Fizik Yasaları Üzerine

BilimGenci · 2016-02-02T20:18:08.0000000+03:00

Merhabalar, Çok uzatmadan ve sıkmadan sorumu sormak istiyorum. Öncelikle Dinamiğin 2. yasasını ele alırsak Newton bize der ki bir cisme etki eden kuvvetin cismin kütlesine oranı bize cismin ivmesini verir, buraya kadar güzel sıkıntımız yok pekala bu neden böyledir? Başka bir deyişle F=ma denkleminin çıkış noktası nedir , izahatı var mıdır ? İzahından kasıt örneğin düşey atış hareketinde ivmenin mg=ma dan dolayı g'ye eşit olduğunu bulabiliriz.Fakat temelde yine F=ma karşımıza çıkıyor .Newton bu yasaları sadece deneysel gözlemlerinin sonucu olarak mı keşfetmiştir, yoksa bir izahı var mıdır? Özet olarak farzedelim ki bir öğretmensiniz ve karşınızda meraklı gençler duruyor.Onlara F'in neden m.a'ya eşit olduğunu nasıl açıklayabilirsiniz ?

savarog

Binbaşı

1834 Mesaj

Tüm Başarılarını Gör

BilimGenci B kullanıcısına yanıt

kingman29

Yarbay

3437 Mesaj

Tüm Başarılarını Gör

F=ma formülünün açılımı , kütlenin harekete karşı direnci demektir.Ortada duran bir m kütlesine a ivmesini kazandırmak için F kuvveti uygulanmalıdır.Bu formülün sorgulaması ciddi bir sorgulamadır.Neden madde harekete karşı direnç gösterir.Newton , kendi zamanında bunu açıklayabilecek bilimsel gelişmelerden uzak olsa da , bu sorunun cevabını dahiyane bir şekilde vermiştir.Maddenin harekete karşı direncinin sebebini uzay olarak görmüştür , ve mutlak uzay kavramını ortaya atmıştır.

Gözardı ettiğimiz şey , aslında F=ma formülünün uzay boşluğunda geçerli olmasıdır.Dünyada F=ma + sürtünme kuvvetidir.100 tonluk bir kayayı elimizle ittirerek hareket ettirmek istersek , bunun imkansız olduğunu biliriz.Çünkü dünya yüzeyinde böylesi bir ağırlık , devasa sürtünme direnci oluşturacaktır.Ancak bu 100 tonluk kayayı uzayda da parmağımızın ucuyla ittiremeyiz.Yine devasa bir kuvvet uygulamamız gerekir.Oysa uzay boşluğunda sürtünme yoktur.Peki kuvvet uygulamamızı saplayan şey nedir?

Diyelim ki 10.000 beygir güç üreten bir denizaltı ile su altında hız rekoru kırmaya kalksak , en fazla 100 km hız yapabiliriz.Çünkü su ortamında sürtünme çok fazladır.Ancak yine 10.000 beygir güç üreten bir motora sahip jet uçağıyla , havada 1.000 km hız yapılabilir.Havanın direnci daha az olduğundan , daha az kuvvetle , daha fazla hız yapabiliriz.Peki uzaya çıksak , uçağın hızına çıkmak için çok daha az kuvvet uygulasak da , sonuçta belli bir kuvvet gereklidir.Buradan , uzayın tamamen boş olmadığını ve maddenin hareketine karşı direnç oluşturacak bir yapısı olduğu sonucuna ulaşabiliriz.

Newton F=ma formülünü ortaya koyduğunda , buna bir açıklama getirmesi gerekliliğini kendisi de gayet iyi biliyordu.Neden madde harekete karşı direnç gösterir?Newton'un getirdiği açıklamayı anlamak için şöyle bir düzenek düşünebiliriz.Bir ipin ucuna sıkıca taş bağladığımızı düşünelim ve hızlıca çevirdiğimizi düşünelim.Taş kurtulmaya çalışacak ve dairesel şekilde dönerken , ipte sürekli bir gerilme kuvveti oluşacaktır.Bunu dünyada yaparken yerçekimi kafamızı karıştırabilir.Ancak aynı olayı uzayda düşündüğümüzde ipin gerilmesine sebep olan kuvveti açıklamak çok da kolay değildir.İşte bu noktada ortaya çıkan tartışma , göreceliğin einsteindan yüzyıllar önce ortaya konmasına sebep olmuştur.Taşın üzerine bir gopro kamera yerleştirdiğimizi düşünürsek , uzayda taş dönerken , çevresindeki yıldızlara bakarak , taşın gerçekten döndüğünü anlıyabiliriz.Yani taş referans olarak alınan , çevredeki yıldızlara göre dönmektedir.Ancak uzaydaki tüm yıldızları ve gökcisimlerini ortadan kaldırırsak ortaya büyük bir problem çıkar.Taşın dönmekte olduğunu anlıyabileceğimiz hiçbir referans noktası kalmamıştır.Kameraya baktığımızda taşın döndüğünü anlıyamayız.Sanki yerinde sabit duruyo gibi görünür.İşte bu noktada taşın neye göre döndüğünü sorgulayabiliriz.Dönüşe referans gösterecek hiçbir madde kalmadığında ipte grrilme kuvveti varlığını sürdürecek midir yoksa kuvvet ortadan kalkacak mıdır?Newton zamanında , uzay ve kozmoloji hakkında bilginin sıfır olduğu bir dönemde bu soruya cevap vermek kolay değildi.Ancak bazı bilim adamları cesurca bir tahminde bulundu.Uzayda bir ipin ucunda dönen taşın bağlı olduğu ipe kuvvet uygularken , eğer evrendeki tüm madde ortadan kalakarsa , bu kuvvet de sıfıra eşitlenir.Yani onlara göre bu kuvvetin sebebi , evreni oluşturan madde bütünüdür.Eğer uzaydaki tüm madde ortadan kalkarsa , herhangi bir madde , kütlesi ne olursa olsun , harekete karşı direnç göstermeyecektir.Yani kuvvetin sebebi , yerçekiminden yeterince uzakta olsak bile , tüm evrenin maddesinin uyguladığı yerçekimi toplamıdır.

Bu düşünce akla çok yatkın gelse de , başka bir açıklama olması mümkün değil gibi gözükse de , Newton bu yaklaşıma cesurca karşı çıktı.Yani Newton dedi ki , uzayda bir ipin ucunda dönen taş , uzayda hiçbir madde olmasa da , bağlı olduğu ipe kuvvet uygulamaya devam edecektir.Uzaydaki tüm madde ortadan kalksa da , madde harekete karşı direnç gösterecektir.Fakat uzay tamamen boşluğa dönüştüğü halde , ortada hiçbir madde kalmadığı halde , referans alınacak hiçbir şey kalmadığında , neye göre hareket olacak veya neye göre kuvvet ortaya çıkacak?İşte neye göre sorusuna Newton uzayın kendisine göre cevabını vermiş ve adını mutlak uzay koymuştur.Bunu iddia etmek demek , uzayın boşluk olmadığını ve boşluğun hiçlik olmadığını kabul etmek demektir.

Newton'un bu cesurca öngörüsünün doğruluğu zamanla daha da net şekilde ortaya çıktı.Einstein'la birlikte uzayın bükülebileceğini ve zamanla bütünleşik olduğunu gördük.Kuantum fiziğiyle birlikte , uzayın bir dokusu olduğunu , boşluk sandığımız uzayın , sürekli dalgalanan , içerisinde kuantum alanları , higgs alanları gibi alanları barındıran bir yapı olduğunu anladık.İşte F=ma formülündeki F kuvvetinin sebebi uzayın kendisidir.

< Bu mesaj bu kişi tarafından değiştirildi kingman29 -- 3 Şubat 2016; 3:49:43 >
< Bu ileti mobil sürüm kullanılarak atıldı >

kingman29 K kullanıcısına yanıt

AnotherPlanet

Binbaşı

1741 Mesaj

Tüm Başarılarını Gör

savarog

Binbaşı

1834 Mesaj

Tüm Başarılarını Gör

quote:

Orijinalden alıntı: BilimGenci

Öncelikle ilginizden ve açıklayıcı cevabınızdan ötürü teşekkürler. Sorduğum sorunun cevabını aldım fakat kafamda yeni soru işaretleri oluştu.Bunları dile getirecek olursam ;
1)Uzay'ın maddenin hareketine karşı direnç oluşturacak bir yapısı olduğu söylenmiş. Dünya'yı ele aldığımız zaman bir cismin hareket etmesi için gerekli olan kuvvet'in sürtünme kuvvetinden büyük olması gerekir. Sürtünme kuvvetini ele aldığımız zaman Fs=k.N eşitliği karşımıza çıkıyor. Bir cisime uygulanacak olan (k.N+1)'lik bir kuvvet bile cismi 1/m ivmesiyle harekete geçirecektir.Pekala uzayda hareketin başlamasını belirleyen bir limit var mıdır (k.N gibi ) , varsa nedir?
2)Yine dünyayı ele alırsak cisme etkiyen kuvveti ortadan kaldırdığımız zaman cisim Fs/m ivmesiyle yavaşlayacak ve zamanla duracaktır.Şimdi uzay için düşünecek olursak ; Voyager 1 uzay aracını ele alalım bu aracın binlerce yıl sonra Alpha Centauri'ye varacağı öngörülüyor.Elbetteki araçta bu kadar yıl yetecek kadar yakıt yoktur. Pekala , Voyager aracının yakıtı tükendiği zaman (belki de şimdiden tükenmiştir bilgim yok) bu cisme Mutlak Uzay tarafından gösterilecek direnç cismin zamanla yavaşlamasına ve sonunda durmasına sebep olmayacak mıdır? Yoksa Uzay'da hareketin mekaniği daha mı farklıdır ?
3)Son olarak Newton'un mutlak uzay fikrinde referans alınabilecek hiçbir madde kalmasa dahi (boşluk durumunda) uzayın kendisine göre hareketin veya kuvvetin olacağını iddia etmiş olması, mutlak uzayın ya da modern anlamda uzayzaman dokusunun maddeden bağımsız olduğunu mu gösterir?

Teşekkürler şimdiden.

Newton kanunları evrenseldir, f=m.a eşitliği her yerde aynı şekilde geçerlidir(farklı gözlem çerçeveleri hariç elbette)
Buradaki f
cisim üzerindeki net kuvveti kasteder. Cisim üzerinde net bir kuvvet var ise cisim hareket edecektir.
Bu hareketin bir limiti yok.
Yalnızca kuantum ölçülerinde değişebilir ama şu an konu bu değil.

Voyager ilerleme yönünün aksine bir kuvvetle karşılaşmadığı sürece yoluna devam edecektir,
karşılaşırsa, ki bu boş uzaydan değil belki ışıma nedeniyle olabilecek olan çok küçük kuvvetlerdendir.

sorduğun 3. madde için, geşmişte kalmış ve şu an fizikte pek bahsedilmeyen "Mach ilkesini" araştır.

kingman29

Yarbay

3437 Mesaj

Tüm Başarılarını Gör

quote:

Orijinalden alıntı: BilimGenci

Öncelikle ilginizden ve açıklayıcı cevabınızdan ötürü teşekkürler. Sorduğum sorunun cevabını aldım fakat kafamda yeni soru işaretleri oluştu.Bunları dile getirecek olursam ;
1)Uzay'ın maddenin hareketine karşı direnç oluşturacak bir yapısı olduğu söylenmiş. Dünya'yı ele aldığımız zaman bir cismin hareket etmesi için gerekli olan kuvvet'in sürtünme kuvvetinden büyük olması gerekir. Sürtünme kuvvetini ele aldığımız zaman Fs=k.N eşitliği karşımıza çıkıyor. Bir cisime uygulanacak olan (k.N+1)'lik bir kuvvet bile cismi 1/m ivmesiyle harekete geçirecektir.Pekala uzayda hareketin başlamasını belirleyen bir limit var mıdır (k.N gibi ) , varsa nedir?
2)Yine dünyayı ele alırsak cisme etkiyen kuvveti ortadan kaldırdığımız zaman cisim Fs/m ivmesiyle yavaşlayacak ve zamanla duracaktır.Şimdi uzay için düşünecek olursak ; Voyager 1 uzay aracını ele alalım bu aracın binlerce yıl sonra Alpha Centauri'ye varacağı öngörülüyor.Elbetteki araçta bu kadar yıl yetecek kadar yakıt yoktur. Pekala , Voyager aracının yakıtı tükendiği zaman (belki de şimdiden tükenmiştir bilgim yok) bu cisme Mutlak Uzay tarafından gösterilecek direnç cismin zamanla yavaşlamasına ve sonunda durmasına sebep olmayacak mıdır? Yoksa Uzay'da hareketin mekaniği daha mı farklıdır ?
3)Son olarak Newton'un mutlak uzay fikrinde referans alınabilecek hiçbir madde kalmasa dahi (boşluk durumunda) uzayın kendisine göre hareketin veya kuvvetin olacağını iddia etmiş olması, mutlak uzayın ya da modern anlamda uzayzaman dokusunun maddeden bağımsız olduğunu mu gösterir?

Teşekkürler şimdiden.

Fizik kanunlarını sorgulamak çok ciddi bir iştir.Newton'un hareket kanunlarını kullanarak uzaya roket yollamak ve rota hesaplamalarını yapmak başkadır.Ama sorgulamak demek felsefeye girmek demektir.Bu sorgulama Yunan filozoflarıyla başlar , islam filozoflarıyla devam eder , Newton bilimiyle yoğrulur ve Berkeley ve Hume gibi modern filozoflarla neticelenir.Kuvvete sebep olanın Uzay olduğunu bilmek , çetin bir felsefeye dalmak demektir.

Uzay anlayışının felsefik ve bilimsel tarihçesine bakarsak Yunan bilimi ve felsefesiyle başlamak gerekir.Uzaya , mekan da diyebiliriz.Mekanın mutlak mı yoksa sanal mı olduğu tartışması Yunan felsefesiyle başlamıştı.İdealizme göre mekan veya uzay insan bilincinin dışında var olamazdı.Maddeci yaklaşıma sahip filozoflar içinse uzay , biz olsak da , olmasak da vardı.İdealistler evreni Yaratıcıya bağlarken , maddeciler de Yaratıcıyı inkar eden taraftı.

Ancak Newton gibi Tanrı inancı çok kuvvetli bir insan , uzayın mutlak olduğunu iddia etmişti.Newton idealizme aykırı bir tavır takınmıştı.Ancak Newton'un uzaya bir varlık atfetmesi , onun bizim bilincimiz dışında kendine özgü mutlak bir varlık olduğunu göstermesi , Yaratıcıyı inkar etmek anlamına gelmiyordu.Çünkü uzayı yaratan da sonuçta O'ydu.Newton sadece idealizmin gidişini değiştirmiş ve yön vermişti.Eski Yunanlılar , denizdeki dalgalanmalara sebep olan bir tanrıya inanırken , zamanla dalgalanmalarda Tanrının parmağı olmadığı ve doğa kanunlarıyla gerçekleştiği anlaşıldı.Bunun gibi konularda Bilim ilerledikçe idealimz de yaratıcıyı doğa olaylarının alt tabakalarından , üst tabakalarına doğru taşımaya başladı.Newton'un bilim ve felsefede çığır açmasının sebebi budur.Dünyayı şimşek çaktıran , rüzgar estiren tanrılardan , tüm evrene hükmeden fizik kanunlarını Yaratan tanrıya götürmesi olmuştur.Newton kafasına düşen elmaya etki eden fizik kanunlarıyla , dünyanın güneşin etrafında dönmesine etki eden fizik kanunlarının aynı olduğunu göstererek , Yaratıcıyı daha yukarılarda görmemize yol açmıştır.Orta çağın , doğa kanunları kelimesini kullanmanın kafirlik olarak görüldüğü dönemlerinde , Newton kesinlikle bilimin gelişimde çığır açmıştır.Tanrının yarattığı doğa kanunlarını ortaya koymanın kafirlik olmadığını bütün dünyaya kabullendirmiştir.

Newton sonrası dönemde , uzayla ilgili bilimsel ipuçları yakalamamız yüzyıllar sürse de , sonuçta uzayın hiçlik olmadığını anladık.Einstein ile uzayın çarşaf gibi bükülebildiğini gördük.Deneysel olarak ispatladık.Uzay bir madde değildi ancak bir yapısı vardı ve varlığıyla birlikte , maddeye etileri tartışılmazdı.Kuantum fiziği ile birlikte uzayın esrarengiz yapısına şahit olduk.Bu uzayda maddenin yanı anda birden fazla yerde bulunabileceğini , biz gözlemleyene kadar maddenin uzayda belli bir yerde değil , her yerde olduğunu gördük.Boşluk sandığımız uzayın , kuantum alanlarıyla , higgs alanlarıyla dolu olduğunu gördük.

Maddeciliğin yükseldiği dönemlerde kuantum fiziği sayesinde maddeciliğin çöktüğünü ve yeni nesil idealizmin Berkeley ve Hume gibi filozoflarla doğduğunu gördük.Sicim teorisiyle , holografik evren prensibiyle , uzay , mekan ve zaman algılarımızın tamamen çöktüğü döneme girdik.Ateist Hawking bize holografik evreni anlatmaya başladı.Kaldı ki holografik evren demek en koyu idealistin bile hayal edemiyeceği , esrarengiz bir evren anlayışı getirmektedir.Madde dışındaki herşeyi reddeden maddeci yaklaşımın çöküşünü izledik.

Sonuçta artık Newton'un yüzyıllar öncesinden öngördüğü gibi , uzayın hiçlik olmadığını biliyoruz.Aynı zamanda uzayın madde olmadığını da biliyoruz.

Konumuza gelirsek :

1.F=ma formülü maddenin harekete karşı direnci olması yanında aynı zamanda maddenin hareket halindeyken durmaya karşı da direncidir.Uzayda bir uzay gemisini hareket ettirdikten sonra , durdurmaya kalktığımızda yine kuvvet uygulamamız gerekir.Çünkü F=ma formülündeki a(ivme) hem hızlanma hem de yavaşlama durumlarında kuvvetle doğru orantılıdır.Ne kadar çok kuvvet uygularsan o kadar çabuk hızlandırırsın.Uzayda sürtünme olmadığı için , en ufak kuvvet bile , en büyük kütleleri hareket ettirebilir.Yani elinle uzay gemisini ittirebilmek için , öncelikle arkanı daha büyük bir kütleye dayayıp geri tepmeye engel olursan , çok uzun süre kuvvet uygulaman gerekir.Belki saatlerce ittirirsen 1 mm ileri gitmesini sağlıyabilirsin.Sonrasında ise bu hızını koruyacaktır ve günler sonra bi kaç santim ileri gittiği görürsün.Uzay maddenin hareketine direnç gösterdiği gibi , hareketin devamlılığının bozulmasına karşı da direnç gösterir.

2.Havada uçan uçağın motorlarını kapattığında aniden yavaşlamaya başlar.Çünkü uçağın gövdesi hava molkeüllerine çarparak yavaşlama meydana gelir.Sonunda tamamen durup düşer.Ancak uzayda yavaşlatacak madde etkileşimi olmadığı için hareketi korumaya devam eder.Uzayın harekete karşı direncinin sebebi , uzayın madde ile kaplı olması değil , kendi yapısıyla alakalıdır.Aslında uzay maddenin taşıyıcısıdır ve kalıbıdır.Madde sadece uzay dokusunda var olabilir.Ancak yine de uzay madde değildir.

3.Uzay zaman dokusu maddeden tamamen bağımsızdır.Maddenin varolabimesi için uzayzaman dokusu gereklidir ancak uzayzaman kendisi madde değildir.Uzay sürekli çalkalanan bir okyanus gibidir.Mesela dalgalı bir denizde , birbirine paralel giden iki geminin kaptanının yapacakları en tehlikeli şey birbirlerine yaklaşmaktır.Yeterince yaklaştıklarında , aralarında dalga oluşmasını engelleyecekler ve kenarlardan vuran dalgalar onları büyük bir kuvvetle birbirine yaklaştırıp çarpışmalarına sebep olacaktır.İşte bilim adamları bunun deneyini uzay boşluğunda yaptılar ve vakum enerjisi denilen , uzayın maddeye karşı uyguladığı ilginç etkiye şahit oldular.İncecik iki levhayı , havası tamamen boşaltılmış bir ortamda birbirine yeterince yaklaştırdıklarında , çok güçlü bir şekilde birbirlerini çektiklerini gördüler.Zaten kuantum deneyleri ile , elektron gibi parçacıkların dalga hareketi yaptıklarını biliyoruz.Artık uzayın gözle görülmeyen , dalgalanan bir okyanus olduğunu gayet iyi biliyoruz.Ancak nasıl bir yapısı olduğunu ve içerisinde barındırdığı gizemleri çözmekten henüz uzağız.

Biz büyük maddelerin hareketi için Newton 'un hareket kanunlarını , daha hassas ölçümler için de Einstein yasalarını kullanıyoruz.Ancak küçük boyutlarda çok farklı yasalar mevcut.İşte bu yasalara da kısaca kuantum yasaları diyoruz.Küçük boyutlarda madde , bizim sandığımız gibi doğrusal hareket yapmaz.

Mesela arabamızla kaymak gibi asfaltta giderken hiç titreşim hissetmeyiz.Ancak aynı kaymak gibi asfaltta , rulman tekerlekli tahta arabaya binersek , o ufacık tekerlekler sayesinde yoldaki tüm girinti çıkıntıları hissederiz.Hatta titreşimden heryerimiz uyuşur(Çocukken yaptığım için biliyorum).İşte uzayın dokusu da çok küçük boyutlarda dalgalı yapıya sahiptir.Büyük boyutlarda anlaşılmaz.

Mesela küvete su doldurup içine kağıttan gemi koysan , sonra küvete bir taş atsan , oluşan dalgalanmayla kağıt geminin nasıl sallandığını görebilirsin.Ama çarşaf gibi durgun denizde , limana demirlemiş bir yük gemisinin kenarına taş atsan , geminin bundan etkilendiğini göremezsin.İşte uzay da bizim gibi büyük boyutlu maddelerin hissedemiyeceği , çok küçük boyutlarda , dalgalı bir yapıya sahiptir.

Benzer içerikler