fizik bölümü öğrencileri için matematiksel fizik

fizik bölümü öğrencileri için matematiksel fizik

FİZİK VE FİZİKTE MATEMATİKSEL YÖNTEMLER
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 ikinci dünya savaşından 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 bir çok 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.
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 ve 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.
Örn. İntegral hesap, diverjans, rotasyonel, dirac delta fonksiyonu, ve
daha bir çok metot. En basite indirgeyecek olursal 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.


Matematiksel Fizik çözümleri