1. Temel Büyüklükler: Başka büyüklükler yardımı ile ifade edilmeyen, matematiksel olarak tanımlanmış büyüklüklere denir. Tek başlarına ifade edildiklerinde bir anlamı olan büyüklüklerdir.
Fiziğin Doğası 8 Büyüklük Sembolü Birimi Ölçüm Aleti
- Kütle m kilogram eşit kollu terazi
- Uzunluk ℓ metre cetvel
- Zaman t saniye kronometre
- Sıcaklık T °C, °F, K, °R termometre
- Akım Şiddeti i amper ampermetre
- Madde Miktarı n mol
- Işık Şiddeti I kandela
2. Türetilmiş Büyüklükler: Başka büyüklükler yardımı ile bulunabilirler ve matematiksel olarak tanımlanabilen büyüklüklerdir. Bu koşullar altında ancak anlam kazanırlar.
Büyüklük Birimi
- Kuvvet newton
- Enerji joule
- Hız m/s
- İvme m/s2
- Momentum kg.m/s
Şu ana kadar tanımlanmış büyüklükler ya skaler büyüklük lerdir ya da vektörel büyüklüklerdir.
Skaler Büyüklükler: Sayı ve birimle ifade edilebilen büyüklüklere denir. Kütle, uzunluk, zaman, iş, güç, sıcaklık gibi…
Vektörel Büyüklükler: Sayı ve birimin yanında doğrultu ve yönünün de olması gereken büyüklüklere denir. Kuvvet, hız, yer değiştirme, moment, momentum, elektrik alan gibi…
Fizikte etrafımızda olup biten her şeyi anlamlandırmak ve ölçmek için büyüklükleri belirli kategorilere ayırıyoruz. Eğer bu ayrımı yapmazsak hem bilimsel çalışmalarda hem de günlük hayatta büyük bir karmaşa yaşanır. Bu büyüklükleri iki ana başlık altında inceleyebiliriz. Birincisi, bu büyüklüğün başka bir şeye ihtiyaç duyup duymadığına göre yani temel ve türetilmiş olarak sınıflandırılması; ikincisi ise bu büyüklüğün bir yöne sahip olup olmadığına göre yani skaler ve vektörel olarak sınıflandırılmasıdır.
Önce temel ve türetilmiş büyüklüklerden başlayalım. Temel büyüklükleri fiziğin yapı taşları gibi düşünebilirsin. Bu büyüklükler, kendi başlarına bir anlam ifade eden ve başka hiçbir büyüklüğe ihtiyaç duymadan tanımlanabilen büyüklüklerdir. Toplamda yedi tane temel büyüklüğümüz var ve bunları akılda kalması için genellikle KISAMAL şeklinde kodluyoruz. Bu kodlamadaki her harf bir temel büyüklüğü temsil ediyor. K harfi kütleyi ifade eder, birimi kilogramdır ve eşit kollu teraziyle ölçülür. I harfi ışık şiddetidir, birimi candela yani mumdur. S harfi sıcaklığı temsil eder, birimi uluslararası sistemde Kelvin’dir ama biz günlük hayatta Celsius kullanırız. A harfi akım şiddetidir ve birimi Amper’dir. M harfi madde miktarıdır, birimi moldür ve bu aslında ölçülen değil hesaplanan bir değerdir. A harfi uzunluktur, birimi metredir. Son olarak L harfi zamanı temsil eder ve birimi saniyedir. Bu yedi büyüklük, fiziğin temelini oluşturur.
Türetilmiş büyüklükler ise isminden de anlaşılacağı üzere bu yedi temel büyüklükten türetilen, yani onları kullanarak ortaya çıkan büyüklüklerdir. Mesela hızı düşünelim. Hız aslında birim zamandaki yer değiştirmedir, yani içinde hem uzunluk hem de zaman barındırır. İki temel büyüklük bir araya gelmiş ve yeni bir kavram olan hızı oluşturmuştur. Kuvvet, enerji, basınç, ivme, hacim ve yoğunluk gibi aklına gelebilecek diğer neredeyse tüm fiziksel büyüklükler türetilmiş kategorisine girer. Bu durumu bir yemek tarifine benzetebilirsin; temel büyüklükler un, şeker ve yumurta gibi ana malzemelerdir, türetilmiş büyüklükler ise bu malzemelerin farklı oranlarda karışımıyla ortaya çıkan kek veya kurabiye gibidir.
Gelelim işin diğer boyutuna, yani yön meselesine. Burada skaler ve vektörel büyüklük ayrımı devreye giriyor. Skaler büyüklükler, sadece bir sayı ve bir birimle ifade edildiğinde tam olarak anlaşılan büyüklüklerdir. Yani “Hava 25 derece” dediğinde ya da “Pazardan 2 kilogram elma aldım” dediğinde kimse sana “Hangi yöne doğru?” diye sormaz. Çünkü sıcaklık, kütle, zaman, uzunluk, enerji ve basınç gibi kavramların yönü yoktur. Bunları toplarken veya çıkarırken normal matematiksel işlemler yaparız.
Ancak işin içine yön girdiğinde durum tamamen değişiyor ve biz bunlara vektörel büyüklükler diyoruz. Vektörel bir büyüklüğü tam olarak tanımlayabilmek için sadece sayı ve birim yetmez, mutlaka bir de yön ve doğrultu belirtmen gerekir. En basit örneği kuvvettir. Bir kutuyu 10 Newtonluk bir güçle ittiğini söylediğinde, kutunun nereye gideceğini anlamak için bu kuvveti hangi yöne doğru uyguladığını bilmemiz gerekir. Hız, ivme, yer değiştirme ve ağırlık gibi büyüklükler vektöreldir. Örneğin “Araba 100 kilometre hızla gidiyor” demek yerine fiziksel olarak doğru bir ifade kullanmak gerekirse “Araba kuzey yönünde 100 kilometre hızla gidiyor” demeliyiz. Çünkü yön değiştiğinde fiziksel sonuç da değişir. Vektörel büyüklüklerin üzerine küçük bir ok işareti koyarak onları skaler olanlardan ayırırız ve bu büyüklüklerle işlem yaparken yönlerini mutlaka hesaba katarız.
Sonuç olarak fizik dünyasını bu dörtlü sistemle haritalandırıyoruz. Bir büyüklük aynı anda hem temel hem de skaler olabilir, mesela kütle böyledir. Ya da hem türetilmiş hem de vektörel olabilir, mesela kuvvet buna harika bir örnektir. Bu ayrımları bilmek, sadece bir fizik sınavını geçmek için değil, evrenin işleyişindeki hassas dengeleri ve ölçüm sistemlerini kavramak için de son derece kritiktir.
Harika, o zaman bu kavramları günlük hayatta karşımıza çıktıkları şekliyle biraz daha somutlaştıralım ve neden bu kadar önemli olduklarını örnekler üzerinden inceleyelim. Aşağıdaki tabloda yaygın olarak kullandığımız büyüklüklerin hangi kategorilere girdiğini net bir şekilde görebilirsin.
Günlük Hayattan Büyüklükler Tablosu
| Büyüklük | Temel mi, Türetilmiş mi? | Skaler mi, Vektörel mi? | Günlük Hayattan Örnek |
| Kütle | Temel | Skaler | Marketten aldığın 5 kg şeker. |
| Zaman | Temel | Skaler | Sınavın bitmesine kalan 15 dakika. |
| Sıcaklık | Temel | Skaler | Fırının 180 dereceye ayarlanması. |
| Ağırlık | Türetilmiş | Vektörel | Yerin seni merkeze doğru çekme kuvveti. |
| Hız (Velocity) | Türetilmiş | Vektörel | Bir aracın batıya doğru 90 km/sa ile gitmesi. |
| Sürat (Speed) | Türetilmiş | Skaler | Koşu bandında 10 km/sa hızla koşman (yön önemsiz). |
| Kuvvet | Türetilmiş | Vektörel | Kapıyı açmak için dışarı doğru uyguladığın itme. |
| Enerji | Türetilmiş | Skaler | Bir ampulün harcadığı elektrik miktarı. |
| Basınç | Türetilmiş | Skaler | Otomobil lastiğine bastığın hava basıncı. |
Kavramlar Arasındaki İnce Çizgiler ve Hatalar
Şimdi bu tablo üzerinden bazı önemli noktalara değinelim çünkü biz günlük konuşma dilinde bu terimleri bazen birbirine karıştırabiliyoruz. En büyük karışıklıklardan biri kütle ve ağırlık arasındadır. Kütle temel bir büyüklüktür ve yöne ihtiyacı yoktur, yani skalerdir. Sen Dünya’da da olsan Ay’da da olsan 70 kilogramlık kütlen değişmez. Ancak ağırlık bir kuvvettir. İşin içine yerçekimi ivmesi girdiği için türetilmiştir ve yönü her zaman yerin merkezine doğru olduğu için vektöreldir. Dinamometre ile ölçülür ve aslında birimi Newton’dur. Fizik dersinde “Kaç kilosun?” sorusuna “700 Newton ağırlığındayım” demek çok daha havalı ve doğru bir cevaptır.
Bir diğer ilginç nokta ise sürat ve hız arasındaki farktır. Çoğu insan bu ikisini aynı şey sanır ama fizikte dünyalar kadar farkları vardır. Eğer birine sadece “Araba 100 ile gidiyor” dersen bu onun süratidir ve skalerdir. Ama “Araba İstanbul yönüne doğru 100 ile gidiyor” dersen bu onun hızıdır ve vektöreldir. Neden bu kadar önemli dersen, bir uçağın pilotu olduğunu düşün. Sadece süratini bilmen seni gideceğin yere ulaştırmaz, hangi yöne doğru o süratle gittiğin yani hız vektörün hayati önem taşır.
Türetilmiş büyüklüklerin nasıl oluştuğunu anlamak için kuvvet formülüne bakabiliriz. Fizikte kuvveti
F=M.A
şeklinde ifade ediyoruz. Burada m kütleyi (temel), a ise ivmeyi temsil ediyor. Gördüğün gibi kuvvet, temel bir büyüklük olan kütle ile başka bir türetilmiş büyüklüğün çarpılmasıyla ortaya çıkıyor. İşte bu yüzden ona türetilmiş diyoruz. Kendi başına doğada “saf” halde değil, diğerlerinin birleşimiyle var oluyor.
Skaler ve vektörel ayrımının işlem yaparken bize nasıl bir etkisi olduğunu da kısaca anlatayım. Skaler büyüklüklerde normal bakkal hesabı yapabilirsin. 2 litre suya 3 litre daha eklersen 5 litre suyun olur. Ama vektörel büyüklüklerde işler değişir. Bir kutuyu sağa doğru 5 Newtonla iterken arkadaşın da sola doğru 3 Newtonla iterse, kutuya etki eden toplam kuvvet 8 değil, 2 Newton olur. Çünkü yönler zıttır ve birbirini yok ederler. Fizikçilerin vektörlerin üzerine ok koymasının sebebi tam olarak budur; “Sakın bakkal hesabı yapma, yöne dikkat et!” uyarısıdır o oklar.
Tüm bu büyüklükleri bilmek, evrenin dilini çözmek gibi bir şeydir. Sen bir mühendis, bir doktor ya da sadece meraklı bir birey olsan da ölçtüğün şeyin doğasını bilmek, o veriyi nasıl kullanacağını belirler.
Bu temel kavramlardan yola çıkarak ilginizi çekebilecek başka bir konu olan hareket yasalarına veya enerji türlerine de değinmemi ister misiniz?