|
|
Eğitişim Dergisi E-Eğitim, Bilim ve Sanat Dergisi Ocak 2009. Sayı: 21 ISSN 1307-1785 |
|
|
YANLIŞ ÖĞRETİLEN FİZİK: BİR ÖRNEK Prof. Dr. Oktay Hüseyin (Guseinov) Volkan Kor, Fizik Öğretmeni |
|
|
Biz yazılarımızda temel
bilimlere, özellikle matematiğe ve fiziğe en büyük katkıları çok genç
insanların yaptıklarını belirtmek istemişiz. Bu nedenle de şunları herkesin
bilmesini istemişiz: Bilindiği gibi gerçek bilgiye
sahip olmak ve bilimsel düşünceyi geliştirmek bizimki gibi
toplumlarda hiçbir zaman ön plana çıkmıyor. Herkes diploma
peşinde. Diğer yandan biliyoruz ki, en büyük bilim adamları,
matematikte ve fizikteki en büyük buluşlarını 22-26 yaşları arasında
yapmışlar.
Örneğin Isaac Newton (1643–1727) unutulmaz fizik
kanunlarını ve matematiğe en
büyük katkılarını 26 yaşına ulaşmadan elde etmiştir. Albert Einstein(1879–1955)
24 yaşında yaptığı çalışması için Nobel ödülü almış ve 25 yaşında da yaptığı
iş ile dünyanın en büyük bilim adamı olduğunu ispatlamıştır. Fransız matematikçi ve astronom Alexis-Clod Clero
(18.yüzyıl) Paris Akademisi’nde ilk bildirisini sunduğunda 12 yaşındaydı.
Fizik ve matematik konularında en büyük işleri yapmış kişilerden bazıları,
ilk bilimsel makalelerini 13–14 yaşlarında yazmışlardır (örneğin James Maxwell(1831–1879)
ve William Hamilton (1805–1865)). Adını matematik (yüksek cebir)
tarihine yazdıranlar içinde, 21
yaşında düelloda öldürülmüş Evariste Galois(1811–1832) de vardır. İki yaşında kitap okumaya
başlayan ünlü fizikçi Thomas Young (1773-1829),
içlerinde Türkçe ve Arapça da bulunan yaklaşık on dil biliyordu ve 23 yaşında
tıpta doktora yapmıştı. Paul Dirac(1902-1984) ve Werner Heisenberg(1901–1976)
gibi dehalar da böyle genç yaşlarında zirveye ulaşmışlardır. Bizim insanlarımız da
zamanlarını boş geçirmiyorlar, 8-10 yaşlarından başlayarak dini bilgiler konusunda 1400 yıl
öncesinden bilinen zirvelere ulaşıyorlar. Bu bizi elbette mutlu ediyor. Ama Yahudiler,
Avrupalılar ve Japonlar bilimin her bir alanında çok ilerlemiş, durmadan da yeni teknolojiler üretiyorlar. İnsanlarımız için cennete gitmeye
hiçbir faydası olmasa da, toplumların tamamı, dini ibadetlerini ne şekilde
yerine getirdiklerinden bağımsız olarak, kâfirlerin buldukları bütün tüketim yeniliklerinden fazlası ile yararlanmak istiyorlar. Gelir
dağılımının bizde de gelişmiş ülkelerdeki gibi olması ve ekonomik inkişafımız
için, biz de temel bilimlerin gelişmesine çalışmalıyız. Bunun için de mantığa
dayanan, matematik ifadelerle yansıtılan bilgilere, Batılılar gibi çok büyük
ihtiyacımız olmalıdır.
Unutmamak gerekir ki en kesin dil matematik dilidir. Matematik bilen
insanlar matematiksel ifadelerle verilen bilgileri, farklı zamanlarda ve
farklı ülkelerde bile, aynı şekilde almış olurlar. Ama sözle ifade edilen
bilgiler, aynı millet için bile farklı zamanlarda farklı anlamlara
gelebilirler. Hatta aynı millete mensup, aynı zamanda ama farklı bölgelerde
yaşayan insanlar, bazen aynı sözü çok farklı anlam taşıyan şekilde
anlayabilirler. Diğer yandan aynı cümleyi okurken, aynı dili konuşan, ama
farklı kültürel seviyede insanlar farklı anlam çıkarabilirler. Bu sebepten de
sözle, yazı ile ifade edilenleri tam olarak, gerçek şekliyle anlamak
imkânsızdır.
Sosyal bilimler sözlerle anlatılıyor. Bu nedenle de ulaştıkları
sonuçlar çoğu kez farklı yorumlara yol açıyor. Doğa bilimlerinin sonuçlarının
doğruluğu yalnız farklı yerlerde, farklı insanların yaptıkları deney ve
gözlemlerle kanıtlanabilir. Ama yine de bu gerçeklerin geçerli olma sınırları
hata paylarına ve süreçlerin(olayların) ilerlediği şartlara bağlıdır.
Matematik doğa bilimi değildir. O, insan mantığına dayanan temel bilimdir.
Matematik ifadelerin çoğu, doğrudan doğa ile bağlantılı değildir. Doğanın
kanunlarını yansıtanlar da tam gerçek haliyle yansıtmazlar. Ama onlar her zaman insanın fikrini
tam olarak ve kesin şekilde yansıtırlar.
Her bir bilim dalında ne kadar matematik varsa,
kesinlikle bir o kadar da gerçek vardır.
İmmanuel Kant (1724–1804) Elektrostatiğe bağlı bir makalemiz ( http://www.fizikportali.com/2008/08/bazi-elektrostatik-sorulari-hakkinda-dusunceler/
veya http://www.lisefizik.com/Elektrostatik5.pdf
) yayımlanmıştı. O makalede kitaplarda yanlış çözülen meselelerden örnekler
vermiştik. Bu örneklerden biri (aşağıda incelenen) okurlar tarafından
tartışılır hale geldi ve kimileri bu çözümümüze ikna olamadıklarını
bildirdiler. Biz de buna sevindik çünkü makalemiz düşünmeye istekli fizik
öğretmenlerine ulaşmıştı. 3.
Formül Yayınları, 11. Sınıf, Arif Kaner. Yüksüz X, Y elektroskopları, yüksüz L iletken küresine
iletken tellerle şekildeki gibi bağlıdır.
X Y ----------- --------- A) Pozitif Pozitif B) Pozitif Negatif C) Pozitif Yüksüz E) Negatif Pozitif
Çözüm: Pozitif yüklü K küresi
başta yüksüz olan L küresinin içine dışarıdan elektron çeker. X ve Y
elektroskopları elektron vereceğinden pozitifle yüklenir. Doğru cevap A
şıkkıdır.”
Fizik kitaplarında(ÖSS soruları ve Olimpiyat meselelerinde de)
neredeyse bir sürü kuşkulu çözümü olan sorular için, kendilerince doğru
düşündükleri cevapların verilmesi istenmekte. Ama unutmamak gerekir ki
şartların kesin şekilde koyulmadığı sorularda, cevaplar da olasılıklara bağlı
olacaktır. Okurların fikrini bu probleme çekmek için, şartları kesin olmayan
yukarıdaki soruya, biz de kesin olmayan B cevabını kesin şekildeymiş gibi
verdik ve yazdık: Yanlış çözüm. Doğru
şık B olmalı çünkü kabın içinde eksi yükler vardır. İlk anda telin bir ucu
negatif diğeri ise pozitif olmasından akım oluşur, sonra potansiyel farkı
aradan kalkar ve neticede Y elektroskopu negatif yüklenir dedik ama anlatmadık. Zaten A şıkkının
geçerli olması da anlatılmamıştı.
Lise öğrencileri ve öğretmenleri için yazılan kitaplarda gerçekleri yeterince yansıtmayan
anlatımlar ve çözümler verilmektedir. İyi eğitimde doğru olmayan bilgileri
ezberlettirmezler; bilimin derinlikleri yönünde ipuçları verirler. Ne yazık
ki bizim eğitimimiz, her zaman vurguladığımız gibi, bilimsel düşünceyi
kısıtlamaya doğru yönelmiştir. Meselenin şartlarına ve verilen
şekle bakarak, kafamızda oluşturduğumuz deney, verilen (A) çözümün
yanlışlığını göstermişti. Böylece, B şıkkının doğru olacağını yazmıştık. Ama
fiziği seven ve uzmanlığa önem veren fizik öğretmenlerinden doğru cevabın A
olması gerektiğini destekleyen e-mailler aldık. Bu nedenle de fiziğin nasıl
bir bilim olduğunu, düşünme tarzlarını anlatmak için bu makaleyi de yazmaya
karar verdik. Şimdi meselenin çözümünün
neden A olmadığını, daha
doğrusu aynı görünümde ama şartları iyi açıklanmamış bir soru için birden
fazla seçeneğin de nasıl doğru olabileceğini, öncekinden geniş biçimde ele alalım. Deney düzeneğini hazırlamak için L
küresini X ve Y elektroskopları ile bağlıyoruz. Bu bağlantıyı yaparken, her
iki telin temasta olacak uçlarını temizleyerek, elektroskoplara ve L küresine
bantla yapıştırıyoruz. Burada, Y elektroskopuna giden tel ne K küresi ile, ne de L kabının ağzı ile temasta olmamalı. Onun için
telin kabın ağzına kadar olan kısmını da bantla yalıtıyoruz. X elektroskopunu
L ile bağlayan telin hepsi dışta olduğundan onun yüzeyinin yalıtkan olup olmaması ise önemli
değil. Böylece düzeneği şekildeki görünümüne getiriyoruz. Şimdi artı yüklü K cismini L nin içine sokmak gerekiyor. Ama endişeliyiz. Çünkü K
küresinin çapı, L kabının ağzından geçerken temas edebilecek kadar büyük ve buna
müsaade etmemeliyiz. K’yı L’nin
ağzına yaklaştırdığımızda, Y elektroskopuna bağlanan telin yalıtılmamış
bölümüne çok yaklaşıyoruz. Bu anda
elektronlar, Y elektroskopundan telin K’ya yakın
ucuna geliyorlar. Böylece, aynı anda da Y elektroskopu az da olsa artı
işaretli yükleniyor. Endişeli
olduğumdan, diğer terli elimin(ter tuzlu olduğundan iletkenliği artar) istemeden Y elektroskopunun başına
veya telin ona yakın ucuna dokunduğunu hissetmiyorum. Belki de bir öğrenci dokunuyor. O bölgeler artı işaretli olduğundan,
elimden dokunduğum elektroskoba (ya
da tele. Fark etmez) elektronlar geçiyor. Öyle ki,
Y elektroskopu ile ona bağlanan tel birlikte kolayca eksi yük kazanıyor. K cismini L’ye
dokundurmadan içine ulaştırıyorum. K’daki artı
yükler L kabındaki elektronları kendisine çektiği ve valans
elektronları serbest hareket edebildiği için, kısmen kabın iç yüzeyine
yaklaşıyorlar. Böylece L kabının iç yüzeyi eksi ve dış yüzeyi artı işaretli
yüklenmiş oluyor. Telin
L kabının içindeki bölümünü izole ettiğimizi söylemiştik. Bu nedenle K’nın oluşturduğu elektrik alanı da onu pek etkilemiyor.
Aralarında yalıtkan bölüm olduğunu
söylemiştik. Yalıtkan malzeme, dielektrik sabitinin
büyüklüğüyle orantılı olarak, elektrik alanı zayıflatacaktır. Kısacası,
Y elektroskopunun eksi yüklerine K cismi pek etki edemiyor. Bu yöndeki diğer
etkilere de değineceğiz. Şekilde gösterildiğine göre
L kabının çapı, K küresinin ve özellikle elektroskop topuzunun çapından çok daha
büyük. Bu nedenle de onun iç ve dış yüzeylerinde yüklerin yüzey yoğunluğu K’ninkine göre daha küçük(yarıçapla orantılı yük paylaşımlarındaki
yüzey dağılımlarını hatırlayın). Zaten K cisminin yükünün fazla olmadığını(sebebini
açıklayacağız) da göz önünde
bulunduruyoruz. Bu nedenle de L kabının uzaktaki ve küçük elektrik kapasiteli
elektroskoplardan kendine elektron çekmeye pek ihtiyacı yok; özellikle de
ince bir tel vasıtasıyla. Yine de, K cisminin yükü az olsa bile
elektroskoptan elektronlar çekmesi mümkün olabilir. Fakat bunun için diğer
şartların da bu sürece yardım etmesi gerekir. Yukarıda Y elektroskopunun ve
onu L kabıyla birleştiren telin kazara
eksi yük aldığını söylemiştik. Bu yükü taşıyan elektronlar L kabının iç kısmına geçebilirdi. Ama geçemediler ve nedeni de çok basit.
Birincisi, aşağıda açıklayacağımız sebepten K cismindeki elektrik yükü az; L
kabının çapı ve ağzı büyük. Yine şekle göre, K ve L cisimleri aralarındaki mesafe
fazla. Bu nedenlerle de kabın iç yüzeyi
ve oraya yapıştırılan telin arasında potansiyel farkı düşük. Kullanmak üzere
seçtiğimiz tel ve kabın malzemeleri arasındaki temas potansiyeli daha fazla(dikkatli seçmezsek
böyle olur) ve K’daki yükün oluşturduğunun yönüne
ters. Bu nedenlerle elektronlar telden kaba geçemiyorlar. Sonuçta Y
elektroskopunun yükü eksi olarak kalıyor. Lise son öğrencileri
temas potansiyeli(elektronun malzemedeki bağlanma enerjisi.
Kısaca, kitaplardaki “Bağlanma Enerjisi”) ile
fotoelektrik olayında ve termoçiftler konusunda
karşılaşıyorlar. Fotoelektrik olayından biliyoruz ki, her farklı
metalden(malzemelerden) elektronun çıkarılması için farklı miktarda iş
yapılması gerekir. Elektrik devrelerinde bu işi elektrik alanı veya ısı
enerjisi üstlenebilir. Bu, fotoelektrik olayda ışığın üstlendiği göreve
benzer. Örneğin bizim incelediğimiz örnekte, L kabı alüminyum (Al) ama L
elektroskopunun topuzu ve onu birleştiren tel bakırdan(Cu).
Böyle diyoruz çünkü ekseri bu malzemeler kullanılır ve aksini düşüneceğimiz
bir bilgi verilmemiş. Temiz metaller arasındaki temas potansiyeli yalnızca birkaç
volttur ama teller oksitlenirse temas potansiyelleri büyür. Hatta demin
yaptığımız gibi, tellerin uçlarını temizlemeyebilirdik. Yukarıda K cisminin
yükünün küçük olduğunu yazmıştık. Sebebini açıklayalım: Birincisi, K cismi
elektrik yükünü dış yüzeyden
aldığından yüklenmesi zordur. Çünkü onun potansiyeli, ona yük taşıyan
cisminkinden fazla olamaz. Böylece K cisminin elektrik yükü alma imkanı, yük veren ile ortak potansiyellerinin büyüklüğüyle
sınırlıdır. Öte yandan elektrik yükü kaynağı belirtilmemiş. Az mı çok mu kesin bilmiyoruz. Şimdi diyebilirsiniz ki: “Bu
çözümde soruda verilmeyen o kadar olay sıraladınız ki. Hatta elinizi bile
değdirdiniz”. Hatta
diyebilirsiniz ki: “O halde meselenin
çözümünün A şıkkı(pozitif-pozitif) olması için şekilde nelerin olması
gerekir?” Bu iki muhtemel sorunuzu da sonuncudan başlayarak izah
edelim. Çözümün verildiği gibi(A seçeneği) olması için şekilde ve şartlarda şunlar gözükmelidir: Birincisi Y
elektroskopuna bağlanan tel yalıtılmış olmalı, L kabının içine kabın ağzından
uzak bir yerde açılmış delikten içeri girmeli ve dış yüzeyi ile
temastan kaçınmalı(temas olursa meselenin bir anlamı kalmaz). Tel
yalıtılmamışsa, telin geçtiği delik yalıtılmalı ki, kabın yüzey kısmına yakın
bölge ile temas etmesin. Diğer yandan K cisminin taşıdığı yük hayli fazla olmalı ki elektronlar elektroskoptan tele ve
telden L kabına geçebilsinler. K cisminin yükünün fazla olması için
içi boş olmalı ve elektrik yükü içten dokundurularak aktarılmalı.
Büyük yüklü bir K cismi elde etmek için elektrik yüklerinin
kaynağı da doğru seçilmelidir. Bu kaynak büyük kapasiteli ve yüksek
potansiyelli olmalı yada sabit akı kaynağı
olmalıdır. Temas olan yerler iyi
temizlenmiş olmalı. Son şartlar sağlanmazsa, Y elektroskopu yüksüz bile
kalabilir(elimizin değdiğini düşünmez, sorudaki şartları sağlarsak
bile) ve cevap A değil, C de
olabilir. Hatta kullandığımız
malzemeler arasındaki temas potansiyeli öyle olabilir ki, X elektroskopu bile
yüksüz kalabilir. Şekilde göründüğü gibi, elektroskopların yapraklarının eşit
şekilde ayrılmasını sağlamak için gereken şartları oluşturmak daha da
güçtür. Son cümleyi yazarken de
şekilde verilenlere sadık kalmak istedik. Çünkü sorunun orijinal görünümü
bile oldukça yoruma açık. Şimdi düşünün ki L kabı
evinizin içinde. Telleri onun iç ve dış yüzeylerine birleştirip, K’yi L’nin
içine dokunmamak kaydıyla tutuyorsunuz. Şimdi, bu tellerin diğer uçlarını topraklayın. Toprağın(Dünya’nın)
elektrik kapasitesi sonsuz büyük ve L kabının içi ve dışında farklı işaretli
yükler var. Bu durumda topraktan kaba devamlı olarak elektron akımı
olacağını, fizik bilmeyenler düşünebilirler.
Hatta bu telleri kap ile toprak arasında istediğiniz yerlerden keserek
araya iç direnci çok küçük ampuller yerleştirin. Acaba evinizde devamlı ve
bedava(tükenmez enerji ile) aydınlatma oluşturmuş olur musunuz? Eğer böyle
düşüncelerdeki yanlışlıkları fizik öğretmenlerimiz görmekte zorlanırlarsa, bu
eğitimin ve bilimsel düşüncenin yetersizliğine işarettir. Yine de çokları
biliyor ki böyle bir sistem çalışmaz; toprakta elektronların bol olmasına
rağmen. Eğer L kabı X elektroskopundaki elektronları artı yüklü yüzeyine az
da olsa çekebiliyorsa bile, bu demek değildir ki, eksi yüklü olan iç kısmı da
Y elektroskopundan elektronları kolaylıkla çekebilecektir. Şekilden L kabının
kalınlığının elektroskopun topuzunun çapı ile neredeyse aynı olduğunu
görüyoruz. Eğer L kabının ve elektroskopun malzemeleri aynı ise, L kabının
içindeki serbest elektron sayısı, L kabının ve elektroskopun topuzunun
çaplarının yaklaşık olarak karesi(L
kabının kalınlığına bağlı olarak, belki kübü)
ile orantılıdır Diğer yandan elektroskoplar L kabından uzakta ve
onunla ince tellerle(serbest elektron kapasitesi düşük) birleşmiş durumdalar.
Bu durumda düşünmemiz gereken başka şeyler de var: Şekildeki K cismine yükü sadece dışına dokunarak verebiliriz çünkü
içinden dokunabileceğimiz oyuk yok. Oyuk olsaydı daha fazla elektrik yükü
vermemiz mümkündü. Elektrik yükünü dıştan vermek zordur. K cismi yük aldıkça
potansiyeli artacak ve bu nedenle her yüklemede öncekinden yüksek potansiyeli
olan yüklü cisimlerle(yük kaynağı) temas ettirmek gerekecek. Böyle yüklenmiş
K cismi ise fazla bir elektrik yükü taşımaz. Ayni zamanda L cisminin içinde biriken(indüklenmiş)
elektrik yükü de K’nın yükünden fazla olamayacağını
biliyoruz. L cisminin kütlesi(elektron bolluğu) elektroskopun başındaki
topuzunkinden çok fazla olursa, elektroskoptan elektron çekmeye ihtiyacı
olacak mı? Doğal olarak çok az. Bu kadar az bir yükü elektroskop
gösterebilecek mi? Çok mu duyarlı bu elektroskoplar? Tellerin birleşme
yerlerindeki problemleri de unutmayın. Bir süngerle gölün arasına ince bir boru
yerleştirerek suyu gölden süngere kolayca çekebilir miyiz? Yukarıdaki
birinci sorunuzu açıklayabildik mi? Neden seçeneklerin farklı olabileceğini
anlatabildik mi? Umuyoruz ki, bu yaptığımızın sebebini anlayabilmişsinizdir. Batı ülkelerinin birinden
bir bilim adamı Nasreddin Hoca’nın yaşadığı yere gelmiş. Ama Nasreddin Hoca’dan başkası bilim adamı ile tartışmaya
cesaret edememiş. Birbirlerinin dilini de bilmediklerinden, fikir alışverişi
anlamında yalnızca yere çizilen geometrik şekiller kullanılmış. Bilim adamı
bir daire çiziyor, Nasreddin Hoca onu iki eşit
kısma bölüyormuş. Bilim adamı yeniden daire çiziyor, Nasreddin
Hoca onu dört eşit kısma bölüyormuş. Bilim adamı ayrılırken, Hoca’nın Dünya,
kara ve okyanuslara bağlı bilgilerinin çok iyi olduğunu düşünüyormuş. Nasreddin Hoca’ya olan biteni sorduklarında da, bilim
adamının yalnız yemek düşündüğünü ve yemeğin büyük kısmını istediğini
anlatmış. Yukarıda adını hatırlattığımız,
21 yaşında ölmüş büyük matematikçi Evariste Galois, okulda
ve üniversite sınavlarında matematik sorularına öğretmenlerin dar düşünce
çerçevesinden bakamadığından, kötü bir öğrenci sayılmış ve üniversiteyi de
kazanamamıştır. Onun matematik öğretmeni gelişmemiş düşüncenin limiti olarak
hatırlanır. Matematikte yanlış anlayışa yer çok azdır ama yine de şartların
çok kesin(belirli) olması gerekir. Söylenenlere göre atomun
babası sayılan Niels Bohr
(1885–1962), okuldaki öğretmeninin fizik sorusunu üç farklı yolla ve farklı
yaklaşımlarla çözmüştür. Ama öğretmen yalnızca kendi çözdüğü yolu
anladığından Bohr’a kötü not vermiştir. Acaba
Einstein ÖSS fizik sorularında başarılı olabilir veya herhangi bir fizik
bölümümüzü iyi notlarla bitirebilir miydi? Bir sürü belirsizlikler içeren
fizik sorularının yalnız istenen biçimde çözülmesinin istenmesi halinde,
ezbere dayalı öğretim yapılması ve bilimsel düşüncenin engellenmesi kaçınılmazdır. UYARI: Eğitişim Dergisinden yapacağınız her türlü alıntı için kaynak belirtmeniz
ve sayfaya bağlantı vermeniz gerekmektedir. Yazıları bütün
olarak kendi sayfanızda yayımlamanız yasaktır. Ancak, başlık ve bazı
küçük alıntılarla, yazının tanıtımını yapabilir ve "Devamı için
TIKLAYIN!" diyerek, konuklarınızı bu sayfaya yönlendirebilirsiniz. |
|
|
|
