Fizikte Modelleme ve Matematiğin Yeri 9.Sınıf

Fizikte Modelleme

Fizik, evrende meydana gelen doğal olayları açıklamaya çalışan bilim dalıdır. Evrende meydana gelen olaylar gözle görülebilen büyük kütleli cisimler arasında veya gözle görülmeyecek kadar çok küçük somut cisimler arasında gerçekleşebileceği gibi varlığını bildiğimiz ancak gözle göremeyeceğimiz manyetik alan gibi soyut kavramlar arasında da gerçekleşebilir.

Fizikçiler bir olayı gözlerken çoğu zaman duyu organları yetersiz kalır. Teknolojinin elverdiği ölçüde araç ve gereçler kullanırlar. Merak edilen bir olay bilinenler ışığında incelenir. Nasıl meydana geldiği hakkında yorumlar yapılarak olayın oluşunu açıklayan teori ortaya atılır. Ortaya atılan teorinin geçerliliğinin kanıtlanması için olayın birçok defa tekrarlanması gerekir. Meydana gelen olay çok karmaşık olabileceği gibi olayın çok hızlı gerçekleşmesi nedeniyle çok kısa bir zamanda veya bir insan ömrünün olayı gözlemek için yetmeyeceği kadar çok uzun bir zaman dilimi içinde gerçekleşiyor olabilir. Bunun için doğrudan gözlenemeyen olayların daha iyi anlaşılmasını sağlayacak olayla ilgili bir model oluşturulur. İncelemeler bu model üzerinden yapılır.

Model, fiziksel hayata ait gerçekliklerin bir takım anlamlı sembollerle ifade edilmesidir.

Diğer taraftan model gerçek hayatta olması gerektiği düşünülenin ifadesidir. Yani gerçeğin idealleştirilmiş halidir. Çoğu kez karmaşık olanın basite indirgenmesidir. Aslında gerçeklik hiç bir zaman bir model ile yüzde yüz ifade edilemez. Bu anlamda model
gerçeğin daha basitleştirilmiş halidir. Örneğin, fizikçiler serbest düşme  modelini oluştururken havanın direncini yok saymışlar ve gözlemlerini ona göre yapmıştır. Aynı anda yere bırakılan 20 tonluk bir demir ile birkaç gramlık tüyün aynı zamanda yere düşeceğini hesaplamışlardır. Bir başka örnekte virajlı bir yolda ilerleyen aracın, viraja hangi hızla girerse güvenli bir dönüş yapacağının hesaplarını yaparken, havanın direncini yok saymışlardır.

Atomun iç yapısıyla ilgili modelde ortada bir çekirdek ve onun etrafında dönen elektronlar bulunmaktadır. Atomun iç yapısını,Güneş ve etrafında dönen gezegenlere benzeterek  bir model oluşturulmuştur. Bu konudaki bilgiler çoğaldıkça  model değiştirilmiş ve geliştirilmiştir.

Manyetik maddelerin etrafını saran manyetik alanın gösterilmesi ve manyetik alanın davranışını açıklamak için daha önceki sınıflarda öğrendiğiniz mıknatısta manyetik alan çizgileri ile Kuzey (N) ve Güney (S) olmak üzere iki kutup tanımlanmıştır. Bu model oluşturulurken manyetik alan basitleştirilmiştir. N kutbundan S kutbuna doğru manyetik kuvvet çizgileri olduğu varsayılmıştır.

Işığın günümüzde davranışları ayrıntılı olarak bilinmektedir. Ancak ışığın yapısı tam olarak anlaşılamamıştır. Işığın bazı olaylar karşısındaki davranışını açıklamak için su dalgaları model olarak alınmış ve ışığın o olaydaki davranışı açıklanmıştır. Fakat aynı ışığın başka bir olay karşısındaki davranışını açıklamak için ise masa tenisi topunun davranışı model olarak alınmıştır.

Bilimsel bir modelin oluşturulması belli bir modelleme ve bilgi birikimini gerektirir. Model her zaman anlaşılır olmalıdır. İncelenecek olayın özelliklerine göre, olayın bazı özellikleri oluşturulan modelin dışında bırakılabilir. İncelenen olay hakkında ortaya çıkan yeni durumlar ve bilgilere göre model yenilenir. Oluşturulan modeller özelliklerine göre matematiksel modellerle desteklenir.

Fizik ve Matematik

Fizikçiler kurdukları modelle, yaptıkları deneylerde gözlemlerini yaparken, yapılan ölçümleri ifade etmek, temel fizik yasaları ile teoriler arasında bir ilişki kurmak için bir dile ihtiyaç duyarlar. Bu dilin öyle bir mantığı olmalıdır ki önce kendi içinde sağlam temellere dayanmalı, anlamlı  ve anlatım bozukluğu olmamalıdır. Onu okuyan her insan aynı şeyi anlamalıdır. İşte fizikçiler bu nedenle evrensel bir dil olan matematiği anlatım dili olarak kullanmaktadırlar.

Fizik, matematik ilişkisi, fizik için oldukça temel bir ilişkisidir. Bir olay hakkında bilimsel süreçler işletilirken; ölçme, veri toplama ve deney sonuçlarına göre fizik yasalarının ifade edilmesinde, karşılaşılan problemlerin çözümünde matematik bilgisine ihtiyaç duyulmaktadır. Fiziksel bir olay matematik diliyle genelleştirilir, formüle dökülür ve basite indirgenir. Matematik kullanılırken toplama çıkarma gibi en basit matematik işlemlerinin yanında çok karmaşık matematiksel  işlemler de kullanılır. Bu nedenle matematikten bağımsız bir fizik düşünülemez.