DERS 3: KOZMİK GÜÇLER

Dersin Amacı

Çok yönlü tartışmayı öğrenmek

Basınç, Enerji, Güç, Işınımgücü

Maddenin özelliklerinin tartışılması

Atomlar, İzotoplar ve Moleküller

Doğanın güçleri

Çekimsel, E-M, Güçlü ve Zayıf

Bilimsel Yöntem

Basınç: güç/alan

1 Pa = kg/(m*sn²) = N / m² (Blaise Pascal'ın anısına)

   1 atmosfer      = 14.7 lb/in²           

                   = ~100 kPa

                   = 1 bar

                   = 760 mm Hg  (Hg Cıva elementinin kimyasal gösterimidir)

                   = 29.92 inç Hg

Basınç Örnekleri

50,000 Pa: 50 kg ağırlığındaki bir kişinin normal ayakkabı ile yüzeye yaptığı basınç
5x10⁶ Pa: 50 kg ağırlığındaki bir kişinin yüksek topuklu olması durumunda
5x10⁶ Pa: 5 ton ağırlığındaki bir kamyonun yol'a yaptığı basınç

Enerji: kuvvet*yol

İş yapabilme yeteneği.

Kinetik: Hareket enerjisi (KE)
Potansiyel: Saklı (Gizli) enerji (PE)

Enerji birimleri

1 Joul (J) = N-m (James Joule'ın anısına)
1 erg = dyn-cm = 10^-7 J
1 kalori = 4.186 J
1 kilokalori = 1 Kalori

Enerji Örnekleri

8.4x10⁶ J = 2000 Kalori = Vücudumuzun bir günde harcadığı enerji
330,000 J = 1.136 litre suyu buharlaştırır
330,000 J = 60 W'lık bir lambayı 1.5 saat süresince yakabilmektedir
400,000 J = 60 mph hızındaki 1 ton ağırlığındaki bir arabanın enerjisi

Başka Enerji Örnekleri

1 erg = Yer'e düşen bir kar tanesinin enerjisi.
1000 J = Energy a match produces
4x10⁹ J = 1 ton TNT
10¹⁵ J = Nükleer patlama (250 kiloton TNT)
10²⁵ J = Güneş Patlaması

Güç: enerji/zaman

Enerjinin kullanılma oranı (yada iş yapabilme yeteneği).

Watt (W) = 1 Joul/sn = 10⁷ erg/sn

Örnekler

1 kW/m² = Yer'e çarpan Güneş gücü
100 W = Vücudumuzun ihtiyaç duyduğu enerji miktarı
100 W ampül- sadece gücün 1/5'i ışık üretimi için hacanmakta geriye kalan enerji ampül'ün ısınması için harcanmaktadır

Işınımgücü

Işınımgücü bir cisim tarafından salınan güçtür (enerji/sn).
Bir cisim tarafından sürekli bir şekilde yayınlanan toplam enerji:

Toplam Enerji= Işınımgücü x Ömür süresi

Degişik Cisimlerin Enerjileri

Cisim	Işınımgücü (Watt)	Toplam ömrü boyunca Enerji Çıkışı (Joul)
Nükleer bomba	10²¹	10¹⁵
Güneş Patlaması	10²³	10²⁵
Yıldız	10²⁶	10⁴⁴
Süpernova	10³⁷	10⁴⁴
Samanyolu	10³⁷	10⁵⁵

Hesaplamalarda kullanılan birimler

Daima birimleri kullanın.

birim kullanılmaması durumunda cevabın ne olduğu anlasılamaz.

Bir cevaptan süpheleniyorsanız:

Birimleri doğrumu?
Cevap icin hangi ölçüde bir büyüklüğün olmasını bekliyorsunuz?

gibi soruları kendinize sormanız gerekiyor.

Birim Kısaltmaları

Birimin Adı	Sembol	Faktör	Uzunluk Örnek (metre)
Giga	G	10⁹	10⁹
Mega	M	10⁶	10⁶
kilo	k	10³	10³
centi	c	10^-2	10^-2
milli	m	10^-3	10^-3
micro	m	10^-6	10^-6

Atomlar

Atom => "indivisible"
Madde atomlardan oluşmaktadır.

Sabit hareketli çok küçük parçacıklar.
Bir parmağınızda yaklaşık 1024 atom bulunmaktadır

Farklı atomlar => farklı elementleri oluşturur

Bir Atom'un Basit Görünüşü

Basit Atomlar

Hidrojen: En basit ve en bol bulunan atomdur

Helyum: Bir sonraki en bol bulunan elementtir

Atomların Bazı Özellikleri

Atomlar içsel olarak nötr (yüksüz) haldedirler

# protonlar = # elektronlar

Atomlar küçük ve çoğunlukla boşluktan oluşurlar.

Çekirdeğin boyutu= 10^-15 m
Atomun boyutu= 1 x 10^-10 to 2 x 10^-10 m

Eger çekirdek 1 mm olsaydı elektronlar 100 m'den daha uzakta yer alacaktı!

Atomlarla ilgili başka örnekler

Karbon - yaşam için önemlidir

6 p+, 6 n, 6 e-

Demir- en kalıcı elementtir

26 p+, 30 n, 26 e-

Uranyum

92 p+, 146 n, 92 e-
Doğal olarak oluşan en ağir elementtir.
Radyoaktif'tir - kararsızdır

İzotoplar

Bir elementin izotopu, aynı sayıda proton'a fakat farklı sayıda nötron'a saptir.
Örneğin:

U-238: 92 p+, 146 n, 92 e-
U-235: 92 p+, 143 n, 92 e-

Moleküller

Kimyasal olarak birleşmiş atomlardır.
Örneğin-

Su: H₂O
2 Hidrojen atomu ile 1 Oksijen atomu

Elektronlar H-atomaları ile O-atomları arasında ortak kullanılır yani paylaşılır.

Doğal Güçler

Sayı	Güç	Göreli Şiddeti
1.	Nukleer	1
2.	Elektromanyetik	1/137
3.	Zayıf	10^-13
4.	Çekimsel	10^-39

Çekim

Fazla kütle => daha güçlü etkilenme
Newton - 1667

F = Etkileme gücü (Newton)

G = 6.67 x 10^-11 m³kg^-1sn^-2

m_{1 ,}m₂ = kütleler (kg)

d = cisimler arasındaki mesafe (m)

Çekim Gücü ile ilgili Örnekler

Cisim	Kütle (Dünya=1)	Çap (Dünya=1)	Çekim (Dünya=1)
Ay	0.0123	0.27	0.17
Venüs	0.81	0.95	0.91
Mars	0.11	0.53	0.38
Jüpiter	317	11.2	2.54
Güneş	333,000	109	27.9

Einstein ve Newton

Newton'un yasaları gezegenlerin hareketlerini açıklar.

Fakat yeterli değildir

Einstein - 1916

Genel Göreliliği Formüle etmiştir
Newton'un yasalarını düzeltmiştir
Karadelikler ve Kozmoloji için duyarlı bilgilere ihtiyaç vardır.

Bilimsel Yöntem

Einstein'in Newton'un yasalarını düzeltmesi bilimsel yöntem için mükemmel bir örnektir.
Adımlar:

Gözlemler
Hipotez
Denetleme
"Yasa"

Bilginin Gelişmesi

Einstein'in Newton'un yasalarına yaptığı degişiklikler bilimsel bilginin hipotezler ve testler ile nasıl geliştigini göstermektedir.
"Yasalar" doğrudur..... aksi ispatlana kadar!
Bu bir hastalık değildir. Sadece daha doğru yasaların bulunmasına ihityacımız vardır.

Örnek: değiştirilen bir "yasa"

Newton

Bir cismin kütlesi sabittir

Einstein

Kütle hız arttıkça artar

Daha sonra burada özel görelilik tartışılacaktır.