Madde ve Özellikleri

Sevgili Bilgeyik okurları, bu yazımızda yeni bir seriye başlıyoruz. Bu ve bundan sonraki yazılarda bazı temel fizik konularından bahsedeceğiz. Bu serideki ana amaç genelde çalışkan öğrencilerin bile anlamakta zorlandığı Fizik dersine farklı bir bakış açısı ile bakmak. Zor görünenin aslında, anlamak ve anlatmak isteyince zor olmadığını kavratmak. İlk yazımız da "Madde ve özellikleri" ünitesi altındaki konuları içeriyor. Maddenin ne olduğundan ve özelliklerinden bahsedeceğiz bu yazıda, öyleyse başlayalım.

Madde

Evrende yer kaplayan hacmi ve kütlesi olan her şeye madde denir. Aslında neredeyse tüm evren maddelerden oluşur. Hayatımızın tamamında madde vardır ve hayatımızın çoğuna hakimdir. Doğada bulunan maddeler ortak özelliklerine göre 4 farklı gruba ayrılmışlardır, bu gruplara maddenin halleri denir. Bunlar katı, sıvı, gaz ve plazma halleridir.

Bu 4 farklı gruptan plazmayı açıkladıktan sonra katı, sıvı ve gaz hallerinin özelliklerini bir tablo şeklinde vereceğim. Nötr katı bir maddeyi ısıtmaya başlarsak ilk önce erir. Isıtmaya yüksek değerlere kadar devam edersek iyonlaşmaya başlar ve plazma halini alır. Maddenin plazma hali evrenimizin %96'sını oluşturur. Alev, neon lambalar, yıldırım, güneş örnek verilebilir.

KATI	SIVI	GAZ
Hacimleri sabittir, belirli bir şekilleri vardır.	Sabit bir hacimleri vardır ancak bulundukları kabın şeklini alırlar.(Kısmen)	Belirli bir şekilleri olmadığı gibi belirli bir hacimleri de yoktur. İçine konuldukları kabın şeklini alırlar.
Yok denilecek kadar az seviyede sıkıştırılırlar, sıkıştırılamazlar olarak kabul edilirler.	Sıkıştırılmaları katılardan daha kolaydır ama yine yok denilecek kadar az seviyede sıkıştırılırlar, sıkıştırılamazlar olarak kabul edilirler.	Kolaylıkla sıkıştırılabilirler.

Katıların, sıvıların ve gazların sıkıştırılmalarına dair bir iki söz söyleyelim, yukarıdaki bilgiler gökten inme bilgiler değildir, bir sebepleri vardır. Sebepleri ise taneciklerin birbirleri arasındaki mesafelerdir. Katı maddelerin tanecikleri arasındaki mesafe yok denilecek kadar az, sıvıların keza yine yok denecek kadar az ama katılar kadar da yakın değil, gazların ise katı ve sıvıya göre bir hayli fazla. 

Maddenin 4 halinden bahsettikten sonra maddelerin birkaç özelliğinden daha bahsetmek gerekiyor. Bu özellikleri fiziksel, kimyasal, ortak ve ayırt edici özellikler olarak ayırabiliriz. 

Maddelerin fiziksel özellikleri

Fiziksel özellikler genellikle maddenin dış görünüşünde değişiklik yapan özelliklerdir. Yoğunluk, sertlik örnek verilebilir. Erime, donma şekerin suda çözünmesi fiziksel olaylardır.

Maddelerin kimyasal özellikleri

Atomlara bağlı olaylardır. Maddenin iç yapısını bağlar. Asidiklik, elektron ilgisi gibi örnekler verilebilir. Kağıdın yanması, demirin paslanması, meyvelerin çürümesi gibi örnekler verilebilir.

Maddelerin ortak özellikleri

Evrende var olan maddelerin başlıca 5 tane ortak özellikleri vardır, bunlar aşağıda sıralanmıştır. 

1. Eylemsizlik
2. Hacim
3. Kütle
4. Boşluklu yapı
5. Tanecikli yapı

Şimdi bu beş özelliği açıklayalım. 

Eylemsizlik

Eylemsizlik Newton'ın 1. hareket yasasıdır. Newton'ın hareket yasalarına dair bilgilere daha önce yazdığım buradaki yazımdan ulaşabilirsiniz. kabaca şu şekilde tarif edilebilir; cisimlerin yapmakta oldukları hareketi koruma isteği. Örnek vermek gerekirse sağa doğru 5 km/s hızla giden bir cisim tahayyül edelim. Eğer bu cisme sağa doğru bir kuvvet uygularsak cisim hızlanmak ister, eylemsizlik yasası gereği eylemsizlik kuvveti sola doğru uygulanır, cismin hareketini korumak ister. Yine aynı şekilde cisim sağa doğru giderken sola doğru bir kuvvet uyguladığımızda eylemsizlik gereği cisim sağa doğru ola hızını muhafaza etmek ister ve eylemsizlik kuvveti sağa doğru uygulanır.

Eylemsizlik yasasının çok bilindik bir araba örneği vardır, duran araba hızlandığı zaman cisim durgunluğunu muhafaza etmek ister ve geriye doğru yapışırız, bizi geriye doğru yapıştıran kuvvet eylemsizlik kuvvetidir.

Hacim(V)

Hacim maddenin evrende kapladığı yerdir. "V" harfi ile gösterilir. Düzgün cisimlerin hacmi matematiksel işlemler sonucu hesaplanabilirken (Mesela küpün hacmi bir ayrıntının üç kere kendisi ile çarpılması sonucu bulunur, yani x³⁾ şekli düzgün olmayan cisimlerin hacimleri dereceli silindir yardımıyla (Kaldırma kuvveti yardımıyla) hesaplanır.

Kütle(m)

Kütle maddenin içerdiği madde miktarı olarak çok kabaca tanımlanabilir. Çok daha ileri seviye tanımları mevcuttur. Hatta belki hatırlayanlarınız vardır, geçen sene kütlenin tanımı da değiştirildi. İleri seviye tanımı değiştirildi demek daha doğru olur sanırım. Kütleyi sakın diyeyim ağırlıkla karıştırmayalım, ağırlık kavramını da ileride açıklayacağız ama şimdilik kütlenin hiçbir yerde değişmeyeceğini ama ağırlığın her yerde değişebileceğini söylemiş olalım.

Tanecikli ve Boşluklu yapı

Tanecikli yapı maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin tanecikli yapılardan oluşmasını temsil ederken, boşluklu yapı kavramı bu taneciklerin arasında boşluk bulunduğunu temsil eder. 

Maddelerin ayırt edici özellikleri

Adı üzerinde olduğu gibi maddeleri birbirlerinden ayırt etmemize yarayan özelliklerdir. Maddenin diğer özelliklerine bağlı değildir, kütle, hacim vb. gibi. Erime noktası, kaynama noktası, genleşme, elektrik iletkenliği, erime ısısı gibi örnekler verilebilir. Eğer seriye devam edersek bu serinin sonunda yukarıda saydığım bütün kavramları tanıyacaksınız.

Madde ve maddelerin özelliklerinden bahsettikten sonra, bu konu altında bulunan birkaç kavramı da paylaşmak istiyorum, gelin o kavramlara beraber bakalım.

Yoğunluk (Özkütle, d)

Bir maddenin birim hacmindeki kütlesidir. Dolayısıyla kütlenin hacme bölümü olarak bulunur. "d" harfi yoğunluğu simgeler, formülize edilmiş hali şöyle olur:

d = m/V

Bir cismin sabit hacim ve sıcaklıkta asla ama asla yoğunluğu değişmez! Kaldırma kuvveti konusunda da temel adımlardan biri olan yoğunluğu burada anlamak orada yorulmamak için mühimdir. Bazı maddelerin yoğunlukları ve yoğunluk konusundaki bazı grafikler aşağıda verilmiştir.

Dayanıklılık

İleri seviye dayanıklılık hesaplarında çok ileri matematik ve fizik bilgileri kullanılmakta, ama bizim ilgilendiğimiz seviyede dayanıklılık taban kesit alanı (S) ile doğru orantılı iken, hacim (V) ile ters orantılıdır. Dolayısıyla formülize edilmiş hali şöyle olur:

Dayanıklılık = S/V

Düzgün geometrik cisimlerin dayanıklılıkları bu formül ile hesaplanabilir, ama kabaca düzgün geometrik cisimlerin dayanıklılıklarının uzunluklarıyla ters orantılı olduğunu söyleyebiliriz. Canlılar kısmında ise vücut boyutu ne kadar büyükse dayanıklılığın o kadar azaldığını söyleyebiliriz, mesela bir fil kendisinin yarısı kadar bir başka fili bile sırtlayamaz. Ama bir karınca kendisi gibi 15-20 tane karıncayı sırtlayabilir. 

Bir soru, iki sıvıyı karıştırırsak yoğunluğu nasıl belirleriz?

İki sıvının karışımında yoğunluğun hangi sıvının tarafına daha yakın olacağı hangi sıvının hacminden daha fazla olduğuna bağlıdır. Bunu formülize etmemiz gerekirse şöyle formülize edebiliriz:

d = m_toplam / V_toplam = m₁ + m₂ / V₁ + V₂

Burada kaç tane sıvı kattığımız önemsizdir, sadece yapılacak işlem sayısını artırırız. Peki diyelim ki elimizde sonsuz hacimli bir kap azıcık zeytinyağı (0,8) ve sonsuz su var. Bu 3'ünü karıştırdığımızda yoğunluk 1'e yaklaşır ama asla ve asla 1 olmaz. Matematiksel netlikte bir cevap isteyenlere 1'in soldan limiti cevabını verebilirim. Limit konusunu merak edenler için burada limit hakkında bilgilerin olduğu bir yazı var, bakabilirler.

Peki ya bir sıvıyı başka bir sıvıyla karıştırdığımızda ve tabi ki bunlar birbiri içinde çözünmeyen sıvılar olduğunda, hangi sıvı altta kalıyor? Yoğunluğu daha fazla olan. Yoğunluk birim hacimdeki kütle miktarı değil miydi? E o zaman aynı ortamdalar ise bu kütlesi daha fazla olanın ağırlığının da daha fazla olmasına sebep olur, bu da ağırlığı fazla olanın, yani yoğunluğu fazla olanın aşağıya çökmesine sebep olur. 

 

Bir yazının daha sonuna geldik, umarım bir hata yapmadan elimden gelenin en iyisini yapabilmişimdir. Serinin diğer yazılarında görüşmek üzere!