Fizika nedir ve ne içün kerek?

«Daa yavaş salına» sözünden ölçele bilecek sualğa

Yipke asılğan topçıq — sade bir salıncaq. Eki salıncaq qıyaslamaq içün ne qıyaslağanımıznı belgilemek kerek. Daa uzun yol, eñ aşağı noqtadaki tezlik ve bir tam salınımnıñ vaqtı — başqa-başqa miqdarlardır. Bizim sual içün devirni, yani topçıqnıñ aynı yerge aynı areket yönelişinen qaytuv vaqtını ölçemek qolaylı. Bir kenar vaziyetten başqa kenar vaziyetke baruv — devriñ yalnız yarısıdır.

İlk «daa yavaş olurmı?» suali daa anıq sualğa çevirile: asılğan noqtadan topçıqnıñ merkezine qadar uzaqlıqnı dört qat artırsaq, devir nasıl deñişir? Topçıqnıñ kütlesini ve başlanğıçtaki kiçik sapmasını aynı qaldıramız. Tesirini teşkermek istegen bir deñişmeni ayırdıq.

«Bu topçıq on tam salınımnı şu qadar saniyede yaptı» dep yazuv, biz bunı aqiqaten ölçegen olsaq, közlem olur. «Uzun yip devirni deñiştirdi» sözü ise artıq izaatnı da içine ala. Bunı esaslamaq içün qurulmada başqa ne deñişkenini ve vaqt ne qadar işançlı ölçelgenini bilmek kerek.

Model kerekli hususiyetlerni saqlay ve sadeleştirmelerni añlata

Aqiqiy salıncaqnıñ belli qalınlıqta yipi, belli şekilde topçığı, tayağı ve etrafında avası bar. Birinci tahmin içün er bir tafsilâtnı tasvirlemek qolay degil. Modelden başlayıq: kütleni kiçik topçıqta toplanğan dep, yipni yengil ve uzanmağan dep, ava qarşılığını ve sürtülmeni ise esapqa almasa olacaq qadar az dep tasavur eteyik.

Topçıq bir yanğa çekilgende, çekimniñ yay boyunca tesir etken qısmı onı eñ aşağı noqtağa qaytarmağa tırışa. Topçıq tezlene ve bu noqtadan keçe; salınımnıñ ekinci yarısı başlana. Kiçik sapmalarda bu model uzunlıqnen devir arasında sade bir bağ bere. Böyle salıncaqlar universitetlerdeki nümayişlerde de qullanıla. Idaho State University: sade salıncaq modeli.

Sadeleştirme sual içün emiyetli tesirler saqlanğanda faydalı. Bizim model devirlerni qıyaslamağa yardım ete. Salıncaq ne qadar daqiqadan soñ toqtar dep sorağan olsaq, esapqa almağan energiya ğayıpları artıq meseleniñ esas qısmına çevirilir edi.

Tahminni tecrube neticesinden ayırmaq kerek

Ölçevden evvel tahminni yazayıq: kiçik sapmalar modelinde uzunlıq dört qat artqanda devir taqriben eki qat arta. Başqa şartlar aynı qalğanda topçıqnıñ kütlesini dört qat arttırmaq devirni deñiştirmey. Bu ifadeler neticenen qıyaslamaq içün yeterli derecede anıq. OpenStax: salıncaqnıñ devri.

Aşağıdaki üç alni qıyaslañız. Raqamlar modelge köre esaplandı; biz bu salıncaqlarnı mında ölçemedik. Doğru sızılğan resimge baqmaq tabiatnıñ böyle davranğanını daa teşkermey.

Şimdi cevapnı qurulma bersin

Özüñiz teşkermek içün uzunlığı 25 sm olğan salıncaqnen aynı salıncaqnı 100 sm-ge uzatıp qıyaslamaq mümkün. Uzunlıqnı yalnız tügümge degil, topçıqnıñ merkezine qadar ölçeñiz. Er sefer topçıqnı itermeden, kiçik ve taqriben aynı köşeden — meselâ 5°-den bıraqıñız. Tayaq qımıldamamalı.

On tam salınımnıñ vaqtını ölçeñiz ve onğa bölüñiz. Topçıq aynı belgiden aynı yönde keçkende vaqt saymağa başlayıñız ve bitiriñiz. Seriyanı tekrarlañız; yalnız beklegeniñizge eñ yaqın neticeni degil, episini yazıñız. Qurulma, uzunlıqlar, köşe, vaqt ölçev usulı ve yazuvlar başqa bir adamğa ne teşkergeniñizni añlamağa yardım eter.

Şimdi devirlerni ve olarnıñ nisbetini qıyaslamaq mümkün. Uzun salıncaqnıñ devri taqriben eki qat büyük çıqsa, bu netice teşkerilgen şartlarda tahminni destekley. Bir böyle netice modelniñ er türlü uzunlıqta, büyük salınımda ya da başqa qurulmada doğru olğanını daa isbatlamay.

Tahmin ve ölçev uyuşmasa, evvel sebebini araştıramız: devirlerni doğru saydıqmı, kerekli uzunlıqnı ölçedikmi, köşe aqiqaten kiçik edimi? Belki, ölçev usulını yahşılaştırmaq kerek. Belki, sade modelde çıqarıp taşlağan bir tesirni esapqa almaq kerek. Malümat izaatnı közden keçirmege yardım etmeli; malümatnı istegen cevapqa zorlap uydurmaq olmaz.

Aynı tüşünce usulı odadan çoq uzaqqa yetişe

Aqiqiy araştırmada sualler, esaplar, közlemler ve teşkerüvler biri-birine defalarca qaytara bile. İşniñ farqlı qısımlarını farqlı adamlar yapa. Yañı qurulma evvel sezilmegen tesirni köstere, yañı model ise daa ne ölçemek kerekligini añlata. «Sual → faraz → tecrube → netice» sızması faydalı bağnı köstere, amma bütün ilim içün deñişmez tarif degil. UC Berkeley: ilim nasıl çalışa.

Astronomiyada yıldıznı deñiştirip, onıñ ömrüni başka şartlarda tekrarlamaq çoq kere mümkün degil. O vaqıtta modellerniñ neticelerini elde olğan közlemlernen teşkeremiz: tahmin etilgen yerler, ışıq ya da başqa ölçele bilecek hususiyetler aletler yazğan malümatnen uyuşamı? Teşkerüv masadaki tecribeden farqlı olsa da, izaatnı delillernen bağlamaq talebi saqlana.

Bu, fizikanıñ ameliy faydasını da añlata. Areketni añlamaq mehanizmlerni ve uçuşlarnı esaplamağa; elektrik ve ışıq aqqındaki bilgi ise aletler yasamağa ve signaller yibermege yardım ete. Teşkerilgen model nasıl netice olacağını esaslı tahmin etip, konstruktsiya saylamağa imkân bere. Amma kelecekteki cihaz model qullanılacaq şartlarda çalışacaqmı — bunı da teşkermek kerek.

Salıncağımızğa qaytayıq. Onı uzatıp, aynı vaqıtta daa büyük köşeden bıraqsaq, bu uzunlıqnıñ tesirini ayrı teşkermek olurmı? Yoq: eki şart deñişti. Neticeniñ sebebini añlamaq içün olarnıñ tesirlerini ayırmaq ya da ekisini de esapqa alğan model qullanmaq kerek.

Fizika dünya aqqındaki ilk tasavurlarnı teşkerile bilecek neticeleri olğan izaatlarğa çevirmek içün kerek. Yipke asılğan topçıqtan ve aqiqaten ne ölçelgenini diqqatnen yazmaqtan başlamaq mümkün. Tanış gece köküni közlemlemek ise aynı sualler içün daa büyük miqyasta malümat bere. Kursnıñ soñraki mevzusında areketni ve tezlikni nasıl anıq tasvirlemek kerekligini ögrenermiz.