Fizik –9 / a–
İçerik: Duran cisimlerin dalgası olmaz. Bu yazının başlığı da devinen nesnenin dalgası anlamı taşır.
Daha önceki yazılarımızda değinmiştik; kuvvetin (‘action at a distance’) ne olduğunu, nasıl olduğunu bilmiyoruz. Ama atomların dış kabuklarını eksi yüklü elektronların oluşturduğunu biliyoruz. Eksi yüklü elektronların da birbirini ittiğini biliyoruz. Öyle ki, bu itiş (Coulomb) kuvveti aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olarak büyüyor. Dolayısı ile, şu an klavyenin tuşlarına bastığımı sanıyorum ama arada hiçbir temasın olmadığını biliyorum. Camı kıran taş da top da aslında cama temas etmeden kırıyor.
Buraya dek şahane!
Ama şimdi işin rengi hayli değişecek! Elektronlar ve dolayısı ile atomlar birbirini itiyorsa, ben nasıl var oluyorum, klavye nasıl var oluyor? Özetle madde topakları nasıl oluşuyor; masa, oda, Dünya, vd.?
Hayatın hemen her alanında gördüğümüz çok işlevsellik burada da iş başında! Atomların elektronları başka atomlarınkini iterken onların çekirdeklerini çektiği için iğ şekline benzeşiyorlar. Aynı esnada çekirdekler de atom merkezinden bir nebze kaymış bir konuma erişiyorlar. Dolayısı ile iğlerin aynı tarafa bakan uçları eksi (artı) ters tarafa bakan uçları da artı (eksi) yük taşıyor hale geliyorlar. Bu örgü de, gayet sağlam bir arada bulunuşunu sağlıyor atomların. O kadar ki, biraz çekilseler veya sıkıştırılsalar bile, bu baskı kalktığı zaman eski hallerine çabucak dönüveriyorlar. Örneğin yaylar (‘spring’) böyle oluşuyor, lâstikler ve diğer pek çok malzeme de. Alttaki resim şu adresten alıntılanmıştır (*)
Bu konuyu ilk araştıranlardan Robert Hook, minik boy değişimleri (Δ) sağlayabilmek için gerekli kuvvetin (F, ‘restoring force’) şöylesi bir yalın bağıntıya uyması gerektiğini deneysel yoldan bulgulamıştı;
F=-kΔ . Eşitlik 1
Eşitlik 1’deki k simgesine Hook sabiti denir ve malzemeden malzemeye değişir. Oradaki – işareti ise, boyunu sıkıştırırken malzemenin itim, uzatırken de çekim kuvveti uyguladığını belirtir. (**)
Dikkate şayandır; bu kez, atomları birbirinden daha çok uzaklaştırmak için de (daha çok yakınlaştırmak için de) daha büyük kuvvetler uygulamak gerekir.
Şap şahane! Değil mi?
Eksi yüklü elektronların (artı yüklü çekirdeklerin) birbirini itmesi ve ama eksi yüklü elektronların artı yüklü çekirdekleri çekmesi nedeniyle atomlar birbirini çekerek madde topakları oluşturuyorlar.
İşte böyle, Hook Sabiti bilinen (deneyle/ölçümle saptanmış olan) bir yayı yukarıdan sabitleyip yere doğru sarkıtmış olalım. Alt ucunun yerden yüksekliğini ölçelim.
Sonra da, bu yayın alt ucuna kütlesi m olan bir cisim bağlayalım.
Kallavi not: Kütle ne demektir bilmiyorum. Şimdiye dek hiçbir insan da bilmiş, öğrenmiş, öğretmiş değil.
Bu kütle, yerçekim nedeniyle yayı aşağı doğru H miktarında sarkıtmış olsun. Bu H miktarı da küçük olsun ki, Hook Yasası’nı uygulayabilelim.
Kallavi not: Yerçekimi nedir, nasıl oluşur bilmiyorum. Şimdiye dek hiçbir insan da bilmiş, öğrenmiş, öğretmiş değil.
Ama Hook yasası ile Newton’un kütleçekim yasını (F_g=mg) şöylece birleştirerek bir kütle ölçümü yapabilirim:
Yere doğru olan yönü positif olarak alayım ve nesne üstündeki net (toplam) kuvveti yazayım;
F_net=mg-kH . Eşitlik 2
Nesne dengede durduğuna göre F_net=0’dır ve
kH=mg Eşitlik 3
elde ederim. Buradan da
m=kH/g . Eşitlik 4
elde ederim.
Harika! Değil mi? Kütlenin ne olduğunu bilmiyorum ama kütlenin değerini ölçebiliyorum. H yükseklik değişimini ölçerim; g=9,81 metre/saniyekare olduğunu biliyorum, k’yı da biliyorum, daha önce ölçmüştüm ve Eşitlik 4’ü kullanarak m değerini bulabilirim.
Demek ki, şu an elimde kütlesini bildiğim bir m cismi var.
Ne mi yapacağım bu cisimle?
Kim bilir? Belki DALGA MEKANİĞİ – b – başlıklı yazıda açıklarım, belki daha sonra…
(*) http://bilgioloji.com/pages/fen/kimya/bag/dipol-nedir-kalici-ve-induklenmis-gecici-dipol-ne-demektir/
(**) Hook Yasası aslında örneğini daha önce tartıştığımız bir Kuvvet Serisi Açılımı’nın (‘Power Series’) ilk terimidir. Bkz., GALİLEİ DENKLEMLERİ ve FİYAT DEĞİŞİMLERİ, https://blog.metu.edu.tr/caglart/2024/09/22/galilei-denklemleri-ve-fiyat-degisimleri/