Categories
tr

Klasik Mekaniği Nasıl Anlarız?

E=MC^2 olduğunu biliyoruz, ama bu neden önemli? Fiziğin temel teorilerini, yasalarını ve ilkelerini keşfedin ve bunları nasıl uygulayacağınızı öğrenin.

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Elektrik Alanı Nedir?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Statik Elektrik Nasıl Çalışır?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Hayatınızı Şarj Eden Elektrik Kaynaklarını Biliyor Musunuz?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Kayma Modülü Malzeme Sertliğini Nasıl Tanımlar?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Manyetizmaya Basit Bir Giriş

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Yerçekimini İlk Kim Keşfetti?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Elektrik ve Manyetizma Arasındaki İlişki

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Young Modülü Stres ve Gerinim Arasındaki İlişkiyi Nasıl Tanımlar?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Doğal Frekans Nedir?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Doppler Etkisi Işıkta Olur mu?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Kaldırma Kuvveti: Nesnelerin Neden Battığını veya Yüzdüğünü Açıklayan Bilim

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Manyetik Alan Çizgileri Bilimi

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Michelson-Morley Deneyinin Tarihi

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Newton’un 3 Hareket Yasası Hareketin Nasıl Çalıştığını Açıklar

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Yerçekimi Hakkında Bilmeniz Gerekenler

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Düz Bir Doğrudaki Hareketin Fiziğini Anlayın

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Hiçbir Şey Gerçekten Işık Hızından Daha Hızlı Hareket Edemez mi?

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Parkın Dışına Vurmak: Fırlatma Hareketinin Fiziğini Öğrenin

Fizik Yasaları, Kavramları ve İlkeleri

Einstein Görelilik Kuramıyla Ne Hakkında Konuşuyordu?

Bu makalelerde bu konu hakkında bilgi edinin:

Çeşitli Referanslar

Klasik mekanik, kuvvetlerin etkisi altındaki cisimlerin hareketiyle veya tüm kuvvetler dengelendiğinde cisimlerin dengesiyle ilgilenir. Konu, ilk olarak Isaac Newton’un …

Bununla birlikte, Batı’da Newton fiziği ve Aydınlanma rasyonalizmi, astrolojiye olan yaygın inancı büyük ölçüde ortadan kaldırdı, ancak 1960’larda kazandığı güçlü popülerliğin gösterdiği gibi, Batı astrolojisi ölmekten çok uzak. Hatta bunun için sağlam bir teorik temel oluşturma girişimleri bile oldu, özellikle …

kuantum mekaniği ile karşılaştırma

… klasik fiziğin determinizmini geri getirecekti.

…mühendislik, büyük ölçüde deneme yanılmaya dayalı bir sanatın mekaniğinin pratiğinden araştırma, tasarım ve üretimde bilimsel yöntemin profesyonel mühendis tarafından uygulanmasına doğru evrilmiştir. Artan verimlilik talebi, mekanik bir makineden beklenen iş kalitesini sürekli olarak yükseltiyor…

felsefi yönler

Uzay ve zamanın (ayrıca bkz. Süre

Belirli bir zamanda, zaman ileri doğru akarken bir parçacığın konumunun değişme hızına parçacığın o andaki hızı denir. Bir parçacığın hızının belirli bir hızda değişme hızı…

fiziksel bilimler

Klasik mekaniğin bu teorisi mekaniği makalesinde ayrıntılı olarak anlatılmıştır, ancak burada bazı genel yorumlar sunulabilir. Şimdiki amaç için, yalnızca düz bir çizgi boyunca hareket eden ve harekete paralel kuvvetlerin etki ettiği cisimleri dikkate almak yeterli görünüyor. Newton yasaları…

Mekanik, Orta Çağ’da takip edilen en gelişmiş bilimlerden biriydi. Temelde Aristotelesçi bir çerçeve içinde hareket eden ortaçağ fizikçileri, Aristoteles fiziğinin birçok yönünü eleştirdiler ve geliştirmeye çalıştılar.

… mekanik ve astronomi alanında savaştı. Batlamyus-Aristoteles sistemi tek parça olarak durdu ya da yıkıldı ve Dünya’nın kozmosun merkezinde sabit olduğu fikrine dayanıyordu. Dünya’yı merkezden uzaklaştırmak, doğal hareket ve yer doktrinini ve dairesel hareket doktrinini yok etti…

çalışma

    kaos teorisinde

Klasik mekanikte dinamik bir sistemin davranışı geometrik olarak bir “çekici” üzerindeki hareket olarak tanımlanabilir. Klasik mekaniğin matematiği, üç tür çekiciyi etkili bir şekilde tanıdı: tek noktalar (kararlı durumları karakterize eder), kapalı döngüler (periyodik döngüler) ve tori (birkaç döngünün kombinasyonları). İçinde…

…küçük ya da büyük, mekanik yasalarına uyun ve tüm fenomenler son tahlilde hareket halindeki maddeye dayalıdır. Bununla birlikte, Newton mekaniğindeki kavramsal bir zorluk, iki büyük nesne arasındaki yerçekimi kuvvetinin boş uzay boyunca bir mesafe boyunca etkimesidir. Newton yapmadı…

… mekanik yasalarını basitleştirdi ve görünen zamanla tutarsızlığı, Dünya’nın hareketindeki düzensizlikler gibi şeylere bağlandı. Bu hareketler Newton’un mekaniği tarafından açıklandığı (ya da en azından açıklanamaz olduğu gösterilemediği) sürece, prosedür haklı çıktı. Aynı şekilde içinde…

işi

… mekaniğin sözde birinci yasası – yani, hareket halindeki, sürtünmeden ve diğer tüm kuvvetlerden kurtulmuş bir cisim, bir daire içinde değil, düz bir çizgide sabit hızla hareket edecektir. Bu tür ölçümler yapmak için referans çerçevesi nihayetinde “sabit yıldızlar” idi. Galileo ayrıca şunu da savundu,…

…ona göre maddeyi, kuvveti ve daha sonra enerjiyi gerçekliğin tamamı olarak kapsayan klasik mekaniğin yasalarına indirgenmiştir.

…sistemin kinetik enerjisinin genelleştirilmiş koordinatlar, karşılık gelen genelleştirilmiş kuvvetler ve zamanla ilişkili olduğu klasik bir mekanik sistem için Lagrangian denklemleri denir. Kitap tipik olarak analitikti; önsözünde “bu eserde herhangi bir figür bulunamayacağını” belirtmiştir.

… mekanik olarak bilinen hareket kanunları, Leibniz, 1676’da, hareketin korunumu yerine kinetik enerjiyi koyan, dinamik olarak bilinen yeni bir formülasyonun kurucusu oldu. Aynı zamanda, ışığın en az dirençli yolu takip ettiği ilkesinden yola çıkarak, bunu kanıtlayabileceğine inandı…

Leonardo da Vinci

Leonardo’nun gözlemlerine göre, bir mimar ve mühendis olarak aşina olduğu mekanik bilimi, doğanın işleyişini de yansıtıyordu. Leonardo, hayatı boyunca yaratıcı bir inşaatçıydı; mekaniğinin ilkelerini iyice anladı…

… ve Newton mekaniğini popülerleştirmeye yardımcı olan astronom.

Kuvvetler ve nasıl çalıştıklarını açıklayan Newton’un üç yasası, genellikle klasik mekaniğin merkezi bileşenleri olarak kabul edilir. Ancak yeni bir öneride, fizikçilerden oluşan bir ekip, mekanik öğrenen öğrencilerin önce enerji içeren kavramlarla tanıştırılmasını ve kuvvetlerin enerji denklemlerinden türetilerek öğretilmesini önermektedir. Araştırmacılar şimdi, bu “önce enerji”, kalkülüs tabanlı giriş müfredatının, daha zayıf matematik becerileri olan öğrencilerin performansını iyileştirdiğine ve daha sonraki fizik ve mühendislik derslerinde notlarını yükselttiğine dair kanıtlar sunuyor.

Önceki çalışma, mekanik hakkında öğrenmedeki zorluklardan birinin, birçok öğrencinin mücadele ettiği kuvvet vektörlerinde ustalaşma ihtiyacı olduğunu göstermiştir [1]. Lawrence, Kansas Üniversitesi’nden Christopher Fischer ve iş arkadaşları, enerji gibi vektör olmayan (ölçekli) bir nicelikle başlamanın, güçleri ilk önce öğrenmenin geleneksel yaklaşımından daha kolay olabileceğini düşündüler.

Örneğin, enerjinin korunumu, doğru koşullar altında kinetik ve potansiyel enerji toplamının sabit bir miktar olarak kalması anlamına gelir. Analizin birkaç temel uygulaması (farklılaştırma), bu enerji denkleminden, Newton yasalarının kapsadığı şekliyle sistemin hareket denklemlerine götürür. Mekaniğin enerji kavramlarından türetilmesi yeni değildir; Hamilton mekaniği olarak bilinen İrlandalı matematikçi William Hamilton tarafından 19. yüzyılda geliştirilen Newton formülasyonuna bir alternatife eşdeğerdir.

Fischer ve meslektaşları, basit kinematikten salınımlı ve dönme hareketine kadar fizikteki birçok önemli konuyu açıklamak için bu yaklaşımı benimseyen bir giriş müfredatı tasarladılar. Her durumda, enerji denklemlerinden hareket denklemlerinin türetilmesinde diferansiyel hesap yer alır. Fischer, “Onlara hâlâ kuvvetleri öğretiyoruz,” diye açıklıyor, “ancak öğrencilerin vektörlerden ziyade skalerleri kastederek ‘daha kolay’ matematik çerçevesinde klasik mekaniği anlamaya zamanları olduktan sonra. Müfredat ayrıca momentum ve termodinamiğin kalkülüs tabanlı bir türevini verir. Fischer, önce enerji yaklaşımını benimseyen iki giriş niteliğinde ders kitabı yayınlamıştır [2, 3].

Bu yaklaşımın değerini test etmek için araştırmacılar, Kansas Üniversitesi’nin PHSX210 ve PHSX211 olmak üzere iki giriş niteliğinde fizik dersi sunmasından yararlandı. Kurslar temelde aynı içeriğe sahiptir, ancak biraz farklı yapı ve eğitmenlere sahiptir ve her kurstaki öğrencilerin matematik becerileri yaklaşık olarak aynıdır.

2015 yılında, önce enerji müfredatı PHSX211’de tanıtıldı, ancak PHSX210’da uygulanmadı ve 2016 ile 2018 arasında tüm öğrencilere her dönemin başında ve sonunda standart bir kavramsal fizik sınavı verildi. Matematikte en güçlü öğrenciler için, PHSX211’deki katılımcılar sadece biraz daha iyi yaptı. Ancak en düşük matematik puanına sahip öğrenciler için PHSX211 öğrencileri, PHSX210 alanlara göre önemli ölçüde daha iyi performans gösterdi. Dahası, sonraki fizik ve mühendislik derslerini alan PHSX211 öğrencileri, sonraki derslerde ortalama olarak daha iyi notlar aldılar.

Araştırmacılar, performanstaki farklılıkların arkasında başka bir faktörün değil, müfredat içeriğinin olduğundan tamamen emin olmak için daha büyük öğrenci örneklemleri üzerinde daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulacağı konusunda uyarıyorlar. Özellikle, PHSX210 için sınıf mevcudu, PHSX211’inkinden iki kat daha fazlaydı ve PHSX211, haftada fazladan 50 dakikalık ders süresine sahipti; bu farklılıkların her biri potansiyel olarak öğrencinin öğrenmesini etkileyebilir.

Sınav puan farklılıklarından yeni müfredatın sorumlu olduğunu varsayarsak, ekip bazı fikirleri olmasına rağmen iyileştirmelerin nedenlerini henüz belirlemiş değil. Fischer, “Mevcut çalışma hipotezimiz, öğrencilere PHSX211 boyunca tekrar tekrar kalkülüs kullanma görevi vermenin, öğrencilerin hem fizik hem de matematik konusundaki anlayışlarını ve becerilerini geliştirmelerine yardımcı olduğudur” diyor.

Fairfax, Virginia’daki George Mason Üniversitesi’nden fizik eğitimi uzmanı Benjamin Dreyfus, enerji öğretimine vurgu yapan başka fizik giriş müfredatları olduğunu [4, 5] söylüyor, “ancak bu, kalkülüs odaklı olduğunu ilk kez görüyorum.,” kuvvet yasalarını türetmek için enerji kavramlarını kullanmak. Bu makaleyi “bu belirli bağlamda başarılı olduğunun bir kanıtı” olarak görüyor ve sonuçların ne kadar geniş ölçüde geçerli olduğunu belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu kabul ediyor.

Tempe’deki Arizona Eyalet Üniversitesi’nden fizik eğitimcisi David Meltzer, mevcut verilerin iyileştirmelerin müfredat değişikliklerinden kaynaklandığını ortaya koyabileceğine ikna olmadı. İki ders arasındaki farklılıkların, özellikle ders saatindeki farklılıkların, karşılaştırmayı belirsiz hale getirdiğini ve örneklem boyutlarının güçlü sonuçlar çıkaramayacak kadar küçük olduğunu düşünüyor. Ancak, önce enerjinin gerçekten bir fark yaratıp yaratmadığına dair daha fazla analiz için “güçlü bir durum” olduğunu düşünüyor.

Philip Ball, Londra’da serbest çalışan bir bilim yazarıdır. En son kitabı How To Grow a Human (Chicago Press Üniversitesi, 2019).

Referanslar

  1. N.-L. Nguyen ve D. E. Meltzer, “Fiziğe giriş derslerinde öğrenciler arasında vektör kavramlarının ilk anlayışı”, Am. J. Phys. 71 , 630 (2003).
  2. C. J. Fischer, The Energy of Physics, Part I: Classical Mechanics and Thermodynamics, 2. Baskı (2019)[Amazon][WorldCat].
  3. C. J. Fischer, The Energy of Physics, Part II: Electricity and Magnetism, 2. Baskı (2020)[Amazon][WorldCat].
  4. E. Brewe, “Akan madde benzeri bir nicelik olarak enerji: Teorik düşünceler ve pedagojik sonuçlar,” Phys. Rev. ST Phys. EğitimRes. 7 , 020106 (2011).
  5. J. Solbes, J. Guisasola ve F. Tarín, “Fizikte birleştirici bir ilke olarak enerji korunumunu öğretmek”, J. Sci. Ed. Teknoloji18, 265 (2009).

Fiziğe giriş için kalkülüsle geliştirilmiş enerjiye öncelik veren müfredat, yerel olarak ve sonraki derslerde öğrenci performansını artırır

Sarah E. LeGresley, Jennifer A. Delgado, Christopher R. Bruner, Michael J. Murray ve Christopher J. Fischer