Fizik konu anlatımı

Fiziğin tanımı ve doğayı anlamadaki yeri; bilimsel yöntem; fiziğin alt dalları ve uğraş alanları; fiziğin diğer bilimlerle ve teknolojiyle ilişkisi; fizik bilimine yön veren bilim insanları (Türk-İslam ve dünya); fizikle ilgili meslekler ve kariyer keşfi.

SI birim sistemi; 7 temel nicelik ve birimleri; türetilmiş nicelikler; ölçme ve ön ekler; skaler ve vektörel nicelikler; vektörün özellikleri (doğrultu, yön, büyüklük, başlangıç noktası); vektörlerin toplanması (uç uca ekleme, paralelkenar, bileşenler); bileşke vektör.

Kuvvet kavramı ve etkileri; temas gerektiren ve gerektirmeyen kuvvetler; doğadaki dört temel kuvvet (kütle çekim, elektromanyetik, güçlü nükleer, zayıf nükleer); kuvvetlerin etki alanları, göreli büyüklükleri ve günlük hayattaki karşılıkları; kütle ve ağırlık.

Hareket ve referans noktası; konum, yol, yer değiştirme; sürat ve hız, ortalama hız; ivme; öteleme, dönme ve titreşim hareketleri; düzgün doğrusal hareket ve ivmeli hareket; konum-zaman ve hız-zaman grafiklerini yorumlama.

Basınç kavramı ve birimi; katı basıncı ve yüzey alanının etkisi; sıvı basıncı (P = h·d·g) ve etkileyen değişkenler; bileşik kaplar; Pascal ilkesi ve hidrolik sistemler; sıvı basıncının günlük hayattaki kullanımı (barajlar, su kuleleri, dalış).

Gazların basıncı; açık hava (atmosfer) basıncı ve Torricelli deneyi; açık hava basıncının yükseklikle değişimi; barometre ve manometre; açık hava basıncının günlük hayattaki etkileri; akışkanlarda hız-basınç ilişkisi (Bernoulli ilkesi) ve uygulamaları (uçak kanadı, çatı uçması, sprey).

Özkütle ve ölçülmesi; Arşimet ilkesi; kaldırma kuvvetinin batan hacme ve sıvının özkütlesine bağlılığı; kaldırma kuvvetinin sıvı basıncı farkından doğması; yüzme, askıda kalma ve batma koşulları; gemiler, denizaltılar, balonlar ve hidrometreler.

İç enerji, ısı ve sıcaklık arasındaki ilişki; termometreler ve sıcaklık ölçekleri (Celsius, Fahrenheit, Kelvin); öz ısı ve ısı sığası; Q = m·c·ΔT; hâl değişimi ve gizli ısı (Q = m·L); sıcaklık-zaman grafikleri; günlük hayattan örnekler.

Isıl denge ve denge sıcaklığı; alınan ısı = verilen ısı; ısı aktarım yolları (iletim, konveksiyon/taşıma, ışıma); ısı iletim hızını etkileyen değişkenler (madde cinsi, kesit alanı, kalınlık, sıcaklık farkı); ısı yalıtımı ve enerji tasarrufu.

Fiziksel anlamda iş, güç, kinetik-potansiyel enerji, verim ve enerji kaynakları.

Konum, yer değiştirme, hız ve sürat (tekrar); sabit hızlı hareketin konum-zaman ve hız-zaman grafikleri; ivme ve hız değişimi; düzgün hızlanan ve yavaşlayan hareket; hareket denklemleri; grafikler arası geçiş (eğim ve alan); serbest düşme; trafik güvenliği ve fren mesafesi.

Fiziksel anlamda iş ve kuvvet-yer değiştirme grafiği; iş-enerji ilişkisi; güç; kinetik enerji, yer çekimi potansiyel enerjisi ve esneklik potansiyel enerjisi; mekanik enerjinin korunumu; sürtünmeli sistemlerde enerji kaybı; verim; günlük hayattan enerji dönüşümü örnekleri.

Enerji biçimleri (mekanik, ısı, kimyasal, elektrik, ışık, ses, nükleer); enerji dönüşümleri ve enerjinin korunumu; yenilenebilir ve yenilenemez enerji kaynakları; kaynakların avantaj ve dezavantajları; Türkiye’nin enerji kaynakları ve potansiyeli; enerji verimliliği ve tasarruf.

Basit elektrik devresinin elemanları ve devre şemaları; elektrik yükü ve akım (I = q/t); potansiyel fark (gerilim); ampermetre ve voltmetrenin bağlanması; direnç ve etkileyen değişkenler (R = ρ·L/A); Ohm yasası (V = I·R) ve grafiği; iletken, yalıtkan ve yarı iletkenler.

Seri bağlı dirençler (eşdeğer direnç, akım ve gerilim paylaşımı); paralel bağlı dirençler; karışık devreler; üreteçlerin seri ve paralel bağlanması; elektriksel enerji ve güç (P = V·I = I²·R); lambaların parlaklığı; evlerde elektrik tüketimi ve fatura hesabı.

Elektrik akımının insan vücudu üzerindeki etkileri; elektrik çarpmasına yol açan durumlar; sigorta ve kaçak akım rölesinin görevi; aşırı yük ve kısa devre; topraklamanın önemi ve çalışma ilkesi; evde ve okulda elektrik güvenliği kuralları; elektrik çarpmasında ilk yardım.

Periyodik hareket, periyot ve frekans; basit sarkaç ve yay-kütle sistemi; dalga ve enerji aktarımı; dalga boyu, genlik, tepe-çukur; v = λ·f; atma ve periyodik dalga; yay dalgalarında yansıma (sabit ve serbest uç); su dalgalarında yansıma ve kırılma; derinliğin dalga hızına etkisi.

Mekanik ve elektromanyetik dalgalar; enine ve boyuna dalgalar; tek, iki ve üç boyutlu dalgalar; dalga hızını etkileyen değişkenler (yayda gerilme kuvveti ve birim uzunluk kütlesi, ortamın özellikleri); ses dalgalarının özellikleri, ses hızı, frekans-yükseklik ve genlik-şiddet ilişkisi; işitme aralığı, ultrason ve infrasound.

Doğal frekans ve rezonans; rezonansın günlük hayattaki örnekleri ve yapılara etkisi; deprem dalgaları (P, S, yüzey dalgaları) ve özellikleri; deprem büyüklüğü ve şiddeti; sismograf ve deprem merkezi uzaklığı; binaların depreme dayanıklılığı; deprem için bilimsel model oluşturma.

Eylemsizlik, F = m·a ve etki-tepki.

Yansıma kanunları, düz ve küresel aynalar, kırılma ve tam yansıma.

Serbest düşme: hava direncinin ihmal edildiği düşüş, yer çekimi ivmesi g ≈ 9,8 m/s² (≈ 10 m/s²); v = g·t, h = ½·g·t², v² = 2·g·h; düşme hareketinin grafikleri; iki boyutta hareketin bileşenlere ayrılması; yatay atış (yatayda sabit hız, düşeyde serbest düşme), eğik atış (en yüksek nokta, uçuş süresi, menzil, 45° en büyük menzil); hareketin bağımsızlığı ilkesi.

Kuvvet ve bileşke kuvvet; Newton’ın 1. yasası (eylemsizlik), 2. yasası (F = m·a) ve 3. yasası (etki-tepki); kütle ve ağırlık farkı (G = m·g); serbest cisim diyagramı çizme adımları; ağırlık, normal kuvvet, gerilme, uygulanan kuvvet; yatay düzlemde, ipli sistemlerde ve asansörde hareket problemleri; eğik düzlemde ağırlığın bileşenleri.

Sürtünme kuvvetinin tanımı; statik (durgun) ve kinetik sürtünme; sürtünme katsayısı (μ) ve f = μ·N; sürtünmenin bağlı olduğu değişkenler (yüzeylerin cinsi ve normal kuvvet; temas alanından bağımsızlık); sürtünmenin yararları ve zararları; sürtünmeli yüzeyde hareket problemleri; akışkan direnci ve limit (terminal) hız: paraşüt, yağmur damlası.

Çembersel harekette yörünge, çizgisel hız ve yönünün sürekli değişmesi; periyot (T) ve frekans (f); açısal hız (ω = 2π/T) ve çizgisel hız (v = ω·r = 2πr/T); merkezcil ivme (a = v²/r) ve merkezcil kuvvet (F = m·v²/r); merkezcil kuvveti sağlayan kuvvetler (ip gerilmesi, sürtünme, kütle çekimi); virajlarda güvenli hız, çamaşır makinesi, dönme dolap, uydular.

Elektrik yükü ve yükün korunumu, temel yük (1,6·10⁻¹⁹ C); Coulomb yasası (F = k·q₁·q₂/d²) ve kuvvetin uzaklığın karesiyle ters orantısı; elektriksel alan (E = F/q = k·q/d²), alan çizgileri ve düzgün elektrik alanı; yüklü cismin elektrik alanındaki hareketi; iletkenlerde yük dağılımı ve Faraday kafesi; yıldırımdan korunma, uçak ve araba içinde güvenlik, elektromanyetik kalkanlama.

Mıknatıslar ve manyetik alan çizgileri; Dünya’nın manyetik alanı ve pusula; akım geçen düz telin manyetik alanı (sağ el kuralı, B = 2k·I/d); akım makarasının (bobin) manyetik alanı; elektromıknatıslar ve kullanım alanları (hurda vinci, zil, röle, MR, manyetik trenler); manyetik alanda akım geçen tele etki eden kuvvet (F = B·I·L·sin θ); dikdörtgen tel çerçeveye etki eden kuvvetler ve elektrik motoru.

Manyetik akı (Φ = B·A·cos θ, weber); Faraday’ın indüksiyon yasası (ε = −N·ΔΦ/Δt) ve akı değişiminin yolları; Lenz yasası (indüksiyon akımı kendisini oluşturan değişime karşı koyar); jeneratörler ve alternatif akım (AC), frekans ve etkin değer, şebeke gerilimi 230 V – 50 Hz; doğru ve alternatif akım karşılaştırması; transformatörün yapısı ve çalışması (Vₛ/Vₚ = Nₛ/Nₚ), yükseltici ve alçaltıcı transformatörler, enerji iletiminde yüksek gerilim; indüksiyon ocağı, kablosuz şarj.

Işık şiddeti (candela), ışık akısı (lümen) ve aydınlanma şiddeti (lüks); aydınlanmanın uzaklığın karesiyle ters orantısı ve geliş açısına bağlılığı (E = I·cos θ / d²); farklı ortamlar için önerilen aydınlanma, enerji verimli aydınlatma; yansıma kanunları; düzlem aynada görüntünün özellikleri; açılı aynalarda görüntü sayısı; boy aynasının yüksekliği; ayna döndürülünce yansıyan ışının dönmesi.

Küresel ayna çeşitleri (çukur/yakınsak, tümsek/ıraksak) ve elemanları (merkez M, odak F, asal eksen, f = r/2); özel ışınlar; çukur aynada cismin konumuna göre görüntü özellikleri (gerçek-sanal, düz-ters, büyük-küçük); tümsek aynada görüntü (her zaman düz, küçük, sanal); ayna denklemi (1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ) ve büyütme; kullanım alanları (far, güneş ocağı, teleskop; dikiz, kavşak ve market aynaları).

Işığın kırılması ve nedeni (ortam değiştirince hızın değişmesi); kırılma indisi n = c/v; Snell yasası (n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂); az yoğundan çok yoğuna geçişte normale yaklaşma; sınır açısı ve tam yansıma; görünür derinlik (havuzların sığ görünmesi, h′ = h/n); fiber optik kablolar ve tıp-iletişimde kullanımı; prizmalar: renklerine ayrılma (dispersiyon), gökkuşağı, tam yansımalı prizmalar.

İnce kenarlı (yakınsak) ve kalın kenarlı (ıraksak) mercekler; odak noktası ve odak uzaklığı; özel ışınlar; ince kenarlı mercekte cismin konumuna göre görüntü; kalın kenarlı mercekte görüntü (daima düz, küçük, sanal); mercek denklemi (1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ) ve büyütme; kırıcılık (diyoptri, D = 1/f); göz ve görme kusurları (miyopi, hipermetropi, astigmatizm); büyüteç, fotoğraf makinesi, projeksiyon, mikroskop ve teleskop.

Vektörlerin bileşenleri, bağıl hız, akıntılı suda hareket.

Momentum, itme-momentum ilişkisi, momentumun korunumu, çarpışmalar.

Torkun tanımı, dönme dengesi şartları, ağırlık merkezi ve kütle merkezi.

İş, kinetik ve potansiyel enerji, enerjinin korunumu.

Düzgün çembersel hareketin tanımı; periyot, frekans, çizgisel hız ve açısal hız; hızın yönünün sürekli değişmesi ve merkezcil ivme; merkezcil kuvvet ve bağlı olduğu değişkenler (kütle, hız, yarıçap); merkezcil kuvveti sağlayan kuvvetler (ip gerilmesi, sürtünme, kütle çekimi, normal kuvvet); yatay ve düşey düzlemde çembersel hareket analizi; araçların virajlarda emniyetli dönüş şartları (düz ve eğimli yol), merkezkaç etkisinin eylemsizlikle açıklanması.

Öteleme ve dönme hareketi; dönerek öteleme (kaymadan yuvarlanma, v = ω · r); eylemsizlik momenti ve kütle dağılımıyla ilişkisi (noktasal kütle, halka, disk, küre); dönme kinetik enerjisi ½ I ω² ve dönerek öteleme yapan cismin toplam kinetik enerjisi; eğik düzlemden yuvarlanan cisimlerin yarışı; açısal momentum L = I · ω = m · v · r, vektörel yönü (sağ el kuralı); tork ve açısal ivme ilişkisi; açısal momentumun korunumu ve örnekleri (buz patencisi, dalgıç, nötron yıldızları, Kepler’in alanlar yasası).

Newton’un evrensel kütle çekim yasası F = G · m₁ · m₂ / d², evrensel çekim sabiti G ve Cavendish deneyi; kütle çekim ivmesi g = G · M / R² ve yükseklikle, gezegenin kütlesi ve yarıçapıyla değişimi; ağırlıksızlık ve serbest düşme; kütle çekim potansiyel enerjisi Eₚ = −G · M · m / r; yörünge hızı ve kurtulma hızı; gök cisimlerinin hareketleri üzerine görüşlerin tarihi (yer merkezli ve Güneş merkezli model, Tycho Brahe); Kepler’in üç yasası: elips yörüngeler, eşit alanlar, T² / r³ sabitliği.

Periyodik hareket ve basit harmonik hareketin tanımı (denge noktasına doğru, uzaklıkla orantılı geri çağırıcı kuvvet F = −k · x); genlik, periyot, frekans, açısal frekans; düzgün çembersel hareketin izdüşümü olarak BHH; konum, hız ve ivmenin zamana göre değişimi (x = A · cos ωt, v_max = ωA, a_max = ω²A); denge noktası ve uç noktalarda hız, ivme ve enerji; yay sarkacı T = 2π√(m/k) ve basit sarkaç T = 2π√(L/g); periyodun bağlı olduğu ve olmadığı değişkenler; seri ve paralel yaylar; gerçek hayatta salınımlar.

Su dalgalarında kırınım ve kırınımın yarık genişliği ile dalga boyuna bağlılığı; iki noktasal kaynaktan çıkan dalgaların girişimi, yapıcı ve yıkıcı girişim şartları, dal ve düğüm çizgileri; ışığın çift yarıkta girişimi (Young deneyi) ve saçak aralığı Δx = λL/d; ışığın tek yarıkta kırınımı ve merkezî aydınlık saçak genişliği; ışığın dalga doğasının tarihsel tartışması (Newton – Huygens, Young); Doppler olayı: kaynak ya da gözlemci hareketinde frekans değişimi, ses ve ışıkta Doppler, kırmızıya kayma ve uygulamalar.

Elektromanyetik dalgaların oluşumu (ivmeli yükler), Maxwell’in öngörüsü ve Hertz deneyi; özellikleri: elektrik ve manyetik alanların birbirine ve yayılma doğrultusuna dik olması (enine dalga), boşlukta ışık hızıyla yayılma (c = 3 · 10⁸ m/s), maddesel ortam gerektirmemesi, c = λ · f bağıntısı, yansıma, kırılma, kırınım ve girişim; foton enerjisi E = h · f; elektromanyetik spektrum: radyo, mikrodalga, kızılötesi, görünür ışık, morötesi, X ve gama ışınlarının dalga boyu, frekans, enerji sıralaması, kaynakları, kullanım alanları ve sağlık etkileri.

Atom kavramının tarihsel gelişimi: Demokritos, Dalton atom modeli, Thomson’ın elektronu keşfi ve modeli, Rutherford’un altın levha deneyi ve çekirdekli atom modeli, Bohr atom modeli ve hidrojenin enerji düzeyleri (Eₙ = −13,6 / n² eV); Bohr modelinin sınırlılıkları; atomun uyarılma yolları (ısı, elektron çarpması, foton soğurma), iyonlaşma enerjisi; salma (emisyon) ve soğurma (absorpsiyon) spektrumları; hidrojenin spektral serileri (Lyman, Balmer, Paschen); modern atom teorisi: Heisenberg belirsizlik ilkesi, Schrödinger ve orbital (elektron bulutu) kavramı.

Büyük Patlama teorisi ve evrenin yaşı; teorinin kanıtları: galaksilerin uzaklaşması ve kırmızıya kayma (Hubble), kozmik mikrodalga arka plan ışıması (Penzias ve Wilson), hafif elementlerin bolluğu; standart model ve atom altı parçacıklar: kuarklar, leptonlar, kuvvet taşıyıcı bozonlar, Higgs bozonu; proton ve nötronun kuark yapısı; temel kuvvetler; maddenin oluşum süreci (kuark-gluon plazması, nükleonlar, ilk çekirdekler, ilk atomlar, yıldızlar ve ağır elementler); madde ve antimadde, pozitron, yok olma ve çift oluşumu; CERN ve parçacık hızlandırıcıları.

Çekirdeğin yapısı (proton, nötron, nükleon); kararlı ve kararsız çekirdekler (nötron/proton oranı, ağır çekirdekler); radyoaktivite ve keşfi (Becquerel, Marie ve Pierre Curie); alfa, beta ve gama bozunmaları, bozunmalarda atom ve kütle numarasının değişimi, girginlik; yarı ömür; kütle eksikliği ve bağlanma enerjisi (E = m · c²); nükleer fisyon ve zincirleme tepkime, nükleer santraller; nükleer füzyon ve yıldızlarda enerji üretimi; radyasyonun canlılar üzerindeki etkileri, doz birimi (sievert), korunma ilkeleri ve radyasyonun tıp, tarım ve sanayide kullanımı.

Eter kavramı ve Michelson-Morley deneyi (1887); Einstein’ın özel görelilik teorisi (1905) ve iki temel ilkesi (fizik yasalarının bütün eylemsiz gözlem çerçevelerinde aynı olması, ışık hızının sabitliği); eşzamanlılığın göreliliği; göreli zaman (zaman genişlemesi) ve göreli uzunluk (uzunluk kısalması), Lorentz çarpanı γ; müonlarla kanıt, ikizler paradoksu, GPS uydularında görelilik düzeltmesi; göreli kütle, durgun kütle enerjisi ve E = m · c²; ışık hızının aşılamaması.

Siyah cisim ışıması, sıcaklık ile ışıma eğrisinin değişimi ve Wien yasası; klasik fiziğin açıklayamadığı “morötesi felaketi” ve Planck’ın enerjinin kuantumlu olduğu varsayımı (E = h · f); foton kavramı ve foton enerjisi (E = h · c / λ); fotoelektrik olay, eşik frekansı, bağlanma enerjisi (iş fonksiyonu) ve Einstein’ın fotoelektrik denklemi Eₖ,max = h · f − W; ışık şiddeti ve frekansın etkisi, durdurma gerilimi, Eₖ – f grafiği; fotoelektrik olayın günlük hayattaki uygulamaları (fotosel, ışık sensörü, dijital kamera, gece görüş).

Compton olayı (1923): X ışını fotonlarının serbest elektronlardan saçılması, saçılan fotonun dalga boyunun artması ve enerjinin bir kısmının elektrona aktarılması; enerji ve momentumun korunumu, foton momentumu p = h / λ; Compton ve fotoelektrik olaylarının karşılaştırılması; ışığın ikili (dalga-parçacık) doğası; de Broglie hipotezi ve madde dalgaları λ = h / (m · v); Davisson-Germer elektron kırınımı deneyi; elektron mikroskobu; makroskobik cisimlerde dalga özelliğinin gözlenememesi.

Tıpta görüntüleme cihazları: röntgen, bilgisayarlı tomografi (BT), manyetik rezonans (MR), ultrason ve PET’in çalışma ilkeleri ve karşılaştırılması; termal kamera; LCD ve plazma ekran teknolojileri; yarı iletken maddelerin özellikleri (silisyum, germanyum), sıcaklık ve katkılamayla iletkenliğin değişmesi, n-tipi ve p-tipi yarı iletkenler; p-n eklemi ve diyot, transistör ve entegre devreler; LED teknolojisi; güneş pillerinin (fotovoltaik) çalışma ilkesi ve verimi.

Süper iletkenlik: kritik sıcaklığın altında elektrik direncinin sıfıra inmesi (Kamerlingh Onnes, 1911), Meissner etkisi ve manyetik yükselme, yüksek sıcaklık süper iletkenleri; süper iletkenlerin kullanım alanları (MR mıknatısları, maglev trenler, parçacık hızlandırıcıları, kayıpsız enerji iletimi); nanobilim ve nanometre ölçeği, yüzey/hacim oranı, Feynman; nanomalzemeler (karbon nanotüp, grafen, nanogümüş, nanotitanyum dioksit) ve kullanım alanları (tıp, tekstil, elektronik, enerji, lotus etkisi); LASER ışınının oluşumu (uyarılmış salma, nüfus terslenmesi, optik rezonatör), özellikleri ve kullanım alanları.