Mekanik 48

Mekanik

, kuvvetlerin cisimler üzerindeki etkisini konu edinen bilim dalı.

Fiziksel bilimler ve mühendislik açısından büyük önem taşıyan mekaniğe ilişkin yasaların 17. yüzyılda Newton tarafından ortaya konması modern bilimin başlangıcı olarak kabul edilir. atom ölçeğindeki parçacıkların ve ışık hızına yakın hızlarda devinen ya da çok güçlü kütleçekimi alanla­rının etkisinde bulunan sistemlerin davranı­şını betimlemekte yetersiz kalır; bu gibi durumlarda kuvantum mekaniği ya da göre­lilik gibi daha yeni kuramlardan yararlan­mak gerekir.

Klasik mekanik

Newton’un mekanik ku­ramı günümüzde klasik mekanik olarak adlandırılır; bu mekanik, kuvvetlerin cisimler üzerindeki etkisinin Newton döneminde bilinmekte olan bütün koşullar altında doğ­ru bir biçimde betimleyebilir. Günümüzde yerini kuvantum mekaniğine ve Einstein’in görelilik kuramına bırakmış olmakla birlik­te klasik mekanik, büyük ölçekli (atom ölçeğinde olmayan) bütün sistemler için pratik geçerliliğini tümüyle korumaktadır.

Klasik mekanik, ve olarak ikiye ayrılır. Statiğin ilgi alanı kuv­vetlerin dengede oldukları ve birbirlerinin etkisini ortadan kaldırdıkları denge durumu üzerinde yoğunlaşır. Bir köprü, bir otomo­bilin şasisi, bir evin ya da bir çatının ahşap iskeleti, yüklenme koşullarına göre değişik gerilmelerin etkisinde kalır. , bu tür yapıların yüklenme sınırlarının belirlenmesi açısından önem taşır.

Bir sisteme etkiyen kuvvetler birbirlerinin etkisini tümüyle yok etmiyorsa devinim ortaya çıkar; böyle durumların çözümlen­mesi dinamiğin konusunu oluşturur. Galilei ve Newton’dan önce cisimlerin devinimine ilişkin bilgiler belirsiz ve hatalıydı. Hiçbir kuvvetin etkimediği bir cismin sonunda hareketsiz duruma geleceğine, bu nedenle de, bir hareketin var olabilmesi için bir kuvvetin sürekli etkimesi gerektiğine inanılı­yordu. Bu görüş, örneğin fırlatılan bir oka itme kuvveti uygulayan yaydan başka bir araç olmadığı halde okun hava içinde devi­niminin neden sürdüğünü açıklamakta ye­tersiz kalıyordu. Yer’in Güneş çevresindeki deviniminin açıklanmasında da zorluk çeki­liyordu.

Cisimlerin devinimini betimleyen ilk sis­temli matematiksel yasaları Newton ortaya koydu. Newton devinim için bir kuvvet gerekmediğini, kuvvetin ancak ivmeli devi­nim için gerekli olduğunu belirtti. Bir doğru üzerinde düzgün (hızı değişmeyen) devinim “doğal” durumdur ve bu devinim dışardan bir etki olmadıkça sonsuza değin sürer. Newton’un birinci devinim yasasının özü budur. Bir otomobilin yavaşlaması ve so­nunda durması, enerjisinin sürtünme kuvvetleri nedeniyle azalıp bitmesinin sonucu­dur. Uzayda sürtünme olmadığından Yer’in devinimi aynı biçimde sürer.

Newton’un ikinci yasası bir cismin ivmesi ile cisme etkiyen kuvvetler arasındaki ilişki­yi belirler. Daha açık ifade etmek gerekirse, ivme, kuvvetle orantılıdır; aradaki orantı katsayısı da cismin eylemsizliğinin ölçüsü olan kütledir. Newton’un üçüncü yasası etkinin tepkiye eşit olduğunu belirtir. Bu ilke, örneğin bir roketin devinimini açıklar; roketin geriye doğru saldığı gazların yol açtığı tepkime kuvveti roketin ileriye doğru devinimıni sağlar. Klasik mekaniğin bu üç yasası enerjinin; momentumun ve açısal momentumun korunumu yasalarını da içe­rir; bu yasalar bütün yalıtılmış mekanik sistemlerin incelenmesinde temel önem­dedir.

Newton mekaniğinin uygulama alanına sürekli ortamların (akışkanlar ve esnek katılar gibi), ayrık parçacıkların (fırlatılan cisimler, gezegenler) ve bağlaşık durumdaki parçacıklardan oluşmuş zincirlerin (kristal örgüler gibi) incelenmesi girer.

Klasik mekanik 19. yüzyılda Joseph-Louis Lagrange ve tarafından çok genel bir matematiksel çer­çeve içinde yeni bir ifade biçimine kavuştu­ruldu. Bu iki matematikçinin ortaya koydu­ğu denklemler bu konudaki çağdaş gelişme­lerin başlangıç noktasını oluşturdu.

Gök mekaniği

Newton ortaya koyduğu mekanik yasalarını, bu yasaların Güneş sistemindeki gezegenlerin devinimini doğru bir biçimde açıkladığını göstererek kanıtla­dı. Yer’in devinimini açıklamak için bir mekanizma gerekli değildir, ama Yer yörün­gesinin eğri oluşu Güneş’e doğru yönlenmiş bir ivmenin varlığını gösterir; Newton bu ivmenin Güneş’in uyguladığı kütleçekim kuvvetinden kaynaklandığını belirtti. New­ton yasaları, aslında, ’in daha önce ortaya koymuş olduğu ve geze­genlerin yörüngelerinin biçim ve boyutlarını belirleyen yasaların temelini oluşturur.

Güneş sistemine ilişkin araştırmalar sonra­dan çok derinleştirildi; gezegenlerin yörün­gelerinde gözlenen ve öbür gezegenlerin kütleçekimi etkilerinden kaynaklanan çok küçük tedirginlikler incelendi, sistemin bir bütün olarak kararlılığı sorunu ele alındı ve ilk oluşumuna ilişkin varsayımlar ortaya kondu. Fizik kuramının doğrulanma alanı olarak gök mekaniği 19. yüzyılda büyük bir gelişme gösterdi; bu konuda özellikle Jo­seph-Louis Lagrange, ve Friedrich Wilhelm Bessel’in katkıları önemlidir. 20. yüzyılda klasik mekaniğin yerini kuvantum mekaniğine ve görelilik mekaniğine bırakmasıyla gök mekı;ıniği önemini giderek yitirdi.

Kuvantum mekaniği

Atom ve molekül ölçeğine inildiğinde klasik mekanik başarı­sız kalmaktadır. Newton yasalarının ne atomların yapısını ve davranışlarını, ne de ışığın salımını ve soğurulmasını açıklayama­dığının anlaşılması, 20. yüzyılın en önemli bilimsel devrimlerinden birini, kuvantum mekaniğinin gelişmesini başlatan etken oldu.

Kuvantum mekaniğini geliştiren fizikçile­rin başında , Erwin Schrödinger, Wemer Heisenberg ve gelir. Kuvantum mekaniği, klasik mekaniğin yeri­ne tümüyle farklı yasalar ortaya koymakla kalmamış, tümüyle değişik, soyut ve ancak matematiksel olarak betimlenebilen bir kavramsal çerçeveyi gerekli kılmıştır. Ku­vantum mekaniğinde temel kavramları belirsizlik ve önceden kestirilemezlik oluşturur (); buna göre, örneğin, bir atomun ya da temel (atomaltı) parçacığın niteliklerinin (konumu ve momentumu gibi) belirlenmesindeki kesinlikle­rin belirli sınırları vardır. Kuvantum kuramı tümüyle olasılıklara dayalı bir kuramdır.

Bilinen tüm temel atomaltı parçacıklara etkiyen zayıf çekirdek kuvvetinin taşıyıcısı olan temel parçacık

 

Bu yeni ve alışılmamış özellikler dalga­parçacık ikiliğinde somutlaşır. Bu kavrama göre parçacıkların (elektron) devinimi, dalga yayılmasının uyduğu ilkelere göre gerçekleşir, bundan dolayı da bu devinimde kırınım ve girişim gibi dalga devinimine özgü olgular gözlenir. Bu görüş açısından, atomlarda gözlenen ayrık (kesikli) enerji düzeyleri farklı dalgaboylarındaki durağan dalgalar olarak düşünülebilir.

Kuvantum mekaniği nesnel gerçeklik kav­ramının tümüyle yeniden değerlendirilmesi­ni gerektirmiştir. Bununla birlikte bu yeni mekaniğin son derece pratik bir niteliği vardır. Kuvantum mekaniği atom, atom çekirdeği ve moleküllerin yarısını; temel parçacıkların davranışlarını, kimyasal bağ­ların niteliklerini, kristal yapıdaki katıların özelliklerini, çökmüş yıldızları dengede tu­tan kuvvetleri bir çırpıda açıklamayı başar­mıştır. Laserin, elektron mikroskopunun, transistorun ve üstüniletkenlerin bulunup geliştirilebilmesi doğrudan kuvantum meka­niğinin sonucudur. Temel parçacıkların in­çelenmesinden evrenin geçirdiği evrimin araştırılmasına kadar pek çok alanda 20. yüzyıl fiziğine gerekli çerçeveyi kuvantum mekaniği sağlar.

 

Sen de birkaç kelam et...

Select Language