Fizikte Matematiksel Yöntemler (Fiziğin Matematikle İlişkisi)

Fizikte Matematiksel Yöntemler
MsXLabs.org

Fizik Eğitiminin Amacı
Fen bilimlerinin ve ona dayalı olarak üretilen teknolojinin toplumların gelişmesine sağladığı katkılar sayılamayacak kadar çoktur. Bu nedenle fen bilimlerinin ve onun eğitiminin önemi gittikçe artmaktadır.
Fen bilimleri eğitiminde en büyük gelişme İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra yaşanmıştır. Rusya’nın, 1957’de ilk uyduyu uzaya fırlatması, gelişmiş batı ülkelerini harekete geçirdi. Teknolojik yarışta geri kalmak istemeyen bu ülkeler, çareyi fen bilimleri eğitimi-öğretimine çok önem verilmesinde ve yeni yaklaşımlarla çağdaş hale getirilmesinde gördüler.
Bilim adamlarınca önerilen projelerin desteklenmesi sonucunda, kısa zamanda çok sayıda yeni fen bilimleri müfredatı geliştirildi. Bu yeni programların genel felsefesi, yeni nesilleri araştırmacı bir ruhla yetiştirmekti. Böylece, teknolojinin geliştirilmesi aşamasında ve endüstride ihtiyaç duyulan elemanlar yetiştirilecek ve kalkınma hızlandırılacaktı. Dünyada ulaşılan bu günkü teknolojik gelişmişlik seviyesinde bu akımın büyük ölçüde katkıları olduğu bir gerçektir.
Fizik eğitiminin temel amaçlarından biri de, öğrencileri bilimsel olarak okur-yazar düzeye getirmektir. Bilimsel okur-yazarlık; fen bilimlerinin doğasını bilmek, bilginin nasıl elde edildiğini anlamak, fen bilimlerindeki bilgilerin bilinen gerçeklere bağlı olduğunu ve yeni kanıtlar toplandıkça değişebileceğini algılamak, Fen bilimlerindeki temel kavram, teori ve hipotezleri bilmek ve bilimsel kanıt ile kişisel görüş arasındaki farkı algılamak olarak tanımlanmaktadır. Bilimsel okur-yazar bireylerden oluşan toplumlar hem yeniliklere kolayca uyum sağlar hem de kendileri yeniliklere önderlik edebilirler.
Günlük hayatımızda karşılaştığımız, kullandığımız ve gözlemlediğimiz bir çok durum fizik ile ilgilidir.
Bireylerin kendi yaşantılarını etkileyen olayların okulda öğrendikleri bilgilerle ilişkisini kavramaları, onların bilimsel okur-yazar olmalarına büyük ölçüde katkı sağlayacağı bir gerçektir. Eğer okullarda bu ilişki kurulamazsa teknolojinin egemen olduğu günümüzde, bireyler daha kolay bir yaşantı için gerekli bilgi ve becerileri kazanamazlar.
Eğer öğrenciler fizikteki bilgilerin soyut olmadığını, aksine kendi yaşantılarıyla direkt olarak ilişkisi olduğunu algılarlarsa, ona karşı ilgi ve tutumları artacağı için bu bilimi hissederek öğrenirler. Hatta, bu ilişkilendirme, öğrenmelerini kolaylaştırabilir.
Ortaöğretimde fizik okutulmasının temel gerekçelerinden biri de, öğrencilerin çok büyük bir kesiminin ya lise öğreniminden sonra eğitimlerine devam etme şansı bulamamaları ya da sosyal bilimlerde eğitimlerine devam etmeleridir. Yani, bilimsel okur-yazarlığı bütün topluma yaymak için ilkokulda çok basitçe değinilen fizik kavramları ve onların teknoloji ve toplumla ilişkileri orta öğretim boyunca etkili bir şekilde verilerek bütünlük sağlanmalıdır.
Fiziğin liselerde öğretilmesinde bir başka önemli nokta ise, adı geçen alanlarda lisans eğitimi yapacak olan gençlere iyi bir temel sağlamaktır. Bu gençler gelecekte bilime orijinal katkılar sağlayabilecek şekilde yetiştirilmelidirler.
Kısacası ortaöğretim bilimselliğin bilinçli bir şekilde kazanılabileceği ilk aşamadır. Fizik gibi fen dersleri ise bu süreçte en etkin kullanılabilecek disiplinlerden biridir. Çünkü bu disiplinlerin gelişmesinde birincil kaynak bilimsel yöntemlerin kullanılmasıdır.
Kısaca, günümüz insanının hayatının her safhasını etkileyen teknolojik gelişmeleri algılayıp yorumlayabilmesi için temel bir fizik genel kültürü eğitiminden geçirilmesinin gerekliliği açıkça görülmektedir. Böylece, bireyler bilimin değerini anlar ve ona karşı pozitif bir tutum geliştirir, teknolojinin toplumsal yaşantı üzerinde ki etkisini anlar ve en önemlisi bilim-teknoloji ve toplum arasındaki ilişkiyi ve birbirlerini nasıl etkilediklerini merakla izler.

Fiziğin Matematikle İlişkisi
Fiziğin birçok konusunda çeşitli matematiksel metotlara ihtiyaç duyulmaktadır. Ortaya atılan bir hipotez geliştirilirken ve diğer teoremlerle ilişkisi kurulurken matematikten faydalanılmaktadır. Fizik için matematik bir dildir. Nasıl ki öğrenilen yeni bir kavramın ifadesi için yeni sözcükler ihtiyacı oluyorsa, fizikte gelişmeler meydana geldikçe de buna paralel olarak yeni matematiksel bağıntılara ihtiyaç duyulmaktadır.
Matematiksel bağıntılar fiziksel konuların izahını basitleştirir ve bu fiziksel olayları ifade etme olanağını sağlar.

Örnekli Açıklamalar
Fizikte kullanılan matematiksel işlemlerden bahsedip bunlara örnekler verelim:

- Lineer denklemler
a ve b katsayılar olmak üzere bir lineer denklemin genel şekli

y=ax+b

şeklindedir.
Biz fizikte böyle bir lineer denklemi iki fiziksel değişkenin bir birine lineer bağlı olduğu durumlarda kullanıyoruz.
Örneğin düzgün doğrusal harekette, hız ile konum ve zamanı ele alacak olursak

X=V.t

olacaktır. Burada

y=X,
a=v,
x=t
b=0

aldık. Bu şekilde konumun zaman göre değişimini matematiksel olarak ifade etmiş oluruz.

- Türev
y’ nin x’ e göre türevini dy/dx olarak ifade edebiliriz (y’nin x’e göre değişim hızı). Türevi bir doğrunun eğimini hesaplamak olarak düşünebiliriz.
Türev fizikte ani hız ve ani ivme hesaplarında ve daha bir çok hesaplamada kullanılmaktadır.
Örneğin doğrusal hareket yapan bir hareketlinin ani hızını

vani=dx/dt

ani ivmesini ise

aani=dv/dt

'den hesaplayabiliriz.

Bunların dışında fizikte birçok matematiksel metotlar kullanılmaktadır. Örneğin integral hesap, diverjans, rotasyonel, dirac delta fonksiyonu ve daha bir çok metot. En basite indirgeyecek olursak toplama, çıkarma, çarpma ve bölme gibi matematiksel işlemler fizikte hemen hemen her hesapta kullanılmaktadır.
Çoğu fizikçiler matematik konularını matematikçiler kadar iyi bilmek zorundadırlar. Geliştirilecek bir model yeni bir metoda ihtiyaç duyabilecektir. Örneğin diferansiyel hesap, ilk kez fiziksel olaylara bir anlatım getirmek amacıyla Newton tarafından keşfedilmiştir. Newton mekaniği, elektrik ve manyetizmadaki çeşitli problemleri incelerken integral hesap kullanılır.

Kaynak

MsXLabs Üye Girişi