Ankara Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi. 1. Ders Aysuhan OZANSOY

Transkript

1 FİZ121 FİZİK Ankara Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi 1. Ders Aysuhan OZANSOY

2 Bölüm-I: Birimler, Fiziksel Nicelikler ve Ölçme 1. Fizik Nedir? 2. Standartlar ve Birimler 2.1 Fiziksel Nicelikler ve Birim Sistemleri 2.2 Uzunluk, Zaman ve Kütle 2.3 Türetilmiş Birimler Birimlerin i i Tutarlılığı ll ğ 3. Belirsizlik ve Anlamlı Sayılar 4. Boyut Analizi 5. Bilimsel Yöntem 5.1. Bilimsel Yöntem Basamakları 5.2. Kuramlar, Yasalar, Modeller 6. Büyüklük Mertebesi Hesapları 7. Diş Hekimliğinde Fizikik Page 2

3 1. Fizik Nedir? Fizik Fzk kelimesi, eski Yunanca da physis=doğa s kelimesinden gelir. Sonraki yıllarda Doğa Felsefesi olarak anılmıştır. Temel amacı doğayı ve doğağ olaylarını anlamaktır. Tüm bilim dalları içinde en temel ve en eski olanı FİZİK tir. Fizik, gözlemlenebilir şeyleri temel nedenlere indirgemeye ve bu temel nedenler arasında ilişki kurmaya çalışır. Fizik, diğer pek çok bilim dalını da etkiler. İlk olarak fiziği anlayabilirsek,diğer pek çok bilim dalını daha iyi anlayabiliriz. Page 3

4 Kısa tarihçe: M.Ö M.S. 800 Analitik olmayan çalışmalar (Thales,Archimedes,Pisagor,Aristo, Socrates, Democritos ) Farabi (Boşluk meselesi, havanın esnekliği), Biruni (özgül ağırlık), İbn-i Sina (görme), Heysem (modern optiğin kurucusu), (Bknz. Referans 1 ve2 ) Bilimsel Devrim ve Aydınlanma (Kopernik, Kepler, Galileo, Newton, Faraday, Ampere, Modern Fizik Modern fizikte iki önemli gelişme 1. Kuantum Mekaniği 2. Görelilik (Rölativite)Teorisi Özel Görelilik Genel Görelilik FİZİK Klasik Fizik Modern Fizik Mekanik Dalgalar ve Optik Elektrik ve Manyetizma Termodinamik Yoğun Madde Fiziği Atom ve Molekül Fiziği Nükleer Fizik Parçacık Fiziği Astrofizik ve Kozmoloji Page 4

5 2. Standartlar ve Birimler 2.1 Fiziksel Nicelikler ve Birim Sistemleri Ölçüm sonucu niceliği (miktarı) belirlenebilen fiziksel olgu ya da olaylara fiziksel nicelikler (fiziksel büyüklükler) denir. Örnek: uzunluk, zaman, hız, momentum, Bütün fiziksel nicelikler bir sayı ve bir birim ile verilir. Örnek: l= 5 cm t= 2,1 s Bazen bir fiziksel nicelik, ölçülmüş başka fiziksel nicelikler cinsinden verilebilir. Örnek: Hız= Yerdeğiştirme / Zaman Momentum= Kütle x Hız vb. Bir fiziksel niceliğin önceden belirlenmiş bir standarda göre sayısal değerinin verilmesi işine ölçme denir. Önceden belirlenmiş bu standarda da birim denir. Page 5

6 Birim Sistemleri I) MKS ( Metre-Kilogram Saniye) 1791 Fransız Bilimler Akademisi 1889 Ölçümlerin duyarlılığını artırmak için düzenli toplanma kararı 1960 SI (Systeme Internationale= Uluslararası Birim Sistem)) Uluslararası Birim Sistemi (SI) nin 7 temel birimi: Fiziksel Birim Kısaltma nicelik Uzunluk metre m Zaman saniye s Kütle kilogram kg Sıcaklık Kelvin K Elektrik Akımı Amper A Işık şiddeti Kandela Cd II) CGS( Cantimetre-Gram- Saniye) : daha ziyade elektrik ve manyetizmada kullanılır. 1 cm= 0,01 m = 10-2 m 1 g = 0,001 kg= 10-3 kg III) İngiliz Birim Sistemi: 1 inç= 2,54 cm 1 kg kütle = 2,21 libre (lb) Madde miktarı Mol Mol Page 6

7 2.2 Uzunluk, Zaman ve Kütle: MKS birim sisteminde uzunluk, zaman ve kütle için standartlara bakalım. Uzunluk: standardı metre (m) dir dir. 1 m: ışığın boşlukta 1/ saniyede aldığı yoldur. c= 2, x 10 8 m/s Işık hızı Zaman: standardı d saniye (s) dir. 1 s: Cs 133 (sezyum) izotopunun belirli bir titreşim periyodunun katıdır. Kütle: standardı kilogram (kg) dir. 1 kg: Özel bir silindirik platin-iridyum alaşımının kütlesidir. Uzunluk ve zaman standardı için atomik tanımlar yapılmıştır. Kütle standardı için atomik yola tanım yapmak pratik olarak zordur. Bunun için her defasında tane atomu tek tek sayıp biriktirmek ikti k gerekir! Page 7

8 10 un kuvvetleri Kuvvet Ön Ek Kısaltma femto f piko p 10-9 nano n 10-6 mikro μ 10-3 mili m 10-2 santi c 10 3 kilo k 10 6 mega M 10 9 giga G tera T peta P Page 8

9 Page 9

10 Ölçülmüş l Bazı Zaman Aralıklarının Yaklaşık Değerleri Ölçülmüş Bazı Uzunlukların Yaklaşık Değerleri Zaman aralığı Saniye (s) Evrenin yaşı 5x10 17 Uzunluk Metre (m) 1 yıl 3,2x10 7 Gözlemlemlenebilir evrenin sınırı Dünyanın yarıçapı 6,37 x 10 6 Ort. İnsan boyu 1,5 m Alyuvarlaın çapı gün 86x10 8,6x10 4 Katı cisimdeki atomun titreşim periyodu Bir nükleer çarpışmada geçen zaman Atomun yarıçapı Protonun yarıçapı Page 10

11 Bazı Cisimlerin i i Ölçülmüş ü Yaklaşık k Kütleleril Kütle Kütle(kg) Samanyolu galaksisi 7 x10 41 Güneş 1,99x10 30 İnsan 10 2 Sivrisinek 10-5 Bakteri Elektron 9,1 x10-31 Page 11

12 2.3. Türetilmiş Birimler: 1 nanometre = 1 nm= 10-9 m 1 mikrometre( mikron) = 1 μ = 10-6 m 1 milisaniye = 1 ms= 10-3 s 1 Angstrom= 1 A= m = 10-8 cm Hız= yer değiştirme / Zaman Hız:m/s Kuvvet= Kütle x ivme Kuvvet: kg m/s 2 1 Newton = 1N = 1 kg m/s 2 İş= Kuvvet x Yol İş: kg m 2 /s 2 1 Joule=1 J= kg m 2 /s Birimlerin Tutarlılığı: Denklemlerde her iki yanın birimi tutarlı olmalı Farklı birimlere sahip fiziksel niceliklerle çarpma ve bölme işlemi yapılır. Aynı birime sahip fiziksel nicelikler toplanır ve çıkarılır. Page 12

13 3. Belirsizlik ve Anlamlı Sayılar: Yapılan bir ölçümü belirtmede kullanılan rakamlara anlamlı l rakamlar denir. Ölçülen değer = En iyi tahmin ± Hata (ortayadaortalamadeğer) Hiçbir fiziksel ölçüm hatasız değildir. Burada hatadan kasıt, yanlış ya da kusur değil, belirsizlik l tir. Kurallar: Mutlak hata ya da standart sapma cinsinden ifade edilebilir.!!! ayrıntılı bilgi Ölçme notunda (Bknz. Ref.3) 1. Ondalıklı sayılarda virgülün yerini belirtmek için kullanılan sıfırlar anlamlı değildir. 0,045 m anlamlı rakam sayısı 2 (Örneğin aynı uzunluk değerini 45 mm olarak da verseniz anlamlı rakam sayısı yine 2 olur.) 2. Ölçüm sonucunun bir parçası olan sıfırlar anlamlıdır. 0, anlamlı rakam sayısı sayısı için; i (1 anlamlı l rakam) 4, (2 anlamlı rakam) 4, (3 anlamlı rakam) 4. a) Kalması istenen son rakamdan sonra gelen rakam 5 ten küçük ise son rakam aynen bırakılır. Örneğin 2,731 sayısının üç anlamlı rakamla yazılışı 2,73 tür. b) Eğer kalması istenen son rakamdan sonraki rakam 5 ve 5 ten büyük ise son rakam 1 artırılır. Örneğin, 8,6547 sayısının s 4 anlamlı l rakamla yazılışı ş 8,655 tir. Page 13

14 Anlamlı sayılarda çarpma ve bölme işlemi: Sonucun anlamlı rakam sayısı, en az anlamlı rakama sahip olan sayının anlamlı rakam sayısı ile belirlenir. Örneğin; (0,745 x 2,2) 2) /(3,885) işleminin i i sonucu 2 anlamlı l rakamla verilmelidir. lidi =0, ,42 olarak verilir. Anlamlı sayılarda toplama ve çıkarma işlemi: Sonuç en az ondalık basamağa sahip sayıya göre belirlenir Örneğin; 27, ,2-11,74 = 153,613 3 ondalık basamak 1 ondalık basamak 2 ondalık basamak Sonuç tek ondalık basamak içermeli =153,6 Page 14

15 2.4. Boyut Analizi 3 temel boyut: Uzunluk (Length) [L] Zaman (Time) [T] Kütle (Mass) [M] Bir fiziksel niceliğin boyutu ile birimini birbirine karıştırmayın. Fiziksel Nicelik Simge Birim Birim için kısaltma Uzunluk [L] metre m Kütle [M] kilogram kg Zaman [T] saniye s Aynı fiziksel boyuta sahip nicelikler toplanabilir veya çıkarılabilir. Bir eşitliğin her iki yanı aynı fiziksel boyuta sahip olmalıdır. Herhangi bir fizikel Fiziksel nicelik Birimi Fiziksel boyutu İvme (a) m/s 2 [L] [T] -2 büyüklük [L q T r M s ] şeklinde temel Kuvvet (F) kgm/s 2 [M] [L] [T] -2 boyutların cebirsel Yüzey alanı (A) m 2 [L] 2 bileşimi şeklnde gösterlir. İş (W) kgm 2 /s 2 [M] [L ]2 [T] -2 Page 15

16 5. Bilimsel Yöntem Deneyler sonucu elde edilen verileri göz önüne alarak doğa olaylarını tanımlamak, bu sonuçları hesaplayabilecek matematiksel ifadeleri tasarlayan teorileri kurmak ve teorilerin geçerliliğini deneylerle sınamak bilimsel yöntem olarak adlandırılır. Soru ya da Problem 5.1 Bilimsel l Yöntem Basamakları Şema, şu kaynaktan alınmıştır: Yanlış Yönde Kuantum Sıçramaları,C.M.Wynn ve A. W. Wiggins i TÜBİTAK Popüler Bilim Kitapları, 2.baskı, 2005, Ankara. Page 16

17 5.2 Kuramlar, Yasalar, Modeller Deney, pek çok kez tekrarlanır. Deney sonuçları, öngörü ile uyum içinde olursa, hipotezin güvenilirliği her seferinde artar. Bir çok denemeden sonra hipotez artık kuram(teori) olur. Kuram (teori); geçerlik lk ve güvenilirliği l ğ bl bilimsell yöntemle saptanmış, içtutarlılığı olan genel bilgi ve açıklamalar düzenidir. Örnek; Einstein in Özel Görelilik (Relativite) Kuramı. Kuramlar çoğu kez bir yasayı açıklar. Yasa (kanun), doğadaki bir çeşit düzenlilikle ilgilidir. Örnek, Newton un Hareket Yasaları, Genel Çekim Yasası, Faraday ın İndüksiyon Yasası. Fizikte, tüm ayrıntıları ile çözümlenemeyecek sistemler (ya da problemler) için daha basit bazı anlatımlar kullanılır. Bunlara model denir. Model; gözlenen olayın açıklanabilmesi için bulunan, gerçeğinin bir benzetimidir. İdeal bir model kurabilmek için problemin temel özellerini koruyacak şekilde birçok küçük etki yok sayılarak, problem üzerine yoğunlaşılır. Örnek; Parçacık fiziğinin Standart Modeli. 6. Büyüklük Mertebesi Hesapları Derste çözülen örneklere bakınız Page 17

18 7. Diş Hekimliğinde Fizik Diğer tüm teknolojiler gibi dişçilik ilik teknolojisi i de sağlam bilimsel l bazda yapılan araştırmalar ile ilerleyebilir. Fizik bu bazın en önemli bileşenidir [Bknz. Ref.4] Yapıcı (restorative) ti malzemeler, l dişin i mekanik, termal ve optik özellikleri i ile aynı olmalı. Diş kemiğinin bükülgenliği, sıkıştırma ve gerilme kuvveti özelliği iyi bilinmeli Yapıcı (restorative) ti malzemelerin l genişleme katsayısı dişle aynı olmalı l çünkü sıcak-soğuk uyarılmaları diş-dolgu arayüzünde sızıntı oluşturur. Yapıcı (restorative) malzemeler, ısısal iletken olmalı. Aksi halde hasta acı hisseder. Diş minesi ve diş yalıtkan. Dişler (tıpkı kemikler gibi) piezoelektrik (uygulanan mekanik basınçla elektrik alan ve elektriksel potansiyel yaratan maddeler) ve pyroelektrik (ısıya bağlı olarak elektriksel potansiyel üreten maddeler) özellik gösterirler. Page 18

19 Doku k iyileştirici il i i bazı maddeler viscoelastik. (Tüm protez takan hastalar için). i Vizkozitenin açısal frekansa bağımlılığı önemli. Açısal frekans arttıkça elastiklik artıyor böylelikle hasta protezini takarken ağız mukozası iyileşebiliyor. Grafik, Ref.[4] ten alınmıştır. Normal ve patolojik diş ş minesi mnes ile diş dş kemiğinin ğ n densitometrik( Bir malzeme üzerine bir ışın demeti yönlendirip geçirme ve yansıtma özelliklerini ölçme yoluyla malzemenin optik yoğunluğunu ölçmek) ölçümlerinde X-ışınları kullanılıyor Page 19

20 Referanslar: 1. Türklerin Bilime Katkıları, M. Dosay Gökdoğan, Atatürk Kültür Merkezi Yayını, 2008, Ankara 2. Işığın Öyküsü: Mitolojiden Matematiğe Işık Kuramlarının Tarihsel Gelişimi, H. Gazi Topdemir, TÜBİTAK Popüler Bilim Kitapları, 2007, Ankara /science edu tr/aozansoy/ders htm 4. Physics in Dentistry, M. Braden, Phys. Technol. 16, 58-62, Page 20