Fizik, doğa kanunlarını inceleyen ve araştıran bir bilimdir. Bu incelemeler için kullanılan ana yöntem deney ve gözlemdir. Bilimsel çalışmalarda varlık ya da olay ile ilgili bilgiye ulaşmanın ilk basamağı gözlemdir. Gözlem kendi içinde nitel ve nicel olarak ikiye ayrılır.
- Duyu organları ile yapılan nitel gözlemin sonucu özneldir ve kişilere göre değişebilir.
- Ölçüm aletleriyle yapılan nicel gözlemlerin sonuçları objektif ve bilimseldir.
İnsanlar, yaşadıkları dönemin ve toplumun özelliklerine göre ölçme işlemi için farklı birimler kullanmıştır. Bununla birlikte toplumlar arası etkileşimin artması, ticaretin gelişmesi, bilimin evrensel yayılımı gibi durumlar ortak birim sistemi belirleme ihtiyacını ortaya çıkarmıştır.
Bilim insanları gözlem ve deney sonucu ulaşılan bilgileri, teori ve kanunları daha anlaşılır kılmak için ortak bir dil kullanma kararı almıştır. Bu nedenle 1960 yılında Paris’te yapılan Ölçü ve Ağırlık Konferansında Uluslar Arası Birim Sistemi (SI Birim Sistemi) kabul edilmiştir. Konferansta yedi “temel nicelik” belirlenmiştir.
Fizik biliminde kullanılan nicelikler için farklı sınıflandırmalar yapılabilir. Nicelikler, kendisinden başka bir niceliğin ölçülmesine gerek olmadan ifade edilip edilmeyeceğine göre temel ve türetilmiş; yöne bağlı olup olmamalarına göre de vektörel ve skaler şekilde sınıflandırılır.
Temel Nicelikler
Temel nicelikler, başka niceliklere bağlı olmaksızın doğrudan ölçülebilen ve fiziksel büyüklüklerin temelini oluşturan niceliklerdir. Uluslararası Birimler Sistemi’nde (SI) kabul edilen yedi temel nicelik ve bunların birimi vardır.
Temel büyüklükler kütle, ışık şiddeti, sıcaklık, akım şiddeti, madde miktarı, uzunluk, zaman olarak sıralanır ve temek büyüklüklerin baş harflerinden oluşan KISAMUZ kısaltması ile daha akılda kalıcı olabilir.
| Büyüklük | SI Birimi (sembol) | Temel Niceliğin Sembolü* | Ölçüm Aleti |
| Kütle | kilogram (kg) | m | eşit kollu terazi |
| Işık şiddeti | Kandela (cd) | I | fotometre |
| Sıcaklık | Kelvin (K) | T | termometre |
| Akım şiddeti (elektrik) | Amper (A) | i | ampermetre |
| Madde miktarı | mol (mol) | n | – |
| Uzunluk | Metre (m) | l | cetvel |
| Zaman | Saniye (s) | t | kronometre |
Temel Niceliğin Sembolü*: İlgili büyüklüğün matematiksel formüllerdeki gösterimidir.
- Kütle (m): Bir cismin içerdiği madde miktarını ifade eder. Örneğin, bir elmanın kütlesi yaklaşık 150 gramdır.
- Işık Şiddeti (I): Bir ışık kaynağının belirli bir yönde yaydığı ışık miktarını ölçer. Bir mum alevi yaklaşık 1 kandela ışık şiddetine sahiptir.
- Sıcaklık (T): Bir cismin termal enerjisinin bir ölçüsüdür. Su, 273°K’da donar (0°C).
- Elektrik Akımı (I): Elektrik yükünün iletken bir üzerinden akış hızını ifade eder. Bir cep telefonunun şarj cihazı genellikle 1 veya 2 amper akım sağlar.
- Madde Miktarı (n): Bir maddedeki atom veya molekül sayısını ifade eder. Kimyasal tepkimelerde kullanılır.
- Uzunluk (l): İki nokta arasındaki mesafeyi ölçer. Örneğin, bir sınıfın uzunluğu yaklaşık 10 metredir.
- Zaman (t): Olayların gerçekleşme süresini belirler. Bir ders süresi genellikle 40 dakikadır, bu da 2.400 saniyeye eşittir.
Bu temel nicelikler, fiziksel ölçümlerin temelini oluşturur ve diğer tüm nicelikler bunlardan türetilir.
Türetilmiş Nicelikler
Türetilmiş nicelikler, temel niceliklerin matematiksel işlemlerle kombinasyonundan elde edilen niceliklerdir. Bu nicelikler, daha karmaşık fiziksel olayları ve ilişkileri tanımlamamıza olanak tanır.
Türetilmiş büyüklükler kendi başlarına değil birden fazla temel büyüklük veya türetilmiş büyüklük ile ifade edilir. Her türetilmiş büyüklüğün bir tanımlayıcı denklemi vardır.
Örnek vermek gerekirse hız(v) belirli bir zamanda alınan yolun zamana bölümü ile hesaplanır. İki temel büyüklüğün oranı ile hesaplanmış olur.
| Büyüklük | SI Birimi (sembol) | Türetilmiş Niceliğin Sembolü* |
| Hacim | Metreküp() | V |
| Özkütle | d | |
| Hız | v | |
| İvme | a | |
| Kuvvet | Newton(N) | F |
| Enerji | Joule(j) | E |
| Güç | Watt(j) | P |
| Elektrik yükü | Coulomb(q) | C |
| Direnç | Ohm(Ω) | R |
| Basınç | Pascal (Pa) () | P |
| Alan | Metrekare m2 | A |
Türetilmiş Niceliğin Sembolü*: İlgili büyüklüğün matematiksel formüllerdeki gösterimidir.
- Alan (A): Birimi metrekare (m²), Bir yüzeyin büyüklüğünü ifade eder. Örneğin, bir sınıfın taban alanı uzunluk ve genişlik ölçülerek hesaplanır.
- Hacim (V): Birimi metreküp (m³), Bir cismin kapladığı üç boyutlu uzayı ifade eder. Bir su şişesinin hacmi 1 litre (0,001 m³) olabilir.
- Hız (v): Birimi metre/saniye (m/s), Bir cismin birim zamanda aldığı yolu gösterir. Bir araba saatte 60 km hızla gidiyorsa, bu yaklaşık 16,7 m/s’ye denk gelir.
- İvme (a): Birimi metre/saniye kare (m/s²) Hızın birim zamandaki değişimini ifade eder. Serbest düşme ivmesi yaklaşık 9,8 m/s²’dir.
- Kuvvet (F): Birimi newton (N), Bir cisme etki eden itme veya çekme miktarıdır. Newton, kg·m/s² olarak ifade edilir.
- Enerji (E): Birimi joule (J), İş yapabilme kapasitesini ifade eder. Joule, N·m veya kg·m²/s² olarak tan ımlanır.
- Basınç (P): Birimi pascal (Pa), Bir yüzeye uygulanan kuvvetin, o yüzeyin alanına bölümüyle elde edilir. Pascal, N/m² olarak ifade edilir.
- Elektrik Yükü (Q): Birimi coulomb (C), Bir iletkende taşınan elektrik miktarını ifade eder. Coulomb, A·s olarak tanımlanır.
Bu türetilmiş nicelikler, temel niceliklerin çeşitli şekillerde kombinasyonuyla elde edilir ve fiziksel dünyayı daha detaylı bir şekilde anlamamıza yardımcı olur.
Temel ve Türetilmiş Niceliklerin Karşılaştırılması
Aşağıdaki tablo, temel ve türetilmiş nicelikleri ve bunların SI birimlerini özetlemektedir:
Temel Büyüklük
| Nicelik | Sembol | SI Birimi |
|---|---|---|
| Kütle | m | kilogram (kg) |
| Uzunluk | l | metre (m) |
| Zaman | t | saniye (s) |
| Sıcaklık | T | kelvin (K) |
| Elektrik Akımı | I | amper (A) |
| Madde Miktarı | n | mol (mol) |
| Işık Şiddeti | Iv | kandela (cd) |
Türetilmiş Büyüklük
| Nicelik | Sembol | SI Birimi |
|---|---|---|
| Alan | A | metrekare (m²) |
| Hacim | V | metreküp (m³) |
| Hız | v | metre/saniye (m/s) |
| İvme | a | m/s² |
| Kuvvet | F | newton (N) |
| Enerji | E | joule (J) |
| Basınç | P | pascal (Pa) |
| Elektrik Yükü | Q | coulomb (C) |
Örnek
- Kuvvetin Türetilmesi:
- Kuvvet (F) = Kütle (m) × İvme (a)
- Birimi: kg × m/s² = kg·m/s² = N (newton)
- Enerjinin Türetilmesi:
- Enerji (E) = Kuvvet (F) × Yol (d)
- Birimi: N × m = kg·m/s² × m = kg·m²/s² = J (joule)
