvıların öz ısılarını belirlemek için yapılan bir deneyde, 25 oC’deki 200’er gram kütleli saf su, etil alkol ve zeytinyağına verilen enerji ve sıcaklıklarındaki artış miktarları Tablo 5.3’ te yer almaktadır.

Bu verilenlere göre su, zeytinyağı ve etil alkolün ısı-sıcaklık değişim grafiğini çizelim.

Madde c (cal/g. oC) c (j/kg. oC)

Su 1,00 4184

İnsan vücudu 0,83 3470

Etil alkol (40,5 oC) 0,65 2721

Etil alkol (0 oC) 0,55 2300

Buz (0 oC) 0,50 2100

Zeytinyağı 0,47 1968

Buhar (100 oC) 0,46 1920

Alüminyum 0,21 880

Cam 0,15 600

Demir 0,11 460

Kurşun 0,03 130

Isı (cal) 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Sıcaklık artışı(oC)

Su 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

Etil alkol 8,5 17,0 25,5 34 42,5 51,0

Zeytinyağı 10,5 21,0 31,5 42,0 52,5 63,0

Tablo 5.2 Farklı maddelere ait öz ısı değerleri

Tablo 5.3 Farklı maddelerin verilen enerji ve sıcaklıklarındaki artış miktarı


158


Şekil 5.3’teki grafik incelendiğinde, bütün sıvılar için sıcaklıktaki artışın verilen enerji ile doğru orantılı olduğu görülmektedir. Yani, her bir sıvı için verilen enerjinin sıcaklık de-ğişimine oranı sabittir. Örneğin su için, 2000 cal’lik enerjiye karşılık sıcaklık değişimi 10 oC, 4000 cal’de ise 20 oC olmuştur. Görüldüğü gibi bu oran bütün farklı noktalar için sabittir (200 cal/oC). Fakat zeytinyağı için, 2000 cal’lik enerjiye karşılık sıcaklık değişimi 21 oC ve 4000 cal’de ise 42 oC olmuştur. Görüldüğü gibi bu oran da sabittir (95.23 cal/oC). Zeytinyağı için bu oran suyunkinden daha küçüktür. Bu oran, öz ısı ile ilişkilidir. Buradan, aynı miktar-da enerji verildiği hâlde sıcaklık değişiklikleri büyük olan sıvıların öz ısısının daha küçük olduğu sonucuna varılır. Yani sıcaklık değişimi - ısı oranı ne kadar büyük ise sıvının öz ısısı o kadar küçüktür.

T

Q

D = m c

ifadesinden öz ısı (c),

cm T

Q�

: D

ile ifade edilir.

Suya ait öz ısı değerini aşağıdaki işlemleri yaparak bulalım.

ranıcaklık farkı

sımiktarı

T

QO

S

I� �

D

ifadesinde, su için verilen ısı ve sıcaklık değerleri yerine yazılırsa,

ran30 C

6000cal

20 C

4000calO

o o� � ,

Oran = 200 cal / oC olarak bulunur.

Şekil 5.3 Isı sıcaklık değişim grafiği

159

Öz ısı ifadesinde oran ve kütle değerlerini yerlerine yazalım.

cm

oran�

ifadesinde su için oran ve kütle değerleri yerine yazılırsa,

c200g

200cal / C1cal / g C

su

oo

� �

csu= 1 cal/g oC olarak suyun öz ısı değeri bulunur. Benzer işlemler etil alkol ve zeytinyağı için yapıldığında da öz ısı değerleri Tablo 5.3’ te verildiği gibi bulunur.

Öz ısı değeri maddenin ayırt edici özelliği olup birim kütle ile ilgili değerler verir. Fakat çevremizdeki maddeler farklı kütlelerdedir. Farklı miktarlardaki maddelerin sıcaklıklarını 1 oC artırmak için gerekli enerji miktarı aynı değildir. Bir maddenin sıcaklığını 1 oC artırmak için gerekli ısı miktarına ısı sığası denir. Isı sığası (C), maddenin cinsine ve miktarına bağlı-dır. Matematiksel olarak ısı sığası,

C = m.c

şeklinde ifade edilir.

Öz ısı maddenin birim kütlesinin, ısı sığası ise maddenin tamamının sıcaklığını 1 oC ar-tırmak için gereken ısı miktarıdır. Isı sığası maddelerin ayırt edici bir özelliği değildir. Kütle ve öz ısısı yüksek olan maddelerin sıcaklıklarını artırmak için daha fazla ısı gerekir.

Örnek 3

Bir anne, bebeğini yıkamak için kovaya doldurduğu suyun sıcaklığını 10 oC olarak ölçer. Bu sıcaklıktaki suyla bebeğini yıkayamayacağı için kovada bulunan 5 kg suyun sıcaklığını 40 oC’ye yükseltmek istemektedir. Kovadaki suyu bu sıcaklığa ulaştırmak için ne kadar enerji gerekir? (csu =1 cal/g.oC)

Çözüm

Suya verilmesi gereken enerji, csu =1 cal/g oC ve Q = m c ∆T eşitliği kullanılarak,

Q = m c ΔT

Q = 5000 g ∙ 1cal / g oC . (40-10) oC

Q = 150000 cal = 150 kcal

olarak bulunur.

Denizlerdeki suyun kütlesi bü-yük olduğu için ısı sığaları çok büyük olur. Bu yüzden deniz-lerin sıcaklık değişimleri çok yavaş gerçekleşir.


160


Buzluktan çıkarılan bir buz parçasının eridiğini, balkona asılan ıslak çamaşırların ise kuruduğunu görürüz. Ayrıca, soğuk bir günde otobüsün camlarının buğulandığını veya dışarıdaki su birikintilerinin donduğunu görürüz. Günlük hayatımızda bunlara benzer durumlarla birçok defa karşılaşırız. Bu bölümde, bu durumları ısı ve sıcaklıkla ilişkilendirerek açıklayacağız.

HâlDeğişimi

2. BÖLÜM

161

Günlük Hayatta Hâl DeğişimiKatı bir maddeye enerji verdiğimizde, belirli bir sıcaklığa ulaşınca maddenin erimeye

başladığını, sıvı hâldeki bir maddeye enerji verdiğimizde ise maddenin buharlaşarak gaz hâline dönüştüğünü gözlemleriz. Gaz hâline dönüşmüş bir madde, ortama enerji vermesi durumunda tekrar sıvı hâle geçer. Benzer şekilde, sıvı hâldeki bir madde de, enerji kaybederek katı hâle dönüşür. Bu durumlar, günlük hayatımızın içinde biz fark etmesek de sürekli oluşur. Su döngüsü, doğada suyun katı-sıvı-gaz değişimi ile hâl değiştirdiği bir olaydır. Bu olayda, suyun enerji kazanarak, buharlaşıp gökyüzüne ulaştığına ve uygun koşullar oluştuğunda enerji kaybederek yağmur, kar ve dolu olarak tekrar yeryüzüne döndüğüne şahit oluruz (Şekil 5.4).

Bu tür dönüşümleri evimizde de görürüz. Örneğin yemek yaparken tereyağını sıcak tavaya bıraktığımızda tereyağı hemen erimez. Tereyağının tamamının erimesi için tavayı yanan ocak üzerinde bekleterek tavaya belirli bir miktar enerji vermek gerekir (Şekil 5.5). Katı maddelere enerji verildiğinde bu maddeler hemen hâl değiştirmeye başlamaz. Ener-ji verilen katı maddenin sıcaklığı artarken, atom ve moleküllerin kinetik enerjisi artarak birbirinden uzaklaşır. Katılar ancak erime sıcaklığına ulaştığında hâl değiştirmeye başlar ve erime tamamlanana kadar sıcaklıkları değişmez. Katıların erime sıcaklıkları maddelerin özelliklerine göre farklı olabilmektedir.

Katı bir maddenin erime durumunu, yani enerji alarak sıvı hâle geçmesini gözlemle-mek ve daha yakından incelemek için bir etkinlik yapalım.

Şimdi Düşünelim!Sıcak bir günde, buzdolabı-nın derin dondurucu kapağı-nı açtığımızda buhar çıktığını görürüz. Bu kadar soğuk bir ortamdan buharın çıkmasını nasıl açıklarız?

Şekil 5.4 Su döngüsü

Şekil 5.5 Tereyağı


Buharlaşma

Yoğunlaşma

162


Isıtıcıyı kullanırken dikkatli olalım!

Araç gereçler• Mum• Isıtıcı• Deney tüpü

• Termometre


1. Deney tüpüne mum parçalarını atıp tüpün içine bir termometre yerleştirelim.

2. Deney tüpünü ısıtalım.

3. Deney tüpünün içindeki termometreyi mum tamamen eriyene kadar belirli aralıklarla gözlemlemeye devam edelim.

4. Mumun erime sıcaklığını tespit edelim.

Sonuca ulaşalım

1. Mumun erime sıcaklığı kaç °C olarak tespit edildi?

2. Mum hâl değiştirmeye başladıktan sonra termometredeki sıcaklık nasıl değişti?

Mumu Eritelim!ETKİNLİK - 4

“Mumu Eritelim” etkinliğinde katı hâlde bulunan muma enerji verildi. Verilen enerji mumun moleküllerinin kinetik enerjilerini artırarak birbirlerinden uzaklaşmalarını sağla-maktadır. Böylece verilen enerji, mumun katı hâlden sıvı hâle geçmesine neden olur. Sıvı hâle geçmiş olan muma yeterince enerji verilirse, moleküllerinin sahip olduğu kinetik enerjileri artarak belirli bir sıcaklıktan sonra gaz hâline dönüşecektir. İşte bu duruma mad-denin hâl değişimi denir. Katı hâldeki maddelerin enerji alarak sıvı hâle geçmesine erime olayı denir.

Sıvı mumun ısıtılması kesildiğinde, zaman içinde katı hâle geri döndüğü görülür. Bu durumun sebebi sıvı mumun aldığı enerjiyi ortama geri vermesidir. Çünkü ortamın sı-caklığı, sıvı mumun sıcaklığından düşüktür. Önceki bölümde, sıcaklık farkı olan maddeler arasında enerji alışverişi olacağını öğrenmiştik. O hâlde sıvı hâldeki bir maddenin, enerji vermesi sonucunda katı hâle geçmesine donma olayı denir.

Hâl değişimi aynı zamanda maddenin sıvı ve gaz hâllerinde de gözlenir. Örneğin göz-lük kullanan kişiler, soğuk ortamdan sıcak ortama girdiklerinde gözlükleri buğulanmakta ve çoğu zaman bu durumdan rahatsız olmaktadırlar. Gözlük kullanan kişilerin bu proble-

Katı maddelerin, katı hâlden sıvı hâle geçerken erime sü-resince sıcaklığı değişmez. Katı maddeye verilen enerji, maddenin hâl değiştirme-sinde kullanılır.

Önemli!

163

mi yaşamalarının nedeni yine maddelerin hâl değişimidir. Hava içinde bulunan su buharı gözlüklerin camı üzerinde hâl değiştirerek sıvı hâle geçmektedir. Havadaki su buharının gaz hâlinden sıvı hâle nasıl dönüştüğünü ve bu dönüşümün sıcaklıkla ilişkisini anlamak için bir etkinlik yapalım.

Havada gaz hâlinde bulunan su buharının sıvı hâle geçebilmesi için moleküllerinin kinetik enerjisinin azalması gerekir. Buhar, soğuk bir yüzey ile karşılaştığında moleküllerin kinetik enerjisi azalır ve birbirlerine yakınlaşır. Bunun sonucunda buhar sıvı hâle geçer. Yüzey soğukluğunun fazla olması, daha fazla buhar molekülünün enerji kaybederek yo-ğunlaşmasına sebep olur.

Bağıl Nemİnsan nefesinde nem, başka bir deyişle su buharı vardır. Yaptığımız etkinlikte buzun

aynaya temas ettiği bölgede soğukluk daha fazladır. Cama üflediğimizde cam yüzeyinin daha soğuk olan bölgelerinde buğulanmanın daha fazla olduğu görülür. İlkbahar veya sonbahar sabahlarında bitkilerin üzerinde oluşan çiğ taneleri bu duruma güzel bir örnektir.

Ayna veya camın elimizi kesmemesine dikkat edelim!

Araç gereçler• Buz parçaları• Ayna veya cam


1. Buz parçalarını masa üzerine dizelim.

2. Cam veya aynayı buzların üzerine koyalım.

3. Camın soğuması için biraz bekleyelim.

4. Camın yüzeyine yavaş yavaş üfleyelim.

Sonuca ulaşalım

1. Cama üflediğimizde ne oldu? Bu durumu nasıl açıklarız?

2. Camın her yerinde aynı miktarda buharlaşma olmamasının nedeni nedir?

3. Günlük hayatımızda bu olaya benzer başka ne tür olaylarla karşılaşırız?

Buğulu CamETKİNLİK - 5


Eski çağlarda mum, koyunla-rın kuyruk yağlarından yapı-lırdı. Gelişen teknoloji ile ar-tık mum yapımında parafin maddesi kullanılmaktadır.


164


Gaz hâlindeki su moleküllerinin sahip olduğu enerjinin bir kısmını vererek gaz hâlin-den sıvı hâle geçmesine yoğunlaşma olayı denir. Isı alan sıvıların moleküllerinin enerjisi artar. Sıvı yüzeyindeki moleküller yeterince kinetik enerjiye sahip olduğunda sıvı yüzeyin-den ayrılırlar. Atom veya moleküllerin sıvı yüzeyinden ayrılarak gaz haline geçmesine bu-harlaşma olayı denir.

Enerji alan sıvı moleküllerinin çok hızlı hareketi sonucu, fokurdayarak sıvı yüzeyinden ayrılmasına kaynama olayı denir. Kaynama buharlaşmanın özel bir durumudur. Buharlaş-ma her sıcaklıkta ve sıvının yüzeyinde gerçekleşirken, kaynama yalnızca belirli bir sıcaklık-ta ve sıvının her noktasında gerçekleşir.

Nem, sıvı hâlden gaz hâline geçmiş havadaki su buharıdır. Hava içindeki nem mik-tarı canlılar için çok önemlidir. Çok kuru veya nemli havalar nefes almamızı olumsuz yönde etkiler. Nem oranı yaşadığımız yerin sıcaklık, rakım ve su kaynakları gibi farklı özelliklerine bağlı olarak değişir. Hava durumlarında bahsedilen nem oranı gerçekte hava içinde bulunan su buharı miktarını göstermez. Bu oran, ortamın belirli bir sıcaklık ve rüzgâr durumunda havanın tutabileceği en fazla nem miktarı ile karşılaştırılarak elde edilir. Örneğin yukarıdaki göstergede Trabzon’da nem oranının % 67 olması, havanın % 67’sinin su buharı olduğu anlamına gelmez. Bu değer bize, havanın Trabzon’da 13 C sıcaklıkta ve 14 km/h hızla esen rüzgârlı bir ortamda tutabileceği su buharının %67’sini tutmuş olduğunu gösterir. Sıcaklık veya rüzgârın hızı değiştiğinde, aynı miktardaki su buharı için bu oran farklı olacaktır.

Birlikte Düşünelim!Karpuzu kesip bir süre güneş-te beklettiğimizde karpuzun daha serin olduğunu hissede-riz. Bu durumu nasıl açıklarız?

Son yıllarda nanoteknoloji kullanılarak camların buğulan-ma veya buzlanma problemine çözüm aranmaktadır. Bu konuda araştırma yaparak bulduklarınızı (bilgi, resim, video vb.) sınıfta paylaşınız.

Araştıralım

Bir maddenin hâl değişim sı-caklığı madde üzerine uygu-lanan basınç ve maddenin safsızlığına bağlıdır.

Önemli!

Arabaların radyatörlerindeki suyun kışın soğuk havalar-da (0 oC altında) donmaması için suya antifiriz denen bir madde eklenir. Böylece saf-sızlığı değiştirilerek donma sıcaklığı düşürülmüş olur.


165

Şekil 5.6’ daki hâl değişim grafiği incelendiğinde, maddenin hâl değiştirmediği du-rumlarda sıcaklığının verilen enerji ile arttığı görülmektedir. Buna karşılık maddenin hâl değiştirmesi esnasında maddeye verilen enerji arttığı hâlde sıcaklığının değişmediği gö-rülür. Hâl değişimi ile ilgili olaylar Şekil 5.8’de gösterilmiştir.

Bazı saf maddelere ait donma ve kaynama sıcaklıkları Tablo 5.4’ te verilmiştir.

Tablo 5.4 Bazı saf maddelere ait donma ve kaynama sıcaklıkları

Şekil 5.6 Hâl değişim grafiği

Madde Donma Sıcaklığı (oC) Kaynama Sıcaklığı (oC)

Azot -209,9 -195,7

Civa -38,8 356,5

Kalay 232,1 2270,0

Kurşun 327,4 1751,0

Sofra tuzu 808,0 1473,0

Altın 1064,6 2807,0

Demir 1535,0 2750,0

Şekil 5.7 Buzun erimesi


Naftalin, kuru buz (katı kar-bondioksit) gibi bazı mad-delerin katı hâlden enerji alarak doğrudan, sıvı hâle geçmeden gaz hâline geç-mesine süblimleşme olayı denir. Bu durumun tersi ola-rak maddelerin gaz hâlinden sıvı hâle geçmeden katı hâle geçmesine ise kırağılaşma (kristalleşme) adı verilir.

Önemli!

Şekil 5.8 Hâl değişim şeması

166


Hâl Değiştirme IsısıMaddeler hâl değiştirirken enerji almalarına veya vermelerine rağmen rağmen sıcak-

lıklarının değişmediğini belirtmiştik. Verilen veya alınan enerji bir maddenin bir hâlden başka bir hâle geçmesini, yani hâl değiştirmesini sağlar.

Erime sıcaklığında, katı hâlde bulunan 1 gram maddenin sıvı hâle dönüşmesi için gerekli enerji miktarına erime ısısı (Le), donma sıcaklığında bulunan 1 gram sıvı hâldeki maddenin katı hâle geçmesi için dışarıya verdiği enerji miktarına ise donma ısısı (Ld) de-nir. Aynı madde için erime ısısı ile donma ısısı aynıdır (Le = Ld). Kaynama sıcaklığında, sıvı hâlde bulunan 1 gram maddenin gaz hâline geçmesi için verilmesi gerekli enerji miktarına buharlaşma ısısı (Lb), yoğunlaşma sıcaklığındaki gaz hâlinde bulunan 1 gram maddenin sıvı hâle dönüşmesi için dış ortama verdiği enerji miktarına yoğunlaşma ısısı (Ly) denir. Aynı madde için buharlaşma ısısı ile yoğunlaşma ısısı da aynıdır (Lb = Ly).

1 g suyun hâl değişimi için gerekli ısı miktarları:

Hâl değişim durumunda bir maddenin aldığı ya da verdiği enerji miktarı,

Q = m. L

matematik modeli ile verilir.

Burada L, maddenin hâl değişimine bağlı olarak erime, donma, buharlaşma veya yo- ğunlaşma ısısını göstermektedir. Maddeye enerji verildiğinde gerçekleşen sıcaklık artışı ve

hâl değişimini örnekler üzerinde görmeye çalışalım.

Örnek 4

Avucumuzun içinde tuttuğumuz, sıcaklığı -10 oC olan 50 g kütleli bir buz parçasının tama-mıyla eriyebilmesi için vücudumuzdan kaç joule’lük bir enerji alması gerekir? (Dış ortamla enerji alışverişi yapılmadığı kabul edilecektir.) (cbuz= 0,5 cal/gOC, Le=80 cal/g)

Çözüm

-10 dereceki buz, sıcaklığı 0 oC’ye artana kadar hâl değiştirmez. Bu nedenle, ısının hâl değişi-minin olmadığı durumlar için tanımlanmış matematiksel modeli olan,

Q=m c ∆T

ifadesini kullanırız.

Le = 80 cal/g Lb = 540 cal/g

Ld = 80 cal/g Ly = 540 cal/g

Eskiden evlerde güve kovu-cu olarak naftalin kullanılır-dı. Katı naftalin süblimleşe-rek havada gaz hâline gelir. Nefes yoluyla vücuda giren naftalin insan sağlığı için zararlıdır. Özellikle metabo-lizmaları gelişmekte olan ço-cuklar için tehlikelidir. Bu ne-denle naftalin artık pek fazla tercih edilmemektedir.


167

-10 oC’ deki 50 g buzu 0 oC’ de 50 g buz hâline getirmek için gereken ısı Q1 ise,

Q1=m cbuz ∆T

ifadesinde verilenleri yerine yazalım.

Q1= 50 g ∙ (0,5 cal/g oC) ∙ (0-(-10)) oC= 250 cal

bulunur.

0 oC’ deki 50 g buzu 0 oC’ de 50 g su hâline getirmek için gerekli ısı miktarı, hâl değişi-mi için verilen eşitlik kullanılarak,

Q2= m L = 50 g 80 cal/g=4000 cal

olarak bulunur. Bu durumda vücudumuzdan alınan toplam enerji ise hesapladığımız Q1 ve Q2 ısılarının toplamına eşittir yani ,

Q=Q1+ Q2= 250 cal+ 4000 cal= 4250 cal’dir.

Kalori cinsinden bulunan bu enerji değeri joule birimine dönüştürülebilir.

1 kalori=4,18 J

4250 cal ise 4250 . 4,18 = 17765 J

olur.


Galyum grimsi renkte olan bir metaldir. Doğada saf hâlde bulunmayan galyum metali kolaylıkla elde edi-lir. İnsan vücudunda çok az miktarlarda bulunur. Galyum metalini avuç içinde tuttu-ğumuzda bu metal elimiz-den ısı alarak erimeye başlar.


168


Sıcak günlerde soğuk su içmek isteriz. Suyun sıcaklığını azaltmak için içine bir miktar buz koyarız. Bu bölümde iki ya da daha fazla madde bir araya geldiğinde, bir süre sonra enerji alışverişi ile bu maddelerin sıcaklıklarının nasıl dengelendiğini inceleyeceğiz.

IsılDenge

3. BÖLÜM

169

Sıcaklık Nasıl Dengelenir?Genellikle çocuklar çok sıcak çay veya süt içemezler. Bu nedenle çocuklara “paşa çayı”

denilen, içine soğuk su ilave edilmiş çay verilir. Farklı sıcaklıklarda bulunan maddelerin hangisinden hangisine enerji aktarılıyor? Farklı sıcaklıklardaki suların enerji aktarımı ile sı-caklık değişimlerini görebilmek için bir etkinlik yapalım.


Araç gereçler

• İki adet plastik bardak

• Soğuk ve sıcak su

• Pipet

• Mandal

• İki adet termometre

• Cam macunu


1. Plastik bardakları şekilde görüldüğü gibi delelim.

2. Deliklerin arasına bir pipet takalım.

3. Pipetin bardağa tutrurulduğu yerleri su kaçırmayacak şekilde cam macunu yardımı ile kapayalım.

4. Pipeti ortasından şekildeki gibi mandal ile sıkıştıralım.

5. Bir bardağa soğuk, diğerine sıcak su koyalım.

6. Suların başlangıç sıcaklıklarını termometre ile ölçelim.

7. Mandalı çıkaralım.

8. Belirli aralıklarla termometreleri gözlemleyip verileri kaydedelim.

Sonuca ulaşalım

Bardaklardaki sıcaklık değişimlerini yorumlayalım.

Sıcaklığı Dengeleyelim! ETKİNLİK - 6

Isıl Denge

170


“Sıcaklığı Dengeleyelim “ etkinliğinde sıcak su enerji kaybederek soğurken, soğuk su ise enerji kazanarak ısınır (Şekil 5.9). Bu durum suların sıcaklıkları eşit oluncaya kadar de-vam eder. Benzer şekilde farklı sıcaklıklardaki maddelerin enerji alışverişleri sonucunda eşitlenen sıcaklıklarına denge sıcaklığı (Td) denir. Sıcaklıkları eşit hâle gelerek denge sı-caklığına ulaşan maddeler ısıl dengededir. Isıl dengeye gelene dek maddelerin aldıkları ve verdikleri enerjiler birbirine eşit olur. Bu durum,

Alınan Isı (QA) = Verilen Isı (QV)

matematiksel modeli ile ifade edilir.

Örneğin bir oda içindeki bütün eşyaları düşünelim. Bu oda içinde bulunan bütün eş-yalar birbirleriyle ısıl temas içindedir. Belli bir süre sonra, bu eşyalar ısıl dengede olur ve tümünün sıcaklığı birbirine eşit duruma gelir.

Bu maddeler arasında ısı alışverişi durduğunda maddelerin denge sıcaklığına ulaş- malarını bir örnek ile inceleyelim.

Örnek 530 oC’deki 100 g su içine buzdolabından alınan 6 oC’deki 100 g soğuk su ekleniyor. Karış-tırılan suların denge sıcaklığını bulalım. (Burada dış ortamdan ısı alışverişi yapılmadığını kabul edelim.)

ÇözümBu durumda sıcak su enerji veren, soğuk su ise enerji alandır. Sıcak suyun verdiği enerjiyi soğuk su aldığı için iki su arasında alınan ve verilen enerji miktarları eşittir. Yani,

Alınan Enerji = Verilen Enerji

QA = QV

m1 c ΔT1 = m2 c ΔT2

100 g . 1 cal/g oC . (Tdenge-6 oC) = 100 g . 1 cal/g oC . (30 oC -Tdenge)

2 Tdenge = 36 oC

Tdenge = 18 oC olarak bulunur.

sıcak madde

Şekil 5.9 Isıl denge durumu ve enerji aktarım diyagramı

Maddeler arasındaki enerji alışverişinde, alınan enerji verilen enerjiye eşittir.

Önemli!

Değişken sıcaklı, çevre sıcak-lığına göre vücut sıcaklığı de-ğişen hayvanlar için kullanı-lan bir terimdir. Sürüngenler, böcekler gibi hayvanlar bu gruba girer. Dağ farelerinin normalde vücut sıcaklıkları 35 oC ve kalp atışları dakikada 200-400 aralığında iken, kış uykusunda vücut sıcaklıkları 6 oC’ ye ve kalp atış sayıları da dakikada 4-12 aralığına kadar düşer. Kış uykusu sırasında bir kirpinin ise vücut sıcaklığı 5.5 oC’ ye kadar düşer.


171

Maddelerin ortamla denge sıcaklığına ulaşma süresi maddelerin ortamla temas eden yüzey alanına bağlıdır. Yüzey alanın maddelerin sıcaklık değişimine etkisini daha iyi göre-bilmek için bir etkinlik yapalım.

Aynı miktarda ve sıcaklıktaki parçalanmış ve bütün hâldeki buzları oda sıcaklığına bı-raktığımızda buzların erime süreleri farklı olur. Bu fark iki buzun yüzey alanlarının farklı olmasından kaynaklanır. Yüzey alanı daha büyük olan maddeler ortamla daha hızlı enerji alışverişi yapabilir. Bu yüzden, bu maddelerin sıcaklık değişimleri daha fazla olur.

Araç gereçler

• İki adet eşit kütleli ve sıcaklıkta buz parçası

• İki adet tabak


1. Buzun birini küçük parçalara ayıralım.

2. Bütün ve parçalanmış buz parçalarını ayrı tabaklara koyalım.

3. Her iki tabaktaki buzların erime sürelerini ölçelim.

Sonuca ulaşalım

Buz parçalarının erime süreleri arasında bir fark var mı? Varsa sebebi nedir?

Hangisi Çabuk Erir?ETKİNLİK - 7

Isıl Denge

Fotoğraf makinesi veya göz-lükler için özel camlar üretilir. Bu camlar üretilirken 1500-1600 oC’deki erimiş cam, özel fırınlarda kontrollü olarak çok yavaş bir şekilde oda sıcaklı-ğıyla (20-25 oC) ısıl dengeye getirilir.


Günlük hayatımızda “Hangisi Çabuk Erir?” etkinliğindeki sonuçtan nasıl faydalanılmak-tadır? Tartışalım.

TARTIŞMA

172


Günlük yaşantımızın hemen her alanında ısıya ihtiyaç duyarız. Güneş ve fosil yakıtlar bu enerji ihtiyacını karşıladığımız başlıca kaynaklardır. İhtiyacımız olan bu enerjiyi üretmek ve kullanmak kadar bir ortamdan başka bir ortama iletmek ya da bu enerjiyi bir ortamda tutmak da isteyebiliriz. Bu bölümde, enerjiyi nasıl iletebileceğimizi ve nasıl koruyabileceğimizi inceleyeceğiz.

Enerji İletim Yolları ve Enerji İletim Hızı

4. BÖLÜM

173

Enerji İletim Yolları

Isıyı sıcak bir maddeden soğuk olana enerjinin ak-

tarımı olarak ifade etmiştik. Bu iletim maddenin türüne

veya hâline göre farklı şekillerde gerçekleşir. Şimdi katı

bir maddede enerjinin iletilmesini gözlemlemek için bir

etkinlik yapalım (Şekil 5.10).

Bir katı maddeye enerji verdiğimizde, ısınan bölgedeki atom veya moleküllerin kinetik enerjisi artar (Şekil 5.11). Kinetik enerjisi artan atom veya moleküller daha soğuk atom veya moleküllerle çarpışarak onların enerjilerini artırır. Ayrıca metallerde bulunan serbest elektron-ların hareketliliği de artar. Böylece enerji, sıcak uçtan soğuk uca doğru yayılır. Katı maddelerde atom veya moleküllerin enerjilerini birbirlerine aktarmasına enerjinin iletim yolu ile yayılması denir.

Mumu kullanırken dikkatli olalım!

Araç gereçler

• Bir adet demir çubuk

• Toplu iğne

• Mum


1. Şekilde verilen düzeneği dikkatlice inceleyip kuralım.

2. Mumu eritip, demir çubuğun uç noktasından başlayarak 4 cm aralıklarla damlatalım. Toplu iğneleri dik duracak şekilde mumlara batıralım.

3. Demir çubuğu diğer ucundan mum ile ısıtmaya başlayalım ve toplu iğneleri gözlemleyelim.

Sonuca ulaşalım

Yaptığınız etkinlikte ne gözlemlediniz, bunun sebebi ne olabilir?

Metali Isıtalım!ETKİNLİK - 8

Şekil 5.10 Demirin ısıtılması

Şekil 5.11 Enerjinin iletim yoluyla yayılması


174


Genellikle katı, sıvı ve gaz hâlindeki maddelere enerji verildiğinde, enerjisi artan atom ve moleküller ara-sındaki mesafeler de artar ve bu maddelerin hacminde artış olur. Bunun sonucu olarak maddenin sıcaklığı yük-sek olan bölgesinin yoğunluğu azalır (Şekil 5.12). Sıvı ve gazlarda bu yoğunluk farkından dolayı atom veya mole-küller madde içinde hareket ederek yer değiştirir. Böylece enerji, madde içindeki atom veya moleküllerin hareketi ile taşınmış olur. Isının madde içindeki atom veya mole-küllerin öteleme hareketi ile taşınması olayına enerjinin konveksiyon yolu ile yayılması denir (Şekil 5.13).

Enerjinin iletim yollarından biri de ışımadır. Işıma, ışığın dalgalar şeklinde yayılması olarak tanımlanır. Bütün maddeler her sıcaklıkta ışıma yapar ve ışıma için maddesel bir ortama ihtiyaç yoktur. Dünyamızın en önemli enerji kaynağı Güneş’tir. Güneş’te bulunan hidrojen atomlarının birleşerek helyum atomlarına dönüşmesi sırasında çok yüksek bir enerji açığa çıkar. Bu enerjinin bir kısmı, güneş ışınları ile yaklaşık 8 dakikada dünyamıza ulaşır. Enerjinin bu şekilde maddesel ortama ihtiyaç duymadan yayılmasına ışıma yolu ile yayılma denir.

Günlük hayatımızda kullandığımız mikrodalga fırın veya kızılötesi (infrared) ısıtıcılarda enerji, ışıma yoluyla iletilir. Evlerin çatılarına yerleştirilen güneş enerjili su ısıtma sistemlerinde, enerji önce ışıma yolu ile sonra iletim ve konveksiyon yolu ile yayılır. Dünya’dan belirli uzaklıklara yerleştirilen haberleş-me uyduları enerjilerini Güneş’ten ışıma yolu ile elde eder (Şekil 5.14).

Şekil 5.13 Enerjinin konveksiyon yoluyla yayılması

Şekil 5.14 Uydu

Şekil 5.12 Suyun kaynaması

Hidrojen gibi küçük atom-ların birleşerek Helyum gibi büyük atomların oluşma-sına füzyon denir. Bu olay esnasında yüksek miktarda enerji açığa çıkar.

Atomların son yörüngele-rinde bulunan serbest elekt-ronlar, maddelerin hem ısı hem de elektrik iletkenliğin-de önemli rol oynar.

Önemli!

Enerjinin iletim ve konveksiyon yolu ile yayılmasındamaddesel bir ortama ihtiyaçvardır.

Önemli!

175

Alıştırma

Maddelerde enerji iletim yollarını öğrendik. Aşağıda verilen tabloda gündelik yaşamda gerçekleşen enerjinin yayılma yolları verilmiştir. Siz de çevrenizde gözlemlediğiniz enerji-nin yayıldığı olayları tabloya ekleyerek enerji iletim yollarını belirleyiniz.

Olaylar ve enerji yayılma çeşitleri İletim Konveksiyon Işıma

Gömleğin ütülenmesi - -

Tencerede suyun kaynatılması

Yanan şömine ile ısınma

…………………………………

…………………………………

…………………………………

…………………………………

Güneş ocağı veya güneş fırını gibi araç-lar enerjilerini doğrudan Güneş’ten alır. Bu araçlar yiyecekleri pişirmek, sıvıların sıcaklığını artırmak veya maddeleri ısıt-mak gibi işlerde kullanılır. Bu güneş ocak-ları diğer ısıtma araçlarına göre genelde ucuzdur ve basit bir teknoloji ile üretilir. Enerji olarak güneş enerjisini kullandı-ğı için benzin, gaz, kömür, elektrik veya odun benzeri yakıt kullanılmasına gerek

kalmamaktadır. Bu yüzden en ekonomik ve çevreci ısıtma araçlarıdır. Çoğunlukla açık bir alanda ve güneş ışığı yeterli iken kullanılır. Enerji verimliği ve çevre problemlerinin engel-lenmesi amacıyla güneş ocaklarının kullanımı desteklenmelidir. Bu araçların en olumsuz yanı, güneş ışığı yetersizken kullanılamamalarıdır.


Arabalarda radyatör denen bir bölüm vardır. Bunun içinde bulunan su, motorun aşırı ısınmasını önler ve motoru soğutur. Sıcaklığı yüksek olan su, radyatörün deliklerinden geçen daha soğuk hava ile ısıl temasa geçerek soğur. Bu döngü arabamızın uzun süreli çalışabilmesini sağlar.


176


Enerji İletim HızıSabah, kahvaltıda çayımızı cam bardak yerine metal bir bardaktan içecek olsak bar-

dağı tutmakta zorlanırız. Bunun sebebi, enerji aktarımının farklı maddelerde farklı hızlarda gerçekleşmesi ile açıklanabilir. Şimdi bir etkinlik yardımıyla farklı maddelerdeki enerji ile-tim hızını anlamaya çalışalım.

“Farklı Metallere Enerji Verelim” etkinliğinde aynı boyuttaki farklı metallerin enerji ile-tim hızlarının aynı olmadığı görülür. Enerji iletim aletinde, ilk olarak enerji iletkenliği fazla olan bakır çubuktaki toplu iğnenin düştüğü görülür. Toplu iğnelerin düşme sırası metal-


Araç gereçler

• Enerji iletim aleti (Isı maşası)

• Isıtıcı

• Mum

• Toplu iğne


1. Enerji iletim aletinin uçlarına eşit miktarda mum damlatarak toplu iğneleri dik duracak

şekilde tutturalım.

2. Enerji iletim aletinin ortasındaki metali mum ile ısıtalım.

3. Toplu iğnelerin farklı çubuklardaki düşme sıralarını belirleyerek tabloya kaydedelim.

Not: Daha tutarlı sonuçlar için deneyi birkaç kez tekrar edelim.

Sonuca ulaşalım

Toplu iğneler aynı anda mı düştü? Bunun sebebi ne olabilir?

Farklı Metallere Enerji VerelimETKİNLİK - 9

Çubuk çeşitleri Demir Bakır Nikel Alüminyum

Düşme sırası

Kışın, soğuk havalarda tah-ta ve beton banklara otu-ran iki kişiden beton banka oturan, daha çok üşüdüğü-nü hisseder.

Etkinlikte kullanılan enerji iletim aletinin basit modeli-ni yapabilirsiniz. Aynı boy ve kesitte demir, bakır veya alü-minyum çubuklar bularak ısı iletim aleti yapılabilir.

Önemli!

177

lerin enerji iletim hızlarına göre değişir. Çünkü farklı metallerin serbest elektron sayıları farklıdır. Tablo 5.5’ te bazı maddelerin enerji iletkenlikleri verilmiştir.

Maddelerin enerji iletimi hızı o maddenin yapısı ile ilgilidir. Eşit miktarda ısıtılan tahta ve metal kaşığın enerji iletim hızlarının aynı olmadığını deneyimlerimizden biliriz (Şekil 5.15). Metal içinde titreşen atom veya moleküllerin yapısında serbest hâlde hareket edebi-len çok sayıda elektron bulunduğunu söylemiştik. Katı hâldeki bir metalin bir ucu ısıtıldı-ğında, o bölgede bulunan serbest elektronların kinetik enerjisi artar ve etrafında bulunan düşük enerjili serbest elektronlarla çarpışarak onlara enerji aktarır. Bu yüzden metallerde enerji iyi iletilir.

Bahçe işlerinde genellikle metallerden yapılmış araç ve gereçleri kullanırız. Çok soğuk veya sıcak havalarda bu araç ve gereçleri metal bölümünden tutmakta zorlanırız. Bu se-beple metal araçların sap kısımları ısı iletimleri iyi olmayan maddelerle kaplıdır.

Bir maddenin enerji iletimi yalnızca o maddenin yapısal özelliğine bağlı değildir. Sıcak cisimden soğuk bir cisme doğru aktarılan enerji, maddenin uçları arasındaki sıcaklık farkı-na da bağlıdır. Bu nedenle havanın çok soğuk ya da çok sıcak olduğu günlerde pencere-lerde enerji akışı çok hızlıdır.

Enerjinin taşınma hızını etkileyen iki değişkeni gördük. Bunlardan biri maddenin cinsi, diğeri ise maddenin iki ucu arasındaki sıcaklık farkı idi. Bir maddenin enerji iletim hızını etkileyen başka neler olabilir?

Bu sorunun cevabını yine günlük hayatta karşılaştı-ğımız örnekler üzerinden bulmaya çalışalım. Kış aylarında havanın soğuk olduğu günlerde kat kat kıyafetler giyeriz (Şekil 5.16). Vücudumuz dışarıdaki havadan daha sıcaktır. Vücut sıcaklığımızı korumak için enerji akış hızını azaltacak şekilde kıyafetlerimizi kalınlaştırırız. Öyleyse, maddenin ka-lınlığı arttıkça enerji aktarım hızı azalır. Kalın olan bir mad-dedeki enerji aktarım hızı aynı maddenin ince olanına göre daha yavaştır.

Şekil 5.15 Metal kaşı-ğın enerji iletimi

Şekil 5.16 Kışlık kıyafet

Bazı maddelerin yaklaşık enerji iletkenlikleri (Watt/metre.Kelvin)

Madde İletkenlik Madde İletkenlik

Gümüş 420 Su (0 oC’de) 0,56

Bakır 390 Su (20 oC’de) 0,59

Alüminyum 210 Hava 0,026

Kurşun 35 Cam 1,05

Beton 0,8 Tuğla 0,63

Tablo 5.5 Bazı maddelerin ısı iletkenlik katsayıları

Çok sıcak bir tencerenin kenarından çıplak elle tut-tuğumuzda elimizde şid-detli bir yanma hissederiz. Bu yüzden tencere kulpları enerji iletkenliği iyi olma-yan maddelerden yapılır. Bunun yanında, tencerele-rin tabanları enerji iletken-liği oldukça yüksek olan maddelerden yapılır.


178


Daha önce yapmış olduğumuz “Hangisi Çabuk Erir?” etkinliğini düşünelim. Etkinlikte aynı miktarda iki kalıp buzun birini daha küçük parçalara ayırmış ve yüzey alanını artırmış-tık. Yüzey alanı artan buz daha çabuk erimişti. Bu etkinlik açıkça gösteriyor ki yüzey alanı büyük olan maddelerin enerji iletim hızları da daha büyüktür (Şekil 5.17).

Enerji YalıtımıDünyadaki enerji krizi, ülkeleri enerjiyi daha verimli kullanmak için çeşitli düzenle-

meler getirmeye zorlamaktadır. Ülkemizde de son yıllarda bu amaçla çeşitli uygulamalar yapılmaktadır. Bunlardan bir tanesi de binaların dış cephe yalıtımlarının zorunlu hâle geti-rilmesidir. Bu yolla, kışın içerideki sıcak havanın dışarı; yazın da dışarıdaki sıcak havanın içe-ri girmesini engellemeye çalışırız. Böylece enerji aktarım hızını yavaşlatarak enerjiyi daha verimli kullanırız. Enerji yalıtımını anlayabilmek için bir etkinlik yapalım.

Maddenin cinsi

Maddenin iki ucu (yüzeyi) arasın-daki sıcaklık farkı

Maddenin kalınlığı

Enerji iletiminin gerçekleştiği yüzey alanı

Enerji iletim hızını etkileyen faktörler


Araç gereçler

• İki adet büyük ve iki adet küçük deney tüpü

• Beher

• Kum

• Pamuk

• İki adet özdeş termometre

• Sıcak su

Enerji YalıtımıETKİNLİK - 10

Şekil 5.17 Enerji ile-tim hızı

Isıl dengede olan ve uzun süre aynı ortamda bulunan tahta ile mermer bloğun sı-caklıkları eşittir. Fakat bir eli tahtada, diğer eli mermer-de bulunan bir kişi mermeri daha soğuk hisseder. Bunun sebebi enerji iletim hızıdır. Mermer, tahtaya göre daha hızlı enerji alır. Böylece eli-miz daha kısa sürede soğur ve mermeri tahtadan soğuk hissederiz.


179

Her maddenin enerji iletim hızı aynı değildir. “Enerji Yalıtımı” etkinliğinde kum ve pamu-ğun enerji iletim hızları karşılaştırılmıştır. Kumun enerji iletim hızı pamuktan daha iyidir. Enerji iletim hızı iyi olmayan maddelere yalıtım malzemeleri denir. Kış aylarında enerji iletim hızları daha yavaş olduğundan yünlü giysileri tercih ederiz. Soğuk havalarda yün kazak giydiğimiz-de üşümememizin nedeni kazağın bizi ısıtması değildir. Yün kazağın yalıtımı sayesinde vücut enerjimizin dış ortama çıkması yavaşlatılır. Böylece vücut sıcaklığımız korunmuş olur.

Vücudumuzun sıcaklığını koruyan yün kazakta olduğu gibi konutlarda enerji yalıtımı-nı sağlamak için farklı yöntemler kullanılır. Örne-ğin, kullanılan tuğlanın kalınlığı artırılır ya da ince tuğlalar arasına strafor veya cam elyaf adı verilen yalıtım maddeleri konulur. Bu şekilde, enerjinin iletim yoluyla yayılması engellenir. Bu yalıtımla-rın yapılması hem ev hem de ülke ekonomisine büyük katkı sağlar. Son yıllarda binalarda yaygın olarak yapılan bu enerji yalıtım işlemine manto-lama adı verilir (Şekil 5.18). Ayrıca evlerde enerji yalıtımı için tek cam yerine çift cam kullanılarak camlar arasında boşluk oluşturulur. Böylece dış ortama enerji aktarımı azaltılmış olur.


1. Küçük deney tüplerini büyük deney tüplerinin içine koyup iki tüp arasındaki boşluğu 1. tüp için kum ile, 2. tüp için ise pamuk ile dolduralım.

2. Büyük deney tüplerini bantla behere dik olarak sabitleyelim.

3. Küçük deney tüplerine eşit miktarda soğuk su koyduktan sonra tüplerin içlerine termometreleri yerleştirelim.

4. Behere sıcak su koyarak birer dakikalık aralıklarla tüplerdeki suyun sıcaklığını termometre ile ölçelim.

5. Elde ettiğimiz verileri tabloya yazalım.

Sonuca ulaşalım

1. Gözlemlerinizden hangi sonuca ulaşırsınız?

2. Gözleminize göre sıvıların sıcaklığının farklı miktarlarda artmasını etkileyen sebepler sizce neler olabilir?

Süre (…..) t1=0 t2 t3 ……

Kum olan tüpteki suyun sıcaklığı (°C)

Pamuk olan tüpteki suyun sıcaklığı (°C)

Şekil 5.18 Enerji yalıtımı


Astronotlar uzaydaki büyük sıcaklık değişimlerinden ko-runmak amacıyla enerji ilet-kenliği çok az olan ve özel maddelerden yapılmış kıya-fetler giyerler.


180


Benzer şekilde, termosta da enerji yalıtımı yapabilmek için sıvının içine konulduğu iki adet ince cam duvar arasında boşluk bulunur. Bu boşluk iletim yoluyla enerjinin dış ortama aktarılmasını engeller. Bu durum termos içerisindeki sıcak maddenin soğuması-nı yavaşlatır. Ayrıca termos içine soğuk madde konulduğunda da dışarıdan içeriye enerji geçişini yavaşlatır. Cam haznesinin ağız kısmı enerji iletkenliği az olan plastik madde ile kaplanır. Böylece dış ortamdan termos içindeki sıvıya ya da termos içindeki sıvıdan dış ortama iletim yolu ile enerji aktarımı yavaşlatılmış olur. Bununla birlikte, cam haznenin iç ve dış yüzeyleri aynaya benzer bir şekilde yapılarak ışığın yansıltılması sağlanır ve böylece enerjinin ışıma yolu ile iletimi de engellenmeye çalışılır.

Sıcaklıkları Farklı Algılarız!Aynı ortamda bulunan iki kişi hava sıcaklığını farklı hissedebilir. Bu kişilerin hava sı-

caklığını farklı hissetmelerinin nedenleri neler olabilir?

İnsanlar yetiştikleri ortam ve vücut yapılarına göre ortam sıcaklığını farklı algılayabi- lirler. Bu durumu bir etkinlikle daha iyi anlayamaya çalışalım.

İnsan algıları bulundukları şartlara göre değişebilir. Örneğin Erzurum’da kışın, hava sıcaklığının 8-10 oC olduğu bir gün, sıcak bir gün olarak algılanabilir. Antalya’ da yaşayan bir kişi için aynı sıcaklık, soğuk bir gün olarak hissedilebilir. Ölçümlerle algılar arasında fark olması gayet doğaldır. “Algılarımız” etkinliğinde olduğu gibi, sıcak suyun içinden çıkardığı-mız parmağımızı ılık suya daldırdığımızda suyun soğuk olduğunu hissederiz. Soğuk suyun içinden çıkardığımız parmağımızı ılık suya daldırdığımızda ise suyun sıcak olduğunu hissede-riz. Algılarımız özneldir ve bizi bazen yanıltabilir. Bizi üşüten hava bir başkasına sıcak gelebilir.

Termoslar enerji yalıtımı için tasarlanmışlardır.


Araç gereçler

• Soğuk, sıcak ve ılık su

• Üç adet bardak


1. Bardaklara sırayla soğuk, sıcak ve ılık suları dikkatlice koyalım.

2. Birer parmağımızı bir süre soğuk ve sıcak suda beklettikten sonra aynı anda parmaklarımızı ılık suya batıralım.

Sonuç ulaşalım

Parmaklarınızda hissettiğiniz sıcaklıklar nasıldı? Bu durumu nasıl açıklarsınız?

Algılarımız!

ETKİNLİK - 11

181

Televizyonlarda hava durumu sunan spikerlerin, havanın hissedilen sıcaklık değerle-rinden bahsettiklerini duymuşuzdur. Hissedilen sıcaklığı etkileyen birçok değişken vardır. Bu değişkenlerden en önemlisi havanın nem oranıdır. Havadaki nem oranının fazla olması vücudun serinlemesinde önemli rol oynayan terlemenin etkisini azaltır. Hissedilen hava sıcaklığını vücut yapısı, yediğimiz yiyecekler, giyilen kıyafetler, hareketlilik ve rüzgâr gibi çeşitli değişkenler de etkiler.

Küresel IsınmaDünya, Güneş’ten gelen ışınların Dünya üzerinden yansımasıyla ısınır. Bu yansıyan

ışınlar, karbondioksit, metan ve su buharı gibi atmosferde bulunan gazlar tarafından tu-tulur. Böylece Dünya’nın sıcaklığı artar. Güneş enerjisinin bu gazlar tarafından tutulmasına sera etkisi denir (Şekil 5.19). Bilim insanları bu gazların atmosfere salınımı nedeniyle 20. yüzyılda Dünya’nın atmosfere yakın yüzeyinin ortalama sıcaklığının artmış olduğunu göz-lemlemişlerdir.

Atmosfere salınan bazı gazların neden olduğu sera etkisinden dolayı Dünya’nın or-talama sıcaklığındaki görülen artışa küresel ısınma denir. Ayrıca Güneş aktiviteleri ve Dün-ya yörünge hareketleri gibi etkilerin de küresel ısınmayı artırdığı bilinmektedir. Küresel ısınma sonucunda iklim değişiklikleri, ortalama deniz seviyesinin yükselmesi, hayvan türlerinin azal-ması, kuraklık, orman örtüsünün yok olması, denizlerin ısınması, tatlı su kaynaklarının azal-ması ve buzulların erimesi gibi olumsuz du-rumlarla karşılaşılabilir.

Küresel ısınma sonucu kutuplara yakın bölgelerde, eriyen buzulların yerini kara par-çaları veya sular alacaktır. Bu yolla, kara parçaları buza oranla daha fazla güneş ışığı so-ğuracağı için Dünya’nın sıcaklığının giderek artacağı tahmin edilmektedir. Bu durum bu bölgelerde yaşayan bazı canlı türlerinin yok olmasına neden olabilecektir.

Şekil 5.19 Yeşil Dünya


Küresel ısınma nedeniyle eri-yen buzullar yüzünden ku-tup ayıları yaşam alanlarını kaybetme tehlikesiyle karşı karşıyadır.


182


Küresel Isınmaya Karşı Alınabilecek Önlemler

• Aydınlatmalarda verimli tasarruf ampulü kullanmak.

• Otomobil kullanmak yerine toplu taşıma araçlarından faydalanmak, yürümek ve bi-

siklet kullanmak.

• Otomobillerin hava ve yakıt filtrelerinin her zaman temiz olmasına dikkat etmek.

• Evsel atıkları geri dönüştürmek.

• Yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmayı tercih etmek.

• Araçların lastik hava basınçlarının uygun değerlerde olmasına özen göstermek.

• Ambalajları fazla olan ürünleri kullanmaktan kaçınmak.

• Ev ve işyerinde enerji yalıtımı sağlamak ve ısınma sistemlerini daha bilinçli kullanmak.

• Elektronik cihazları kullanmadığımızda tamamen kapatmak.

• Her yıl en azından bir ağaç dikmek.

Gerekçe: Dünyada enerji ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Isınmada kullanılan fosil yakıtların çevreye yaydıkları gazlar sonucunda küresel ısınma, asit yağmurları, solunum yolu hastalıkları gibi sorunlar meydana gelmektedir. Günümüzde, ülkelerin enerji poli-tikaları, enerjiden verimli bir şekilde faydalanma, tasarruf yolları bulma ve yenilenebilir enerji (güneş, rüzgâr, su vb.) kaynaklarının daha fazla kullanılması üzerinedir.

Siz de okulunuzun yıllık enerji harcamalarını farklı kalemler (ısınma, aydınlatma, vb.) için he-saplayın ve söz konusu harcamaları azaltmak için bir proje hazırlayın.

Projenin adı: .......................................................................................................................................

(Sınıfta tartışılarak gerekçeye uygun olarak belirlenir.)

Amaç: ......................................................................................................................................................

Gruplar oluşturarak grup üyelerine görev dağılımı yapınız. Seçtiğiniz konuda daha önce yapılmış çalışmaları araştırarak probleminize getirilen çözüm önerilerini tartışınız.

• Çözüm önerinizi somutlaştırarak çiziniz.

• Projenizin bir modelini oluşturup, ürününüzü değerlendirerek raporlaştırınız ve sınıf-ta sununuz.

Küresel Isınmaya Karşı Bir Fikir! PROJE-2

183


NOTLARIM

184


Sıcak havalarda, çevremizdeki elektrik tellerinin sarktığını veya sıcak su doldurduğumuzda plastik bardakların şekil değiştirdiğini görebiliriz. Buna karşılık, soğutucudan çıkardığımız cam kavanozların metal kapaklarını açmakta zorlanır ve kalorifer peteklerinden soğurken veya ısınırken peteklerden sesler geldiğini duyarız. Enerji verilen maddelerde, sıcaklık artışı ile birlikte genleşme ya da hâl değişimi görülebilir.Bu bölümde maddelerin genleşmelerinin nelere bağlı olduğunu inceleyecek , çevremizde gerçekleşen genleşme olaylarını açıklayacak ve bu olayların sonuçlarını tartışacağız.

Genleşme

5. BÖLÜM

185

Genleşme Nedir?Genleşme günlük hayatta birçok durumda karşımıza çıkmasına rağmen bunların bir

çoğunun genleşme ile ilişkili olduğunu düşünmeyiz. Ancak, günlük hayatımızda genleşme olayından çok sık faydalanırız. Örneğin doğal gaz boruları ile metal boruları birleştirmek için önce dar kesitli borular ısıtılarak doğal gaz borularının genleşmeleri sağlanır. Sonra bu borular metal borulara takılır. Soğuyan hortum büzülerek metal boruya sıkıca yapışır. Böylece boruların gaz sızdırması önlenmiş olur.

Maddeler ısıtıldığı zaman, madde içindeki atom veya moleküller daha hızlı hareket eder ve birbirlerinden uzaklaşırlar. Bu durum maddenin hacminin artmasına neden olur. Maddelerin enerji alışverişi sonucunda sıcaklıklarındaki değişme nedeni ile hacimlerinde meydana gelen değişime genleşme denir.

Farklı maddelerin genleşme miktarları da farklıdır. Sıcaklık değişimi olduğunda her madde az ya da çok genleşir. Aslında genleşme, sıcaklık değişimi ile maddelerin hacmin-deki artma veya azalmanın genel adı olarak kullanılır. Maddelerin sıcaklığı azaldığında ha-cimleri de azalır. Bu duruma verilen özel isme büzülme denir.

Maddelerin genleşme miktarının az ya da çok olması, atom ya da moleküller arasın- daki bağların yapısına bağlıdır. Katılarda atom veya moleküller arası bağlar çok kuvvetli olduğu için genleşme miktarı sıvı ve gazlara göre daha azdır. Bu bağlar zayıfladıkça genleş- me miktarı da fazla olur. Bu nedenle, sıcaklığı arttırıldığında en fazla genleşme gazlarda görülür.

Maddelerin genleşme özelliğinden yarar-lanılarak birçok teknolojik alet üretilmiştir. Ör-neğin metallerin genleşme özelliğinden yarar-lanılarak termostat, yangın alarmı gibi birçok teknolojik ürün geliştirilmiştir. Termostatlar sı-caklığı kontrol eden mekanizmalardır. Termos-tatlarda farklı maddelerden oluşan bir metal çifti kullanılır. Metallerin genleşmeleri farklı olduğu için metaller belli bir sıcaklık değerine ulaşıldığında açık anahtar görevi görür. Sıcaklık değeri düştüğünde büzülmeden dolayı tekrar otomatik olarak devre çalışmaya başlar. Termos-tatlar elektrikli ısıtıcılar, buzdolapları ve kalorifer peteklerindeki vanalar gibi birçok yerde kullanı-lır (Şekil 5.20).

Birlikte düşünelim!Evimize gelen ustanın ban- yomuzun tabanına kare şek- lindeki fayansları döşerken aralarında boşluk bırakarak yerleştirdiğini görmüşüzdür. Acaba fayansların arasında ne-den boşluk bırakılmaktadır?

Şekil 5.20 Termostatlı vana

Genleşme

Tren rayları arasına boşluk bıra-kılmasının nedeni genleşme-dir. Raylar arasında boşluk bı-rakılmazsa çok sıcak havalarda genleşme sonrası rayların şekli bozulacaktır. Bu durum belki de seyahat hâlindeki trenlerin raydan çıkmasına sebep ola-caktır. Aynı şekilde köprülerde ve asfalt yollarda genleşme ve büzülme hesap edilerek gen-leşme derzleri bırakılır.


186


Bazen genleşme bize problem de yaratabilir. Fakat bu problemleri yine genleşmeden faydalanarak çözeriz. Örneğin annelerimiz mutfakta kapağı sıkışmış kavanoz veya şişelerin kapaklarını kolaylıkla açabilmek için sıkışmış olan kapağı sıcak su ile bir süre temas etti-rirler. Böylece genleşmenin etkisiyle cam kavanozdan daha fazla genleşen metal kapak rahatlıkla açılabilir. Genleşmenin olumsuz etkileri köprülerde, büyük çelik yapılarda ve be-tonarme binalar da da karşımıza çıkar. Genleşmenin olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için bu yapılarda bağlantı noktaları arasında boşluk bırakılır (Şekil 5.21).

Bir metalin hacimce genleşme veya büzülme duru-munu gözlemlemek için Şekil 5.22’de görülen gravzant halkasından yararlanılabilir. Bu halka ile yapılan deneyde, ilk olarak halkadan ancak geçebilen küre belirli bir süre ısı-tılır. Isıtılan kürenin artık halkadan geçmediği ve hacminin büyüdüğü kolayca görülür. Ayrıca ısıtılan küre soğuk suya batırılırsa kürenin tekrar halkadan geçtiğini gözlemleriz.Bu da kürenin hacminin azalarak büzüldüğünü gösterir.

Bu deneyde gözlemlendiği gibi, maddelerin hacim-leri sıcaklık artışı ile kolaylıkla değişebilir. Genleşme gün-lük hayatta büyük bir öneme sahiptir. Örneğin rayların üzerinden tonlarca ağırlıktaki tren geçtiğinde, raylar bu

durumdan neredeyse hiç etkilenmez. Ancak, sıcaklığın artması durumunda genleşen tren rayları birbirlerini iter, şekilleri bozulur ve kullanılmaz duruma gelir.

Buraya kadar verilen örneklerde katıların genleşmesinden bahsettik. Sıvılar da katılar gibi sıcaklık değişiminde genleşme özelliği gösterir. Çay demlemek için demliği ağzına kadar su ile doldurup ocak üzerinde ısıttığımızda belli bir süre sonra çaydanlıktan suyun taştığını görürüz. Bir sıvıya enerji verilmek suretiyle sıcaklığı artırıldığında hacminin nasıl değiştiğini görebilmek için bir etkinlik yapalım.

Şekil 5.21 Genleşmenin problem yarattığı durumlar

Şekil 5.22 Gravzant halkası

Birlikte düşünelim!Maddeler sıcaklık farkında genleşiyorsa Eyfel Kulesi gibi çok büyük yapılar sıcak ha-valarda genleşmeden dolayı neden hasar görmemektedir? Genleşmenin etkileri nasıl ön-lenebilir?

187


Araç gereçler

• Cam boru veya uzun pipet

• Erlenmayer

• Isıtıcı

• İki delikli tıpa

• Termometre

• Mürekkep veya gıda boyası


1. Erlenmayeri ağzına kadar su ile doldurup suyu renklendirelim.

2. Erlenmayerin ağzını tıpa ile kapatıp termometre ve cam boruyu geçirelim.

3. Cam borudaki başlangıç sıvı seviyesini işaretleyelim.

4. Erlenmayeri ısıtalım.

5. Her 30 saniyede bir sıvı yüksekliklerini ve sıcaklık değerlerini ölçerek tabloya kaydedelim

6. Tablodaki değerlerden yararlanarak sıcaklık-süre ve yükseklik-süre grafiklerini çizelim.

Süreye göre sıvının sıcaklık ve yükseklik değerleri

Sıvıyı Isıtırsak Ne Olur?ETKİNLİK - 12

Süre (s) Sıcaklık ( oC) Yükseklik (mm)

1.

2.

3.

………………….

Genleşme

Çerçeveli gözlükleri yere dü-şürdüğümüzde bazen gözlü-ğün camı, çerçevesinden çı-kar. Çerçeveye gözlük camını kırmadan takmakta zorlanı-rız. Optisyenler gözlük ca-mını, çerçeveye takabilmek için önce çerçeveyi ısıtarak çerçevenin genleşmesini sağlarlar. Genleşme gerçek-leştiğinde gözlük camı, çer-çeveye kolaylıkla yerleştirilir. Çerçeve soğuduğunda ise camı sıkıca tutar.


188


Sonuca ulaşalım

1. Cam borudaki suyun yüksekliği zamana göre nasıl değişti?

2. Daha fazla ısı verilseydi su yüksekliği ve sıcaklıktaki değişimler nasıl olurdu?

Sıcaklık (oC)

Süre (s)

Yükseklik (mm)

Süre (s)

189

Sıcaklığı artan sıvı genleşir ve genleşen sıvının hacmi artar. Sıvı molekülleri öteleme hareketi de yapabildikleri için hacimce genleşir. Sıvıların belirli bir şekli olmadığından boyca ve yüzeyce genleşme özelliğinden bahsedemeyiz. “Sıvıyı Isıtırsak Ne Olur?” etkinliğinde görüldüğü gibi, genleşen sıvı kendinden daha az gen-leşen cam boru içinde yükselir.

Sıvılı termometreler de sıcaklık deği-şimi sonucunda genleşme ilkesiyle çalışan bir araçtır (Şekil 5.23). Bu termometrelerde cam, camın içerisine konulan sıvıdan çok daha az genleşir. Böylece sıvı, ince boruda sıcaklık değişimini gösterebilecek şekilde yükselir veya alçalır. Cam borudaki sıvının yüksekliğindeki değişimler sıcaklıktaki de-ğişimin göstergesidir.

Suyun özel bir durumu vardır. Su +4 oC’de en küçük hacim en büyük özkütle değerine sahiptir. Şekil 5.24’ ü incelediğimizde, +4 oC’den daha yüksek sıcaklık değerlerinde suyun hacminin arttığı ve özkütlesinin azaldığını görürüz. Su, buz hâline geçtiğinde belirli bir hacme ulaşır. Bu sebeple buzun yoğunluğu sudan daha az olduğundan buz suda yüzer (Şekil 5.25). Suyun bu özelliği çok soğuk yerlerdeki göl ve denizlerde yaşayan canlılara yaşam imkânı verir.

Katı ve sıvılarla karşılaştırıldığında, gaz moleküllerinin arasındaki uzaklık daha fazladır. Bu sebeple gaz molekülleri arasındaki etkileşim daha zayıftır. Sabit basınçta, enerji verilen gaz moleküllerinin kinetik enerjilerinin artması ile bu mo-leküllerin aralarındaki uzaklık daha da artarak gazlar genleşir.

Gazlardaki genleşmeyi daha iyi anlayabilmek için bir etkinlik yapalım.

Şekil 5.25 Buz dağı

Şekil 5.23 Termometre

Şekil 5.24 Suyun sıcaklık-hacim, sıcaklık-özkütle grafikleri için örnekler

Genleşme

190


“Suda Baloncuk Oluşturalım” etkinliğinde elimizden enerji alan cam, enerjisini gaz moleküllerine aktarır ve sıcaklığı artan gaz, kap içinde genleşir. Genleşme sonucu bir miktar gaz molekülü balon jojeden dışarıya çıkar. Bu durumu sudan kabarcık çıkması şeklinde gözlemleriz. Verdiğimiz enerji mik-tarını artırdığımızda daha fazla kabarcık çıktığını görebiliriz.

Günlük yaşamda gazların genleşmesinden yararlanılarak bazı araçlar üretilir. Örneğin Şekil 5.26’da görülen uçan seyahat balonları, sıcaklık artışına bağlı olarak balon içerisindeki gazların genleşmesiyle yükselir.

Araç gereçler

• Balon joje

• Cam tüp

• Delikli tıpa

• Kap

• Su


1. Delikli tıpayı balon jojeye geçirelim.

2. Cam boruyu delikli tıpadan geçirelim.

3. Cam borunun ucunu suya daldıralım.

4. Balon jojeyi alt bölümünden elimizle ısıtalım ve suyu dikkatlice gözlemleyelim.

Sonuca ulaşalım

1. Suda neler gözlemledik?

2. Cam balonu elimizle ısıtmaya devam etseydik gözlemlerimizde değişiklik olur muydu? Neden?

3. Elimiz yerine ispirto ocağı gibi bir ısıtıcı kullansak nasıl bir değişiklik olur? Sebepleri ile açıklayalım.

Suda Baloncuk OluşturalımETKİNLİK - 13

Şekil 5.26 Uçan seyahat balonu

Sıcaklığın artması sonucu gaz molekülleri daha hızlı hareket eder ve birbirlerinden uzaklaşır. Böylece gazın hacminde artış olur. Şimşek çakması veya yıldırım düş-mesi gibi durumlarda çok yüksek sıcaklık artışı ile hava-da ani genleşme olur. Bu ani hava genleşmesi sonucunda gök gürültüsü oluşur.


191

Asıl kökeni Uzak Doğu olan ve insanların yüzyıllardır dilek dileyerek uçurduğu bu balon, yine aynı adla ülkemizde de çeşitli festivallerde sıklıkla karşılaştığımız bir gösteriye dönüşmüştür.

“Dilek feneri denen bu araç nasıl çalışır?” , “Isı ve sıcaklık ünitesiyle çalışma prensibi arasındaki ilişkiler nelerdir?” gibi soruların cevaplarını vermeye çalışalım.

Aslında bu fenerin çalışma prensibi ile uçan seyahat balonlarının çalışma prensipleri aynıdır.

Dilek fenerinin çalışması, temelde havanın mum ya da muma benzer bir ısı kaynağı ile ısıtılarak genleşmesine dayanır. Genleşen bu hava kendisinden daha ağır olan soğuk hava içinde yükselerek önce feneri şişirir, ardından yukarı doğru kaldırır. Yükselen fenerler gökyüzünde görsel bir şölen oluşturur.

Genleşme

Dilek Feneri

192


A. Aşağıdaki soruları cevaplayınız.1. Metal termometrelerin çalışma prensibi hangi ilkelere dayanır ve bu termometreler nasıl çalışır?

2. Çok soğuk ortamlarda su borularının patlamaması için ne gibi önlemler alabiliriz?

3. Isı ve sıcaklık arasında ne gibi farklar vardır?

4. Isı yalıtımında kullanılacak maddelerde ne tür özellikler aranır?

5. Katılar ve sıvıların genleşmesi karşılaştırıldığında, sıvılarda genellikle daha çok hacim artışı olur. Bunun sebebi nedir?

6. Betonarme evlerin yapımında demir çubuk sıklıkla kullanılır. Çok sıcak havalarda demir çubuklar beton içinde gen-leşmesine rağmen duvarlarda neden çatlaklar oluşmaz?

7. Şehirlerin rakımları farklı olabilir. Rakım değişmesi suyun kaynama sıcaklığını nasıl değiştirir? Bu durumun sebebi nedir?

8. Sıvılı termometrelerde cam boruların çok ince olması termometrelerin hassasiyetini nasıl etkiler? Açıklayınız.

9. Katı maddelerde hâl değişimleri sırasında madde enerji almaya devam ettiği hâlde maddenin sıcaklığı sabit kal-maktadır. Sıcaklığın sabit kalmasının nedenini açıklayın.

10. Aşağıda verilen tablodaki verilere dayanarak ısı-sıcaklık grafiğini çiziniz ve her bir sıcaklık için maddenin durumunu yorumlayınız.


Verilen enerji (cal) Sıcaklık (oC)

0 10

50 15

100 20

150 20

200 20

250 30

300 40

350 50

400 50

450 50

500 50

550 70

600 90

193

Sorular


1. Isı ve sıcaklık …….……. büyüklüklerdir.

2. Suyun sahip olduğu ….…….………….dış atmosferin basıncı ile değiştirilebilir.

3. Isı alışverişi yapan maddelerin ………….…. değeri değişir.

4. Deodorant sıkıldığı zaman çıkan moleküllerin ………………, dönme veya öteleme hareket enerjileri artar.

5. Sıcaklığın düşebileceği en düşük değer sıfır ….……………...dir.

6. Isı verildiğinde sıcaklığı çabuk değişen maddelerin ….………………… değerleri düşüktür.

7. Suyun kaynama noktası ….……………ve …………..termometresinde farklıdır.

8. Katı karbondioksit ….…………………. olayı sonucu gaz hâline geçer.

9. Bir apartmanın çatı katındaki daire için ….………………. alta kattakilere göre daha fazladır.

C. Aşağıdaki ifadelerin başına doğru ise (D), yanlış ise (Y) yazınız.

1. ( ) Bir miktar suyu sıcaklığı farklı bir cam bardağın içine doldurduğunuzda aralarında enerji transferi olur.

2. ( ) Buz kalıbı içine doldurulan su buzlukta katı hâle geçerken ortamdan enerji alır.

3. ( ) Yazın elektrik tellerinin özkütlesi azalır.

4. ( ) Boşlukta enerji transferi olmayacağı için uzay araçlarında güneş panelleri kullanılamaz.

5. ( ) Buzdolabındaki bir süt şişesinin ve içinde uzun süredir bekleyen sütün sıcaklığı birbirine eşittir.

6. ( ) Suyun içindeki sıvılı termometre 0oC’yi gösterdiğinde suyun sıcaklığı yoktur.

7. ( ) Havanın sıcaklığı, havada bulunan parçacıkların toplam kinetik enerjisidir.

8. ( ) Evlerde ve iş yerlerindeki ısıtma sisteminde borulardan geçen su +4 oC’de tesisata zarar verebilir.

9. ( ) Gazlar ve sıvılardaki atom veya moleküller öteleme hareketi yapabilirken katılardakiler yapamazlar.

10. ( ) Naftalin gaz hâlinden sıvı hâle geçmeden katı hâle geçebilir.

sıcaklık ısı kaybı vektörel titreşim ısı sığası Fahrenheit

kaynama süblimleşme genleşme konveksiyon skaler Kelvin

194


D. Aşağıdaki yargıları doğru ya da yanlış olmalarına göre değerlendirerek doğru çıkışı bulunuz.

E. Aşağıdaki soruların doğru cevaplarını işa-retleyiniz.

1. Bir X termometresi suyun donma sıcaklığını 40 X, kay-nama sıcaklığını ise 80 X olarak göstermektedir. Celcius termometresinde 50 0C olarak ölçülen suyun sıcaklığı X termometresinde kaç X’dir?

A) 50 B) 55 C) 60 D) 65 E) 70

2. 10 0C sıcaklığındaki 20 kg su ile 70 0C sıcaklığındaki 40 kg su karıştırılıyor. Karışımın denge sıcaklığı kaç 0C olur? (Dış ortamdan ısı alışverişi olmadığını kabul edi-niz.)

A) 10 B) 20 C) 30 D) 50 E) 55

3. Demir çubuğa ısı verilerek çubuğun genleşmesi sağla-nıyor. Genleşen çubuk ile ilgili olarak aşağıdakilerden hangisinin değeri azalır?

A) Kütle B) İç enerji C) Hacim

D) Özkütle E) Sıcaklık

4. Bir maddenin sıcaklık-zaman grafiği aşağıdaki gibidir.

Bu maddenin 8 oC’deki hâli aşağıdakilerden hangisidir?

A) Katı B) Sıvı C) Gaz

D) Katı-sıvı E) Katı-gaz

Suya şeker karıştırıldığında suyun kaynama sıcaklığı değişmez.

Sıcaklıkları farklı olan mad-deler arasında ısı aktarımı olmaz.

Su döngüsünde yoğunlaşma olayı görülür.

Tüm maddelerin sıcaklığı arttığında hacimleri de artar.

Maddenin sıcaklığı arttığında iç enerjisi de artar.

Güneş’in enerjisi konveksiyon yolu ile Dünya’ya ulaşır.

Saf maddeler için kaynama sıcaklı-ğı ayırt edici bir özelliktir.

Doğru

Doğru

Doğru

A Kapısı C Kapısı E Kapısı G KapısıB Kapısı D Kapısı F Kapısı H Kapısı

Doğru Doğru Doğru

Doğru

Yanlış

Yanlış

Yanlış Yanlış Yanlış Yanlış

Yanlış

195

5. Aşağıdakilerden hangisi veya hangileri enerji türüdür?

I. Ses

lI. Elektrik

III. Isı

IV. Sıcaklık

V. Işık

A) Yalnız I B) II-IV C) I-II-V

D) I-III-IV-V E) I-II-III-V

6. Aşağıdakilerden hangisi sıvılı termometrelerin duyar-

lılığını arttırır?

A) Genleşmesi az olan sıvı kullanılması

B) Hafif malzemelerden yapılması

C) Kesiti alanı küçük, kılcal boru kullanılması

D) Bölme sayısının az olması

E) Sıvı haznesinin küçük olması

7. Bir bilim insanı laboratuvarında etil alkolün sıcaklığını Kelvin termometresi ile 313,15 Kelvin olarak ölçüyor. Bu sıcaklık değerinin Celcius ve Fahrenheit termomet-releri ile ölçülen karşılıkları aşağıdakilerden hangileri-dir?

A) 20 0C–62 0F B) 30 0C–86 0F C) 40 0C–1040F

D) 50 0C–122 0F E) 50 0C–104 0F

8. Çaydanlıktaki 600 g suyun sıcaklığı 20 0C sıcaklığından 90 0C sıcaklığına çıkarılıp bitki çayı demlenmesinde kullanılıyor. Bu sıcaklık artışı için suya verilen ısı miktarı kaç kaloridir? (csu= 1 cal/g 0C)

A) 600 cal B) 1200 cal C) 36 000 cal

D) 42 000 cal E) 60 000 cal

9.

10 g kütleli saf bir maddenin ısı-sıcaklık grafiği şekilde-ki gibidir. Maddenin donma ısısı nedir?

A) 20 cal/g B) 40 cal /g C) 60 cal/g

D) 80 cal/g E) 100 cal/g

10. Şekilde 50 g kütleli saf bir maddenin sıcaklık grafiği ve-rilmektedir.

Grafiğe göre bu maddenin sıvı hâldeki öz ısı değerini bu-lunuz?

A) 0,1 cal/g 0C B) 0,2 cal/g 0C C) 0,25 cal/g 0C D) 0,3 cal/g 0C E) 2,5 cal/g 0C

Sorular

Isı (cal)

196


11. Katı hâldeki metallerde ısı iletim hızında,I. Katının uçları arasındaki sıcaklık farkıII. Kesit alanıIII. Metalin türü yukarıdakilerden hangileri etkilidir?

A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II


12. Bir bardak su içerisine bir buz parçası atıldığında aşağı-dakilerden hangileri kesinlikle gerçekleşmez?

I. Buzun sıcaklığı değişmez.

II. Buzun kütlesi değişmez.

III. Buzun sıcaklığı azalır.


D) I ve II E) I, II ve III

13. Farklı sıcaklıktaki iki cisim birbirine temas ettiğinde,

I. Cisimlerin sıcaklıkları değişir.

II. Cisimlerin iç enerjileri artar.

III. Sıcak cismin iç enerjisi azalır.

yukarıdakilerden hangileri kesinlikle gerçekleşir?

A) Yalnız I B) I ve II C) Yalnız III

D) l ve III E) I, II ve III

14. Sıcaklıkları ve kütleleri eşit, öz ısıları farklı maddelere (cx>cy=cz) aynı miktarda ısı verildiğinde son sıcaklıkları Tx , Ty ve Tz arasındaki ilişki nasıldır?

A) Tx>Ty=Tz B) Tx=Ty=Tz C) Tx<Ty=Tz

D) Tx=Ty>Tz E) Ty>Tx=Tz

15. Öz ısıları farklı iki cisim sıcak suyla dolu bir kaba atılmış-lardır. Sistem ısıl dengeye geldiğinde, cisimleri sıcaklık-larıyla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

A) Öz ısısı yüksek olan cisim daha sıcaktır.

B) Öz ısısı düşük olan cisim daha sıcaktır.

C) Cisimler arasındaki sıcaklık farkı cisimlerin kütlesine

bağlıdır.

D) Her iki cisim de aynı sıcaklıktadır.

E) Cisimler arasındaki sıcaklık farkı suyun sıcaklığına

bağlıdır.

197

Ünite 1: Fizik Bilimine Giriş

BÖLÜM B

1. G 2. Ç 3. Ç 4. Ç 5. S 6. S 7. V 8. S 9. V 10. S BÖLÜM C

BÖLÜM D

1- A 2- D 3- B 4- D 5- C 6- B 7- A 8- C 9- C

Ünite 2: Madde ve Özellikleri

BÖLÜM B

Diyabet hastalarında kan örneği alma yöntemlerinden biri, çok ince kesitli tüpler kullanmaktır. Tüpün iç yüzü ile kan arasındaki yapışma ve kandaki tutma etkisi ile kan tüp içerisinde yükselir. Kullanılan tüpün kesiti küçüldükçe kanın yüksekliği artar çünkü kılcallık kesit alanı ile ters orantılıdır.

Gaz atomları elektrik enerjisi ile iyonlaşınca enerji açığa çıkar ve gaz farklı özellikler göstermeye başlar. Örneğin, elektrik ve manyetik alandan etkilenir. Gazın iyonlaşmış hâline plazma denir. Çevremizde gözlemleyebileceğimiz floresan lambalar ve yıldırım gazın bu hâline örnek olarak verilebilir. BÖLÜM C1. Y 2. Y 3. D 4. D 5. D 6. D 7. Y 8. D 9. D 10. Y

Bölüm DD kapısı

Cevap Anahtarı

Vektörel Skaler

5 m/s

10 N Kuzey-Doğu

100 km

20 oC, Ankara

10 m/s, aşağı

198

Fizik 9.Sınıf

Bölüm E

Bölüm F1- A 2- C 3- C 4- A 5- C 6- E 7- D 8- E 9- B 10- E

Ünite 3: Kuvvet ve Hareket

Bölüm B1. konum 2. sabit 3. ivme 4. ters, doğru 5. statik, kinetik 6. yüzeylerin cinsine, yüzeylerin alanına 7. ters 8. düzgün doğrusal 9. vektörel, newton 10. sıfır

Bölüm C

Bölüm D

1- D 2- C 3- E 4- A 5- C 6- B 7- D 8- C 9- D 10- D 11- E 12- B 13- B 14- E

Durum Yapışma Tutma

Parmağımızı ıslatarak kitap sayfalarını çevirmek

Kumaşların ıslanması

Örümcek ağında yağmur damlalarının tutunması

Cilalanmış araba üzerinde su damlalarının küre şeklini alması

Su damlalarının cam üzerinde durması

Kedinin dili ile su içmesi

Çay bardağının çay tabağına yapışması

Etkileşim Temas Gerektirir Temas Gerektirmez

Elmanın yere düşmesi

Mıknatısların etkileşimi

Saçımızı tararken tarağın saçımızı çekmesi

El arabasının itilmesi

Havaya atılan topun yere düşmesi

Silginin itilmesi ve çekilmesi

Mıknatısın demir tozlarını çekmesi

Pusulanın iğnesinin dönmesi

Rüzgârın rüzgâr gülünü döndürmesi

199

Ünite 4: Enerji

Bölüm B

1. pil 2. elektrik motoru 3. mikrofon 4. hoparlör

5. a. yenilenebilir b. yenilenemez c. güneş enerjisi d. jeotermal enerji e. biyokütle enerjisi f. fosil yakıtlar g. nükleer enerji h. petrol ı. kömür

Bölüm C1. D 2. D 3. Y 4. D 5. D 6. D 7. Y 8. Y 9. D 10. D

Bölüm D1- D 2- A 3- D 4- A 5- B 6- C 7- C 8- D 9- B 10- E 11- D 12- D 13- C 14- C 15- C 16- D

Ünite 5: Isı ve Sıcaklık

Bölüm B1. skaler 2. kaynama 3. sıcaklık 4. titreşim 5. Kelvin 6. ısı sığası 7. Fahrenheit, Kelvin 8. süblimleşme 9. ısı kaybı

Bölüm C1- D 2- Y 3- D 4- Y 5- D 6- Y 7- Y 8- Y 9- D 10- D

Bölüm DE Kapısı

Bölüm E1- C 2- D 3- D 4- D 5- E 6- C 7- C 8- D 9- A 10- A 11- E 12- C 13- D 14- C 15- D

200

Fizik 9.Sınıf

AAğırlık: Yer çekiminden kaynaklı olarak cisimler üzerinde yere doğru oluşan kuvvettir.Akışkan: Akış eylemine kolaylıkla geçebilen sıvı ve gaz hâldeki maddedir.Alınan yol: Hareket boyunca katedilen toplam mesafedir.Anlık hız: Bir cismin çok küçük (anlık) zaman aralığında hesaplanan hızıdır.Anlık sürat: Bir cismin çok küçük (anlık) zaman aralığında hesaplanan süratidir.Astronomi: Gök cisimlerini inceleyen bilim dalıdır.

BBağımlı değişken: Bağımsız değişken üzerinde yapılan değişiklikler sonucu değişen değişkendir.Bağımsız değişken: Deney esnasında üzerinde değişiklik yapılan değişkendir.Buharlaşma: Sıvı yüzeyinden atom veya moleküllerin ayrılarak gaz hâline geçmesidir.Buharlaşma ısısı (Lb): Kaynama sıcaklığındaki sıvı hâlde bulunan 1 gram maddenin gaz hâline geçmesi için gereken enerji miktarıdır.

ÇÇıkarım: Toplanan verilerden yola çıkılarak akıl yürütme yoluyla ulaşılan sonuçtur.

DDayanıklılık: Bir cismin şekil bozukluğuna uğramadan (deforme olmadan) taşıyabileceği ağırlığın bir göstergesidir.Değişken: Değişebilen uzunluk, zaman gibi büyüklükler ile maddenin cinsi gibi faktörlerdir.Delil: Bilimsel düşünceleri doğrulayan ya da yanlışlayan verilerdir.Denge sıcaklığı: Farklı sıcaklıklardaki maddelerin enerji alışverişi sonucunda ulaştıkları son sıcaklıktır.Dengelenmiş kuvvetler: Net kuvvetin sıfır olduğu durumda cisimlere etki eden kuvvetlerdir.Dinamometre: Kuvvet ölçmek için kullanılan araçtır.Donma: Maddelerin enerji vererek sıvı hâlden katı hâle geçmesidir.Donma ısısı (Ld): Donma sıcaklığında bulunan 1 gram sıvı hâldeki maddenin katı hâle geçmesi için vermesi gereken enerjidir.Düzgün doğrusal hareket: Hızın değişmediği harekettir.

EEnerji: Kesin bir tanımı olmamakla birlikte iş yapabilme, ısıtabilme veya aydınlatabilme yeteneği olarak tanımlanabilir.Erime: Maddelerin ısı alarak katı hâlden sıvı hâle geçmesidir.Erime ısısı (Le): Erime sıcaklığındaki 1 gram katı maddenin sıvı hâle dönüşmesi için gerekli enerjidir.Eylemsizlik: Bir cismin kütlesinden dolayı hareket durumunu değiştirmeye yönelik etkilere karşı koymasıdır.

GGenleşme: Maddelerin enerji alışverişi sonucunda hacimlerindeki değişmedir.Grafik: Değişkenler arasındaki ilişkiyi göstermek amacıyla çizilen görseldir.Gözlem: Doğada gerçekleşen olayları anlamak ve açıklayabilmek için doğrudan duyu organlarımızla veya dolaylı yollardan farklı araç gereçlerle veri toplama işidir.Güç: Birim zamanda yapılan iş veya birim zamanda aktarılan enerjidir.

Sözlük

201

HHacim: Maddenin boşlukta kapladığı yerdir.Hâl değişimi: Maddenin enerji alarak ya da vererek bir hâlden başka bir hâle dönüşmesidir.Hareketin göreceliği: Seçilen referans noktasına göre gözlemlenen hareketin farklılık göstermesidir.

IIsı: Moleküler seviyede sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerjidir.Isı sığası: Bir maddenin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli ısı miktarıdır.Isıl denge: Temas hâlindeki maddelerin aynı sıcaklıkta olmaları hâlidir.Işıma/radyasyon (enerjinin ışıma yolu ile iletimi): Enerjinin maddesel ortama ihtiyaç olmadan elektromanyetik dalgalar yoluyla yayılmasıdır.

İİç enerji (ısıl enerji): Bir maddenin moleküler seviyede sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır.İletim (enerjinin iletim yolu ile yayılması): Katı maddelerde atom veya moleküllerin hareket (kinetik) enerjilerini birbirlerine aktarmasıdır.İvme: Birim zamandaki hız değişimidir.

KKalorimetre: Isı ölçmek için kullanılan araçların ortak adıdır (ısı-ölçer).Kaynama: Enerji alan sıvı moleküllerinin çok hızlı hareketi sonucu, fokurdayarak sıvı yüzeyinden ayrılmasıdır.Kılcallık: Yapışma ve tutma sonucu sıvının ince kanallarda ilerlemesidir.Kırağılaşma (kristalleşme, desüblimleşme): Maddelerin gaz hâlinden doğrudan katı hâle geçmesidir.Kinetik enerji: Cisimlerin hareketlerinden dolayı sahip oldukları enerjidir.Kinetik sürtünme kuvveti: Hareket hâlindeki cisme etki eden sürtünme kuvvetidir.Kontrol değişkeni: Bağımsız ve bağımlı değişken dışındaki değişkenlerdir.Konum: Bir cismin belirli bir referans noktasına göre yönlü uzaklığıdır.Konveksiyon (enerjinin konveksiyon yolu ile iletimi): Enerjinin madde içindeki atom ve moleküllerin öteleme ha-reketi ile taşınmasıdır.Kuvvet: Cisimlerin hareket durumlarını değiştiren (hızlandıran veya yavaşlatan) veya şekillerinde değişikliğe sebep olan etkidir.Kütle: Madde miktarının ölçüsüdür.Kütleçekim potansiyel enerjisi: Kütle çekimden ve konumlarından dolayı cisimlerin sahip oldukları enerjidir.

MMatematiksel model: Fiziksel bir özellik, durum ya da olayı tanımlayan matematiksel bir ifadedir. Model: Fiziksel bir özellik, durum ya da olayı tanımlayan ya da açıklayan gösterimdir.

NNet kuvvet: Bir cisme etki eden kuvvetlerin toplamıdır.

OOrtalama hız: Bir cismin yaptığı yer değiştirmenin geçen süreye oranıdır.Ortalama sürat: Bir cismin aldığı yolun geçen süreye oranıdır.

ÖÖlçme: Büyüklüklere uygun araçlar kullanılarak sayısal değerler verilmesidir.Öteleme: Bir cismin doğrusal yer değiştirme hareketidir.

202

Fizik 9.Sınıf

Öz ısı: Saf bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1 °C artırmak için gerekli ısı miktarıdır.Özkütle: Birim hacimdeki madde miktarıdır.

PPlazma: Maddenin iyonlaşmış gaz hâlidir.

RReferans noktası: Konum ve yer değiştirme gibi fiziksel büyüklükleri tanımlamak için seçilen sabit gözlem noktasıdır.

SSıcaklık: Madde içinde rastgele hareket eden atom ya da moleküllerin ortalama ki-netik enerjisinin bir göstergesidir.Skaler büyüklükler: Sadece sayı ile ifade edildiğinde anlamlı olan büyüklüklerdir.Statik sürtünme kuvveti: Durgun hâldeki cisimlere harekete geçinceye kadar etki eden sürtünme kuvvetidir.Süblimleşme: Maddelerin enerji alarak katı hâlden doğrudan gaz hâline geçmesidir.Sürtünme kuvveti: Harekete zorlanan cisimlerin başka cisimlerle teması sonucu ortaya çıkan kuvvettir.

TTermometre: Sıcaklık ölçmek için kullanılan araçtır.Tutma (kohezyon): Aynı cins moleküllerin birbirini çekerek bir arada durma eğilimidir.

VVektörel büyüklükler: Sayısal bir değer ve yön bilgisi ile anlamlı olan büyüklüklerdir.Veri: Gözlem veya deneye dayalı elde edilen bilgilerdir.Verim: Bir sistemden amaç doğrultusunda elde edilen enerjinin sisteme verilen enerjiye oranıdır.

YYalıtım: Enerji iletiminin engellenmesidir.Yapışma (adezyon): Farklı cins moleküllerin birbirini çekerek bir arada durma eğilimidir.Yer değiştirme: Cismin ilk konumu ve son konumu arasındaki en kısa yönlü uzunluktur.Yoğunlaşma: Maddelerin enerji vererek gaz hâlinden sıvı hâle geçmesidir.Yoğunlaşma ısısı (Ly): Yoğunlaşma sıcaklığındaki 1 gram gaz hâlindeki maddenin sıvı hâle dönüşmesi için dış orta-ma verdiği enerjidir.Yüzey gerilimi: Sıvı moleküllerinin birbirlerini tutması (adezyon) sonucu yüzeyde oluşturdukları gerilimdir.

203

Kaynakça

Ayvacı, H. Ş., Çekbaş, Y., Değirmenci, S., Erdemir, M., Kara, M. ve Toprak, Ş. (2011). Genel fizik ve teknolojinin bilimsel ilkeleri [Ed: M. Orbay ve F. Öner], 5. Baskı, Pegem Akademi Yayıncılık, Ankara.

Bueche, J. F. ve Jerde, D. A. (2000). Fiziğin ilkeleri I [Çev. K. Çolakoğlu], 6. Baskı Çevirisi, Palme Yayıncılık, Ankara.

Chew, C., Foong, C. S. ve Ho, B. T. (2007). Physics matters: GCE ‘O’ Level, Marshall Cavendish, Singapore.

Chew, C. (2007). Physics Matters: GCE ‘O’ Level (Teacher’s Edition), Marshall Cavendish, Singapore.

Cushing, J. T. (2003). Fizikte felsefi kavramlar I: Felsefe ve bilimsel kuramlar arasındaki tarihsel ilişki [Çev. B. Ö. Sarıoğlu], Sabancı Üniversitesi, İstanbul.

Eliezer, S. ve Eliezer, Y. (2001). The fourth state of matter: An introduction to plasma science, 2nd Edition, Institute of Physics Publishing, Philadelphia .

Fishbane, P. M, Gasiorowicz, S. ve Thornton, S. T. (2003). Temel fizik [Çev. C. Yalçın], Cilt 1, Arkadaş Yayınevi, Ankara.

Galilei, G. (1914). Dialogues Concerning Two New Sciences. (İng. Çev. H. Crew ve A. de Salvio). Macmillan, New York.

Gianopoulos, A., Stutz, B. ve Langone, J. (2010). Bilimin serüveni: Sayıların icadından sicim teorisine bilimin 4000 yıllık resimli serüveni, [Çev. D. Akın], NTV Yayınları, İstanbul.

Groover, M. P. (2007). Fundamentals of modern manufacturing, John Wiley ve Sons, Inc., NJ.

Hewitt, P. G. (1998). Conceptual physics. 8. Baskı. Addison Wesley, MA.

Intergovernmental Panel on Climate Change [IPCC]. (2007). Climate change 2007: The physical science basis, summary for policymakers. IPCC, Geneva.

Karamustafaoğlu, O., Özmen, H., ve Ayvacı, H. Ş. (2004). Isı ve sıcaklık kavramlarının öğrencilerin zihninde yapılanma-sına yönelik bir örnek olay incelemesi, OMÜ Eğitim Fakültesi Dergisi, 17, 97-109.

McDermott, L. C., Shaffer, P. S., Rosenquist M. L. ve Physics Education Group at the University of Washington. (1996). Physics by inquiry, Volume I, John Wiley ve Sons, Inc., New York.

Meteoroloji Genel Müdürlüğü (Mart, 2013). Erişim adresi: http://www.mgm.gov.tr

Serway, R.A., Jewett, J. W. (2004). Physics for scientists and engineers. 6th Edition, Thomson-Brooks/Cole, Belmont, California.

204

Fizik 9.Sınıf

Şeker, H., Kahveci, A. ve İrez. S. (Şubat, 2013). Eğitimde bilim tarihi. Erişim adresi: http://egitimdebilimtarihi.org

Stockley, C., Oxlade, C. ve Wertheim, J. (2012). Şekilli fizik sözlüğü [Çev. Turgut, S.], 2. Baskı, TÜBİTAK Popüler Bilim Ki-tapları: 334, Korza Yayıncılık, Ankara.

Tez, Z. (2008). Fiziğin kültürel tarihi, 1. Baskı, Doruk Yayınları, İstanbul.

Trevillion, A. (2001). Salters horners advanced physics: A2 student book. Heinemann Educational, Oxford.

Türkçe Sözlük, Türk Dil Kurumu Yayınları, Ankara, 2011.

Yazım Kılavuzu, Türk Dil Kurumu Yayınları, Ankara, 2012.

205

AAğırlık, 85, 116Akışkan, 44, 52, 54 Alınan yol, 67 - 71Anlık hız, 71Anlık sürat, 71, 72Astronomi, 6, 12, 22

BBağımlı değişken, 14, 16, 84, 95Bağımsız değişken, 14, 16, 17, 84, 95Buharlaşma, 164, 166Buharlaşma ısısı (Lb), 166

ÇÇıkarım, 13, 14

DDayanıklılık, 41 - 43Değişken, 13, 14Delil, 13 Denge sıcaklığı, 170, 171Dengelenmiş kuvvetler, 91Dinamometre, 85 – 87, 101Donma, 162, 164, 165Donma ısısı (Ld), 166Düzgün doğrusal hareket, 73, 76, 95

EEnerji, 110-113, 147Erime,162, 166, 167Erime ısısı (Le), 166Eylemsizlik, 33, 93, 94, 95, 98

GGenleşme, 185 – 191, Grafik, 14, 17, 18Gözlem, 13 – 16, 19Güç, 120 - 123

HHacim, 34 – 43 Hâl değişimi, 162 – 167, 184Hareketin göreceliği, 65, 66

IIsı, 147, 153 - 159 Isı sığası, 159Isıl denge, 170, 171, 178Işıma/radyasyon, 174, 175, 180

İİç enerji (ısıl enerji), 154İletim, 173 - 180İvme, 78, 79, 95 - 98

KKalorimetre, 153Kaynama, 164 – 166, 174Kılcallık, 50, 51Kırağılaşma, 165Kinetik enerji, 110 – 112, 116, 117, 120, 125 - 127Kinetik sürtünme kuvveti, 83 - 85Kontrol değişkeni, 14, 97Konum, 66 - 69Konveksiyon, 174Kuvvet, 81 – 85, 90 - 92Kütle, 16, 21Kütleçekim potansiyel enerjisi, 113 – 116, 119

MMatematiksel model, 14 - 16Model, 14 - 16

NNet kuvvet, 90, 91

OOrtalama hız, 70, 71Ortalama sürat, 70 - 73

ÖÖlçme, 21, 23Öteleme, 66, 147, 174Öz ısı, 157, 159Özkütle, 37 – 39.

PPlazma, 55

RReferans noktası, 65 - 68

SSıcaklık, 147 - 151Skaler büyüklükler, 22Statik sürtünme kuvveti, 83, 84Süblimleşme, 165Sürtünme kuvveti, 82 - 91

TTermometre, 147 -150Tutma (kohezyon), 45, 47

VVektörel büyüklükler, 22Veri, 14, 15, 36Verim, 130, 131, 178, 183

YYalıtım, 179, 180, 189Yapışma (adezyon), 45, 47Yer değiştirme, 67, 68 - 80Yoğunlaşma, 161, 163, 164Yoğunlaşma ısısı (Ly), 166Yüzey gerilimi, 46 - 50

İndeks

206

Fizik 9.Sınıf

Görsel Kaynakça

Ünite Sayfa No Görselin Alındığı Web Sayfası Görselin Kodu

Kapak Kapak http://www.123rf.com/ 12780597




Kapak Kapak http://www.alamy.com/tr/ BHT7P7



III Bayrak Orijinal Çizim

IV http://dijitalimaj.com/ IAM-0126577

XII http://www.123rf.com/ 12704156

XII http://www.alamy.com/tr/ BK98NY

XII http://www.123rf.com/ 10726020

1 1 http://www.alamy.com/tr/ B7XFGA

1 1 http://www.alamy.com/tr/ B0FWGF

1 2 http://www.123rf.com/ 13725391

1 3 http://www.123rf.com/ 13725391

1 3 http://www.123rf.com/ 12704156

1 3 http://www.alamy.com/tr/ BK98NY

1 3 http://www.123rf.com/ 10726020

1 4 http://www.123rf.com/ 12704156

1 5 http://www.123rf.com/ 14393596

1 5 http://www.123rf.com/ 7217519

1 5 http://www.123rf.com/ 15687172

1 5 http://www.123rf.com/ 8797714

1 5 http://www.123rf.com/ 10445453

1 5 http://www.123rf.com/ 17618171

1 5 http://www.123rf.com/ 10974669

1 5 http://www.123rf.com/ 13725391

1 5 Soru İşareti Orijinal Çizim

1 6 http://www.alamy.com/tr/ BFMM3B

1 6 http://www.alamy.com/tr/ BDAEDD

1 6 http://www.123rf.com/ 15949706

1 6 http://www.alamy.com/tr/ A9MEJ5

207


1 6 http://www.alamy.com/tr/ BAXTGG

1 6 http://www.alamy.com/tr/ ARHJYM

1 6 http://www.alamy.com/tr/ BXPP2E

1 6 http://www.alamy.com/tr/ AXPX7A

1 7 http://www.alamy.com/tr/ BA7Y4A

1 7 http://www.alamy.com/tr/ CNTYB9

1 7 http://www.alamy.com/tr/ A2025B

1 7 http://www.alamy.com/tr/ BMFJA2

1 7 http://www.alamy.com/tr/ BY3BB3

1 7 http://www.alamy.com/tr/ BB67WG

1 7 http://www.alamy.com/tr/ BHP1KE

1 8 http://dijitalimaj.com/ TIP-348MAD01289

1 8 http://www.123rf.com/ 16493168

1 8 http://www.alamy.com/tr/ BEY9DX

1 9 Araba Orijinal Çizim

1 10 http://www.123rf.com/ 8983675

1 10 http://www.123rf.com/ 11292631

1 10 http://www.123rf.com/ 22663901

1 10 http://www.123rf.com/ 10089493

1 10 http://www.123rf.com/ 10974669

1 11 http://www.123rf.com/ 8983675

1 11 http://www.123rf.com/ 10422107

1 11 http://www.123rf.com/ 13649668

1 11 http://www.alamy.com/tr/ C12B5G

1 12 http://www.alamy.com/tr/ BK98NY

1 13 http://www.alamy.com/tr/ BHP1KE

1 13 http://www.123rf.com/ 10575899

1 14 Deney Orijinal Çizim

1 15 http://www.alamy.com/tr/ CWXT07

1 16 http://www.123rf.com/ 14678216

1 17 Araç gereç Orijinal Çizim

1 17 Çocuk Orijinal Çizim

1 19 http://www.123rf.com/ 5990686

1 20 http://www.123rf.com/ 10726020

1 21 İnsan Ölçüler Orijinal Çizim

1 21 http://www.alamy.com/tr/ BE9NKG

1 21 http://www.alamy.com/tr/ BH6TEP

1 23 Araç gereç Orijinal Çizim

208

Fizik 9.Sınıf


1 24 Analog ve Dijital Termometre Orijinal Çizim

1 24 http://www.123rf.com/ 7607048

1 24 http://www.123rf.com/ 11943008

1 24 http://www.123rf.com/ 12495616

1 25 Çizelge Orijinal Çizim

2 30 http://www.123rf.com/ 5729537

2 31 http://www.123rf.com/ 5729537

2 31 http://www.123rf.com/ 3356363

2 31 http://www.123rf.com/ 11599897

2 31 http://www.123rf.com/ 19067895

2 31 http://www.123rf.com/ 10441304

2 32 http://www.123rf.com/ 3356363

2 33 http://www.123rf.com/ 13435133

2 33 http://www.123rf.com/ 8204096

2 34 http://www.123rf.com/ 5650830

2 35 http://dijitalimaj.com/ ICC-02400486

2 36 http://www.123rf.com/ 11196119

2 36 http://www.123rf.com/ 10767146

2 36 http://www.123rf.com/ 4503284

2 36 http://www.123rf.com/ 9224090

2 36 http://www.123rf.com/ 10628116

2 36 http://www.123rf.com/ 10671282

2 36 http://www.123rf.com/ 13626322

2 36 http://www.alamy.com/tr/ C1FYT1

2 36 http://www.alamy.com/tr/ B64BEJ

2 37 Orijinal Çizim

2 37 http://www.alamy.com/tr/ C6Y2A1

2 37 http://www.alamy.com/tr/ AHWRRY

2 37 http://www.123rf.com/ 4503284

2 37 http://www.alamy.com/tr/ C10CGH

2 37 http://www.123rf.com/ 10767146

2 37 http://www.123rf.com/ 8559771


2 38 http://www.123rf.com/ 8559771

2 39 http://www.123rf.com/ 10236315

2 40 http://www.123rf.com/ 11599897

2 41 http://www.123rf.com/ 4985765

2 41 Küpler Orijinal Çizim

209


2 41 http://www.123rf.com/ 121475192 43 http://www.alamy.com/tr/ C3271D

2 43 http://www.123rf.com/ 6258415

2 44 http://www.123rf.com/ 19067895

2 45 http://www.123rf.com/ 8579791

2 45 Orijinal Çizimler

2 46 http://www.thinkstockphotos.com 88021538

2 46 http://www.123rf.com/ 8863630

2 47 http://www.123rf.com/ 15216919

2 47 http://www.gettyimages.com/ 135624495

2 49 http://www.alamy.com/tr/ CRMTWE

2 50 Çay bardağı Orijinal Çizim

2 50 http://www.alamy.com/tr/ C01MBH

2 51 Boru Kesiti Orijinal Çizim

2 51 http://www.alamy.com/tr/ CE5E1E

2 52 http://www.123rf.com/ 13189886

2 53 http://www.123rf.com/ 10803692

2 53 http://www.123rf.com/ 8057376

2 53 http://www.123rf.com/ 15830797

2 54 http://www.123rf.com/ 10441304

2 55 http://www.alamy.com/tr/ A2BX29

2 55 http://dijitalimaj.com/ IAM-0460000178


2 55 http://www.alamy.com/tr/ ANGYHG

2 57 Orijinal Çizim Bardaklar

2 57 Orijinal Çizim Borular

2 58 Silindirler Orijinal Çizim


2 61 Tartı Orijinal Çizim


3 62 http://www.123rf.com/ 15687172

3 63 http://www.123rf.com/ 15687172

3 63 http://www.123rf.com/ 1718396

3 63 http://www.alamy.com/tr/ B0NA15

3 63 http://www.alamy.com/tr/ A7GPM8

3 64 http://www.123rf.com/ 1718396

3 65 http://www.alamy.com/tr/ CR5J56

3 65 http://www.alamy.com/tr/ BNY48J

210

Fizik 9.Sınıf


3 66 http://www.alamy.com/tr/ BHXC8R

3 67 Sınıf Kroki Orijinal Çizim

3 67 Ev-Okul Kroki Orijinal Çizim


3 70 http://www.alamy.com/tr/ B7AD7F

3 71 Futbol Sahası Orijinal Çizim

3 71 http://www.alamy.com/tr/ B97NNK

3 72 http://www.alamy.com/tr/ B00WWE

3 73 http://www.123rf.com/ 8983675

3 74 Orijinal Çizim Çember

3 74 Orijinal Çizim Zaman-Yol

3 75 Şekil 3.11 Orijinal Çizim






3 79 http://www.alamy.com/tr/ BCM12M

3 79 http://www.alamy.com/tr/ ARMXAF

3 80 http://www.alamy.com/tr/ B0NA15

3 81 http://www.alamy.com/tr/ B8CRNX

3 81 http://www.alamy.com/tr/ BPT8F5

3 82 http://www.alamy.com/tr/ D2YG04

3 82 http://www.alamy.com/tr/ AN0MKX

3 82 http://www.alamy.com/tr/ BAGXJC

3 83 http://www.alamy.com/tr/ B0AE1C



3 86 Orijinal Çizim Üst

3 86 Orijinal Çizim Alt



3 89 http://www.alamy.com/tr/ AXFB0F

3 89 http://www.alamy.com/tr/ BA9RCE



3 92 http://www.alamy.com/tr/ A7GPM8


211




3 94 http://www.alamy.com/tr/ BCM12M

3 94 http://www.alamy.com/tr/ CC9NTK

3 94 http://www.alamy.com/tr/ BARKKD

3 95 Masa Orijinal Çizim





3 99 http://www.123rf.com/ 10689730



3 100 http://www.alamy.com/tr/ CB79YR


4 106 http://www.123rf.com/ 12780597

4 107 http://www.123rf.com/ 12780597

4 107 http://www.alamy.com/tr/ BCWJDR

4 107 http://www.alamy.com/tr/ BN5NRJ

4 107 http://www.alamy.com/tr/ A51089

4 108 http://www.alamy.com/tr/ BCWJDR



4 110 http://www.gettyimages.com/ 200481743-001




4 112 http://www.123rf.com/ 4561001

4 112 http://www.alamy.com/tr/ B0FWGF

4 113 http://www.alamy.com/tr/ D0NREJ

4 113 http://www.alamy.com/tr/ A2RKGR




4 118 http://www.gettyimages.com/ 200481743-001

4 119 http://www.alamy.com/tr/ A8RC09



212

Fizik 9.Sınıf


4 122 http://www.alamy.com/tr/ BAFKF7

4 122 http://www.alamy.com/tr/ B9PC1T


4 123 http://www.alamy.com/tr/ A837MX

4 124 http://www.alamy.com/tr/ BN5NRJ

4 125 http://www.alamy.com/tr/ BP0A6M

4 125 http://www.alamy.com/tr/ B0EXFC


4 126 http://www.alamy.com/tr/ B96FE9

4 127 http://www.alamy.com/tr/ C003YW

4 128 http://www.alamy.com/tr/ ARJA2G

4 128 http://www.alamy.com/tr/ C6Y8M4

4 129 http://www.thinkstockphotos.com 125176383



4 130 http://www.123rf.com/ 12044647

4 130 http://www.alamy.com/tr/ A39WXE

4 130 http://www.alamy.com/tr/ CF648E

4 130 http://www.alamy.com/tr/ BH0MWD

4 130 http://www.alamy.com/tr/ BN8XPW

4 130 http://www.alamy.com/tr/ AW659N



4 132 http://www.alamy.com/tr/ A51089

4 133 http://www.sol90images.com energia

4 134 http://www.alamy.com/tr/ A5GJEP

4 134 http://www.alamy.com/tr/ B7J0F0

4 134 http://www.alamy.com/tr/ BDC1D7

4 134 http://www.alamy.com/tr/ CT36KE

4 134 http://www.alamy.com/tr/ BDE349

4 135 http://www.alamy.com/tr/ A6WGKH








213


4 142 http://www.alamy.com/tr/ B64BK44 142 http://www.123rf.com/ 19504391

5 144 http://www.alamy.com/tr/ BHT7P7

5 145 http://www.alamy.com/tr/ BHT7P7

5 145 http://www.123rf.com/ 11967481

5 145 http://www.alamy.com/tr/ BKY52H

5 145 http://www.alamy.com/tr/ BFGDD4

5 145 http://www.123rf.com/ 6654787

5 145 http://www.alamy.com/tr/ B1EATM

5 146 http://www.123rf.com/ 11967481

5 147 http://www.alamy.com/tr/ B799P5

5 148 http://www.alamy.com/tr/ BBWP7T

5 148 http://www.alamy.com/tr/ BFYGWG

5 148 http://www.alamy.com/tr/ BPJYFD

5 149 http://www.alamy.com/tr/ BPJYFD

5 149 http://www.alamy.com/tr/ CPXWB2

5 149 http://www.alamy.com/tr/ BHHAMP

5 149 http://www.alamy.com/tr/ A2A5G8

5 149 http://www.alamy.com/tr/ AE46G2

5 150 http://www.alamy.com/tr/ BYXA7J

5 150 http://www.alamy.com/tr/ A5BAHJ

5 150 http://www.alamy.com/tr/ A0220D

5 150 http://www.alamy.com/tr/ B98H36

5 150 http://www.alamy.com/tr/ B4540T

5 150 http://www.alamy.com/tr/ ARJHNA

5 150 http://www.alamy.com/tr/ BNJH3M


5 151 http://www.alamy.com/tr/ AXXE43



5 153 http://www.alamy.com/tr/ AXR2AH


5 155 http://www.alamy.com/tr/ BH43W9

5 155 http://www.alamy.com/tr/ AYPHEK

5 155 http://www.alamy.com/tr/ BGBA3D


5 159 http://www.alamy.com/tr/ B22JKN

5 160 http://www.alamy.com/tr/ BKY52H

214

Fizik 9.Sınıf


5 161 http://www.123rf.com/ 15481203

5 161 http://www.alamy.com/tr/ D1G8GC

5 161 http://www.alamy.com/tr/ CX5R1P



5 163 http://www.alamy.com/tr/ BEGD6D

5 164 http://www.alamy.com/tr/ AA2GC8


5 164 http://www.alamy.com/tr/ ANT3ET

5 165 http://www.123rf.com/ 5930764


5 166 http://www.alamy.com/tr/ D137KY

5 167 http://www.alamy.com/tr/ AFPE6A

5 168 http://www.alamy.com/tr/ BFGDD4


5 170 http://www.alamy.com/tr/ B8CX9D



5 171 http://www.alamy.com/tr/ BCHCN4

5 172 http://www.123rf.com/ 6654787

5 173 http://www.123rf.com/ 18837439



5 174 http://www.alamy.com/tr/ AJ8X72


5 174 http://www.alamy.com/tr/ A6WGKH

5 174 http://www.alamy.com/tr/ A2BXXY

5 175 http://www.alamy.com/tr/ B35AP4

5 175 http://www.alamy.com/tr/ B22DDK

5 176 http://www.alamy.com/tr/ A8DDC2


5 177 http://www.alamy.com/tr/ AK273X

5 177 http://www.alamy.com/tr/ BGBA3D

5 177 http://www.alamy.com/tr/ AJEKTE


5 179 http://www.alamy.com/tr/ B5HCY2

5 179 http://www.alamy.com/tr/ AMNGFW

5 180 http://www.alamy.com/tr/ C10CR7

215


5 181 http://www.alamy.com/tr/ CTFEEP5 181 http://www.alamy.com/tr/ B19B8G

5 184 http://www.123rf.com/ 14654529

5 185 http://www.alamy.com/tr/ A5KGX1


5 185 http://www.alamy.com/tr/ A4J5NP

5 186 http://www.alamy.com/tr/ B7NJ5R

5 186 http://www.alamy.com/tr/ BCBM4N

5 186 http://www.alamy.com/tr/ B70YNM

5 186 http://www.alamy.com/tr/ B6GE8H


5 187 http://www.alamy.com/tr/ BY40C4





5 189 http://www.alamy.com/tr/ A0GT8G

5 189 http://www.alamy.com/tr/ D2GN1B

5 190 http://www.123rf.com/ 10441304

5 190 http://www.alamy.com/tr/ BY75RD


5 191 http://www.alamy.com/tr/ B26C6B

5 191 http://www.alamy.com/tr/ AMT5XP




Documents

Ortaöğretim 9. Sınıf