fbpx
Bizi Takip Edin

Fizik

Kuvvetin Hız Sınırı

Yayınlandı

üzerinde

Kuvvet ( F ), okul hayatı boyunca öğrencilere sürekli okutulan, temel fizik derslerinin vazgeçilmez unsurudur. Tahtada, kare şeklinde bir cisme oklar ile çizilen, sürekli zavallı cismi itip kakan, karşımıza sadece vektörel bir değer olarak çıkan kuvveti hiç pratik olarak düşündünüz mü? Gerçek hayatta, ittiğiniz bir kapı, çektiğiniz bir sandalye, üzerine bastığınız bir klavye tuşu, hepsi kuvvete maruz kalıyor. Cisimlere, direkt kas kuvvetimizi iletiyoruz…pekala, etrafta “Işık hızı, hız limitidir.” diye dolaşıyoruz da, hiç düşündük mü, kuvvetin hız sınırı var mıdır?

Fiziksel olarak kuvvet iletimini irdelemeden öncesinde, muazzam bir enerji dönüşüm harmonisinden bahsettiğimizin farkına varmalıyız. Daha spesifik düşünerek, ağır bir bloğu ittiğinizi varsayarak işe başlayabiliriz. İlk olarak beyninizin içerisinde birsürü nöro-kimyasal tepkime ve kompleks bağlarla, karşınızdaki bloğu neden itmek istediğinize karar veriyorsunuz. Beyin, herhangi bir sorun yoksa eğer, nedensellik temelli çalışmaktadır. Bu yüzden, bloğu amaçsız bir şekilde itmek, “anlamsız” karşılanır. Buna karar verdikten sonra, beyninizin birincil motor korteksi, omuriliğe direkt bağlı sinir patikasını elektrikle yükleyerek, gövdenizdeki kaslara işaret verir. Bir bacağınızı arkaya atar, diğerini önde kırar ve ellerinizi bloğa dayarsınız. Bu esnada vücudunuzda olanlar, enerji dönüşümünün harika örneklerinden biridir. Vücudumuzda elektro-kimyasal iletimlerin, fiziksel kuvvete dönüşmesini sağlayan, harika bir mekanizma çalışmaktadır. Bu da, kabaca elektriğin itiş, çekiş gibi kuvvetlere dönüşümü varsayılabilir.
Ellerinizden, bloğa sarfedilen itiş kuvveti sayesinde blok, “aniden” hareket ediyor gibi gözüküyor. Blok, kuvvetle eş zamanlı tepki gösteriyor gibi. Sanki, kuvvet onu hareket ettirebilecek seviyeye geldiğinde, durup dururken ivmeleniyor…mu? Herhangi bir cimi hareket ettirmek istediğimizde, ettiriyoruz. Okulda da, bize hiç kuvvetin hız sınırı veya nasıl işlediği hakkında bir şey söylenmedi, nereden bileceğiz? Elimizde gözlem yapabileceğimiz bir durum da yok…o zaman mantık yürütelim. İlk olarak, kuvvetin neden bir “hız sınırına” ihtiyacı olduğunu düşünelim. Kuvvet, informasyon içeren parçacıklar arası etkileşimlerden meydana gelmektedir. Çok detayla düşünürsek eğer, parçacıklar informasyon içerirler. Kütleleri vardır ve kütleli her olgunun da, hıza karşı direnci. Yani, kuvveti ileten parçacıklar arası mesafe olması, bu parçacıkların ani bir şekilde etkileşime geçmesini engellemektedir. Cisim bir bütün olmadığı üzere, parçacık temelli düşünmeliyiz. Ses kavramının ne olduğunu biliyoruz, ses basit olarak parçacıkların titreşmesidir. Parçacıklar titreşerek kulağımızda belli kimyevi-elektriksel kombinasyonlara ulaşıp anlam kazanırlar. Bizi ilgilendiren kısım şu an, sesin doğası. Ses, parçacıkların birbiri ile etkileşime geçmesi sonucu yayılır. Bir parçacık titreşir, bu titreşimi diğerine aktarır, bu sayede ses dağılır. Ses, katıda daha hızlı ilerler, zira katı çok daha yoğundur. Kafanızda bazı şimşeklerin çaktığını hissedebiliyorum, evet kuvvet de aynı şekilde iletiliyor. Bloğun bir yüzeyini ittirdiğinizde, elinizdeki itme enerjisi, hemen temasındaki parçacıkları hareket ettiriyor ve, o parçacıklar bir diğer parçacığı, o parçacık, bir diğerini, o diğeri, diğerini…kuvvet bu sayede iletilmiş oluyor. Kuvvetin nasıl iletildiğini aşağı yukarı çözdük, peki, ortalama bir hız sınırı? Cevabı tahmin edebilirsiniz, kuvvetin hız sınırı katılarda ses hızı kadardır. Fakat, her cisim için sabit bir kuvvet sınırı yoktur. Cismin, yoğunluğuna bağlı bir sınırımız bulunmaktadır. Bir cisim ne kadar yoğunsa, kuvvet iletimi o kadar hızlıdır, yani o kadar kolay itilebilir, çekilebilir.
Bu yoğunluk dinamiğini en uygun şekilde anlamanız için, bir kilo demir ve bir kilo pamuk aldığımızı farzedelim. Bittabi aralarında mükemmel bir hacim ve yoğunluk farkı bulunacaktır. Bir kilo demiri, iterken sorun yaşamazsınız. Yoğunluğu sayesinde kuvvet parçacıklar arasında hızlı bir iletime sahip olur. Fakat pamuk yığınını itmek o kadar kolay olmayacaktır. Yığını bir taraftan ittiğinizde, eliniz yığının içerisine göçecektir. Zira, pamuğun yoğunluğu daha az olduğu üzere kuvvet iletimi beklenildiği kadar sürekli gerçekleşmez. Demir, düzenli bir dizilime sahipken, pamuk daha rastgele bir dizilime sahiptir. Bu yüzden uyguladığınız kuvvet, yığının her tarafına eşit dağılamaz. Pekala, kuvvet bir ses midir? Ne de olsa, bir ses gibi cisim içerisinde yayılıyor, bir parçacık diğerine, bir diğer parçacık diğerine yükleniyor. Bu sorunun cevabı, aslına bakarsak hayır, ses bir enerjidir, kuvveti vardır. Kuvvet, bir cisimde şekil deformasyonuna, ivmeye, durmaya sebep olan etkidir. Enerji sayesinde gerçekleşir. İlk örneğimizde, kasların belli biyolojik dönüşümler sayesinde açığa çıkardığı enerji kaynaklıdır. Bir itiş kuvveti yaratılır ve bu kuvvet, parçacıktan parçacığa iletilir. Ses, itiş kuvvetinin ani ve kuvvetli gerçekleşmesiyle de meydana gelebilir. Bir cisme yumruk atıldığı zaman, cismin parçacıkları çok hızlı yayılır, çevresindeki havayı da titreştirir ve kulağımıza ses olarak yansır. Akabinde, yumruğu sürekli ittirirsek de cisim hareket eder yahut deforme olur, hatta hareket ediyorsa, hareketini durdurabilir. Aynı zamanda, ses ile de cisimlerde deformasyona hatta harekete sebep olabileceğimizi biliyoruz. Ses, kombine titreşimlerdir ve bu titreşimler harekete, deformasyona ve ısı artımına neden olabilir. Yani, ses de bir çeşit kuvvet uygulayabilir.

Kuvvetin ikileme düşüren, yarı soyut doğasına bir göz atma şansı yakaladık. Sese, enerji dönüşümlerine bir göz gezdirdik ve öğrendik ki, kuvvetin de bir hız sınırı bulunuyormuş. Kabaca, katılarda ses hız sınırına eşit bir değer.

Reklam Alanı
Yorum için tıklayın

Yanıtla

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Fizik

Einstein’ın mektubu 40 bin dolara satıldı

Yayınlandı

üzerinde

Yazan

Nobel ödüllü ünlü fizikçi Albert Einstein’ın 1922’de kız kardeşi Maja Einstein’a yazdığı ve o dönemde artan milliyetçilik ile anti-semitizmin tehlikelerine karşı uyarı mesajlarının yer aldığı mektup İsrail’de yaklaşık 40 bin dolara satıldı. The Kedem Müzayede Evinden yapılan açıklamaya göre, Einstein’ın Nazi Almanya’sı lideri Adolf Hitler’in iktidarı öncesinde kaleme aldığı mektup, Batı Kudüs’te düzenlenen açık artırmada 39 bin 360 dolara alıcı buldu. Einstein’ın, söz konusu mektubu Almanya’nın Yahudi asıllı Dışişleri Bakanı Walther Rathenau’nun aşırı sağcılar tarafından Ekim 1922’de suikastla öldürülmesinin ardından kaleme aldığı ifade edildi.

Rathenau’nun suikasta uğramasının ardından, polisten gelen hayatının tehlikede olabileceği şeklindeki uyarılar üzerine gizlenmeye başlayan Yahudi asıllı bilim adamı Einstein, kız kardeşi Maja’ya yazdığı mektupta o dönemde artan milliyetçilik ve anti-semitizmin tehlikelerine karşı uyarı mesajları veriyor. Mektubunda Einstein “Burada politik ve ekonomik olarak karanlık zamanlar başlıyor. Bu nedenle her şeyden uzaklaştığım için çok mutluyum.” ifadelerini kullanıyor.

Müzayede evi yetkilileri, mektubun tahmin ettikleri fiyatın iki katına alıcı bulduğunu belirtti. Yahudi asıllı Alman fizikçi Albert Einstein, 14 Mart 1879’da Almanya’nın Ulm kentinde doğdu. 20. yüzyılın en önemli kuramsal fizikçisi olarak nitelendirilen Einstein, görelilik kuramını geliştirmiş, kuantum mekaniği, istatistiksel mekanik ve kozmoloji dallarına önemli katkılar sağlamıştı. Kuramsal fiziğe katkılarından ve fotoelektrik etki olayına getirdiği açıklamadan dolayı Einstein, 1921’de Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülmüştü.
Kaynak: https://kcby.com/news/offbeat/handwritten-einstein-letter-auctioned-off-for-nearly-40000

Devamını Oku

Bilim

Bilim insanları kilogramın tanımını değiştirmek için toplanıyor: Sabit ağırlık yerine kuantum

Yayınlandı

üzerinde

Yazan

Metroloji alanında çalışan 57 ülkeden bilim insanları kilogramın tanımını değiştirmek için Paris’te toplanıyor. Bir kilogramın bir kilogram olduğunu nasıl biliyoruz bunu hiç düşündünüz mü? Nasıl oluyor da “1 kg” dünyanın her yerinde aynı ağırlığa denk geliyor? Cevabı Fransa’nın başkenti Paris’te ısısı ve basıncı kontrol altında tutulan üç seviyede mühürlü bir laboratuvarın içinde bulunuyor. Son birkaç yıldır kilogramı tanımlayan şey; aynı zamanda dünyanın en yuvarlak nesnesi olan ve 2,15 x 10^25 adet silikon 28 atomuna sahip mükemmel küre şeklindeki bir cisim. Sadece bu kürenin yapımında kullanılan hammadenin değeri bile 1 milyon Euro ve binlerce saat işlenerek kusursuz bir küre haline geldikten sonraki değeri ise bunun çok ötesinde. Tüm metrik ağırlık birimleri bu cisme göre belirleniyor ve dünya standardı bu şekilde oluşuyor. Ne var ki, standart ağırlığı tanımlayan bu birim değişmek üzere. Metroloji alanında çalışan 57 ülkeden bilim insanları Versay’da buluşarak artık kilogramın somut bir cisim değil teorik bir denkleme sabitlenmesini oylayacaklar. Ancak oylama sadece bir formalite. Bununla ilgili bilimsel çalışmalar, araştırmalar ve tartışmalar çoktan yapıldı ve karar verildi. 
Kilogramı kuantum belirleyecek
Kilogram artık evrenin dokusunda yer alan temel bir sabit sayıdan türetilecek. Bunun için kuantum mekaniğinde yer alan ‘planck sabiti’ kullanılacak. Planck sabiti ise Foton enerjisi ile elektromanyetik dalga frekansının birbirine olan oranından elde ediliyor. Bu oran kuantum mekaniğinde aksiyonun temel birimi olarak da düşünülebilecek bir sabit. Bir ağırlığı dengelemek için gerekli olan plank sabitini gösteren Kibble adında elektromanyetik güçle ölçüm yapan son derece hassas bir aygıt kullanılacak. Biliminsanları önce kilogramın tanımlanmasını bu şekilde değiştirmeyi oylayacak daha sonra da çalışmalarda ortaya konan Planck sabiti değerini oylayacak ve bu değere Kibble’da karşılık gelen ağırlığı tüm zamanlar ve mekanlar için evrensel 1 kg olarak tanımlayacaklar. Böylece insanoğlu gelecekte hangi ortamda veya gezegende yaşarsa yaşasın tüm ölçüm birimlerini şaşmadan kullanmaya devam edebilecek. 
Kilogramın tarihçesi
İlk önce ağırlık biriminin tanımı 1793’te Antoine Lavoisier tarafından yapıldı ve 0.1 metre küp hacmindeki bir buzun erime derecesindeykenki ağırlığı olarak belirlendi. ‘Grave’ olarak anılıan bu ağırlık aynı zamanda 1 litre suyu da tanımlıyordu. Bu ölçünün de binde birine gram denildi. 1 Kg’ya da ‘Garve’ demek yerine bin adet gram anlamına gelen kilogram adı verildi. 1799’da 1 Kg’ın tanımı ilk kez değiştirilerek buzun 0 derecesinde değil 4 derece sıcaklıkta erimiş su halinin ağırlığı olması kararlaştırıldı. Ancak suyun yapısı yeterince istikrarlı değildi ve ölçümlerde kullanımı da pratikolmuyordu. Dolayısıyla bu suyun ağırlığına eşit saf platinden oluşan bir silindir yapıldı. Buna da ‘Arşiv kilogram’ denildi. Ancak 90 yıl sonra 1889’da bu materyal de güncellenerek platin ve iridyum karışımı bir silindir olarak belirlendi ve günümüze kadar da kullanıldı. Kg birimi üzerinde oynama yapılmadığından emin olmak için aralarında çok ufak farklılıklar olan 14 kopyası, farklılıklar kaydedilerek dünyada 14 farklı ülkeye gönderildi.

1948’de bu kopyalar ağırlıklarında değişim olup olmadığını ölçmek için ilk kez biraraya getirildi ve aynı şartlar altında korunmalarına rağmen zaman içerisinde hepsinin ağırlıklarının değiştiği gözlemlendi. 1990’da yeniden ölçülen kilogramların ağırlıklarının giderek daha fazla değiştiği (50 mikrogram) kaydedildi. Metrik olmayan diğer tüm ağırlık birimleri de kilograma göre belirlendiği için (0.453559237 kg’ın 1 pound olması kararlaştırılmıştır) kg’ın sabit kalması herkes açısından önemli bir konu. İçinde tutulduğu fanusların vakumlu ortamında ve tüm kontrol şartlarına rağmen bu değişim nasıl ve neden olduğu tam olarak çözülebilmiş değil ancak dünya sürekli tanımı değişen bir ‘standard birim’ kullanamayacağı için yeni formüller arandı. Silikon küre bu sorunu moleküler yapı ile çözdü ve ağırlığın ne olduğu sabit atom sayısına bağlandı.
Metre de benzer süreçler geçirdi sıra Kelvin ve Amperde 
Bir metre olarak bildiğimiz standart uzunluk birimi ilk olarak Kuzey Kutbu’ndan Ekvator’a kadar olan mesafenin 10 milyonda biri olarak tanımlandı. Ancak bugün vakumlu ortamda ışığın belli bir sürede kat ettiği mesafe ile tanımlanıyor. Işık değeri kelvin ve elektrik akım şiddeti amper için de benzer şekilde evrensel sabitler belirlenecek ve 20 Mayıs 2019’dan itibaren geçerli olacak. Bu farklılıklar metroloji dünyasının dışında insanların günlük hayatında hissedilmeyecek ancak bilimsel çalışmalar ve özellikle uzay projelerinde önemli olacak.
Kaynak: https://www.theguardian.com/science/2018/nov/09/in-the-balance-scientists-vote-on-first-change-to-kilogram-in-century

Devamını Oku

Bilim

Hawking’in tezi 767 bin dolara alıcı buldu

Yayınlandı

üzerinde

Yazan

Dünya’nın en büyük fizik profesörlerinden olan Stephen Hawking, hatırlanacağı üzere Mart ayında hayatını kaybetmişti. Hayatını kaybeden İngiliz fizikçi Stephen Hawking’in eşyaları müzayede yoluyla satışa sunuldu. Hawking’in tezinin de aralarında yer aldığı 22 parça, 1.8 milyon dolara satıldı. İngiliz fizikçi Stephen Hawking’e ait 20’den fazla eşyanın satışa çıktığı açık artırmada 1.8 milyon dolar gelir sağlandı.

Gelirinin bir kısmı Stephen Hawking Vakfı ve Motor Nöron Hastalığı Vakfı’na bağışlanan müzayedede en yüksek fiyattan alıcı bulan parça Hawking’in Genişleyen Evrenlerin Özellikleri adlı tezi oldu. Beş kopyası bulunan Hawking’in 117 sayfalık tezi, beklenenin dört katı bir fiyata ulaşarak 767 bin dolara satıldı. Hastalığı nedeniyle yürüyemeyen Hawking’in 1980’li ve 90’lı yıllarda kullandığı deri kaplama tekerlekli sandalyesi de 393 bin dolara alıcı buldu. Müzayedede satılan parçalar arasında Hawking’in çizgi dizi The Simpsons’larda yer aldığı bölümün senaryosu da vardı. Senaryo için yaklaşık 8 bin dolar ödendi.

Hayatını evrenin gizemini çözmeye adayan fizik profesörü Hawking, büyük patlama, kuantum fiziği, kara deliklerle ilgili çalışmaları ile biliniyordu. 76 yaşında hayatını kaybeden Hawking, ALS olarak bilinen Amyotrofik Lateral Skleroz adlı hastalık nedeniyle hareket kabiliyetini tamamen kaybetmişti. Özel bir yazılım sayesinde çevresi ile iletişime geçen Hawking, 1988’de yayınladığı Zamanın Kısa Tarihi adı kitapla geniş kitlelere ulaşmıştı.
Editör / Yazar: Ezgi SEMİRLİ
Kaynak: https://www.nytimes.com/2018/11/08/science/stephen-hawking-wheelchair-auction-.html

Devamını Oku

Öne Çıkanlar