FIZ 2034 MODERN FIZIK ders içerigi
advertisement
FİZ 2034 MODERN FİZİK DERS İÇERİĞİ Temel Kitap ve Genel Açıklamalar Ders kitabı ”Modern Fiziğin Kavramları - Arthur Beiser” dir. Derste, klasik fiziğin açıklayamadığı ve bu nedenle yeni bazı teori ve kavramların doğmasına yol açan gelişmeler incelenecektir. Bu gelişmeler genelde 19. yy ve 20. yy başlarında oluşmuştur. Ders daha sonraki dönemlerde göreceğiniz kuantum mekaniği, istatistik mekanik, katıhal fiziği gibi derslere temel teşkil etmektedir. 1 Özel Görecelik • Bu bölümdeki ilk kavramınız ”eylemsiz çerçeve” dir. Bu, aynı zamanda ”eylemsiz koordinat sistemi”, ”eylemsiz referans sistemi” olarak da adlandırılır. Bu kavramın önemini kavramalısınız. • Özel Göreceliğin iki temel postülasını bilmelisiniz. Michelson-Morley deneyinin sonuçları anahtar konumdadır. • Galileo Dönüşümleri ve geçerlilik sınırları ile elektromanyetik teori yasalarının dönüşümünde karşımıza çıkan sorunlar ve sonrasında oluşan Lorentz dönüşümleri. Lorent Dönüşümleri ile Galileo dönüşümleri arasındaki geçişi anlamalısınız (c → ∞). Lorentz dönüşümlerini basitçe türetebilmeli ve bu dönüşüme göre hızların toplamını elde edebilmelisiniz. Klasik anlamda iki hızın toplanması ile göreli olarak toplanması arasındaki farkı yorumlayabilmelisiniz. • İki eylemsiz çerçevedeki zaman dönüşümüne dair kitaptaki basit kurguya göre, zaman dönüşüm formülünü türetebilmelisiniz. • Müonlar dünyaya ulaşabilmektedir. Oysa ömürleri göz önüne alındığında, klasik mekanik yasalarınca yapılan hesaplarda bu parçacıkların dünyaya ulaşamaması gerekir. Bu noktada karşımıza uzunlukların dönüşümü çıkmaktadır. Uzunluk ve zaman dönüşümü ile bu çelişki nasıl çözülmektedir? • Klasik mekanikteki ”momentumun korunumu” özel görecelikte yerini ”göreli momentumun korunmu” na bırakır. İlgili bölümdeki basit türetimi anlamalı, p = γmv şeklinde verilen göreli momentumun ne zaman klasik momentuma eşit olacağını yorumlayabilmelisiniz. • Klasik karşılığı olmayan durgun kütle enerjisinin ifadesi olan E0 = mc2 bağıntısını türetebilmelisiniz. Toplam göreceli enerji E = γmc2 ile durgun kütle enerjisi arasındaki fark kinetik enerjidir. Bu enerjinin klasik limitini (v << c) alabilmelisiniz. Klasik limit alarak elde edeceğiniz ifade 1/2mv 2 olacaktır. • Göreli enerji ve momentum arasındaki ilişkiyi E 2 = (mc2 )2 + (pc)2 şeklinde türetebilmeli, bu ifadeyi kütlesiz parçacıklar için elde edebilmelisiniz. • Uzay-zaman kavramı önemlidir. Zamansı, uzaysı ve ışıksı aralıkların neden tanımlandığını anlamalı, olayların ardışıklığının bu aralıkların hangisinde bozulacağını yorumlayabilmelisiniz. 2 Dalgaların parçacık özellikleri • Klasik olarak dalga (ya da alan) ile parçacık arasındaki ayrımı bilmelisiniz. • Siyah cisim ışıması, fotoelektrik olay, X-ışınlarının oluşumu, Compton olayı ile çift oluşumu olayı bu bölümdeki temel deneyler/gözlemlerdir. Her birinin ne anlama geldiğini, nasıl oluştuğunu, hangi sonuçlarını klasik fiziğin açıklayamadığını bilmelisiniz. 1 • Siyah cisim ışıması spektrumu klasik elektromanyetik teori (Rayleigh-Jeans yasası) ile açıklanamaz. Planck’ın açıklaması, gözlenen siyah cisim ışıma spekturumunu verebilmektedir. Matematiksel olarak her iki yasanın çıkarımından sorumlu olmasanız da, Raytleigh-Jeans yasası ya da Planck ışıma yasası verildiğinde bu matematiksel ifadeleri yorumlayabilmelisiniz. • Klasik elektromanyetik teori fotoelektrik olayın hangi sonuçlarını açıklayamamaktadır. Işığın parçacık yapısı bu sonuçları nasıl açıklayabilmektedir? Fotoelektrik olaydaki fotoelektron akımı neye nasıl bağlıdır? • X-ışınlarının oluşumu klasik elektromanyetik teori ile açıklanabilmektedir. X-ışınlarına dair hangi sonuçlar klasik elektromanyetik teori ile açıklanamaz? X-ışın kırınımı ne anlama gelmekte ve nasıl oluşmaktadır? • Compton saçılmasına dair, saçılan ve gelen ışının dalga boyları arasındaki ilişkiyi veren ifadeyi türetebilmelisiniz. Bu ifadeyi yorumlayabilmelisiniz. • Çift oluşumu olayı nasıl oluşmaktadır? Olayın oluşumu için ne kadarlık enerji gerekmektedir? Hangi ışın maddesel ortama girdiğinde çift oluşumu gösterebilir? Bu tip soruları yorumlayarak yanıtlayabilmelisiniz. • Işığın madde ile etkileşim mekanizmalarından fotoelektrik oly, Compton saçılması ve çift oluşumuna dair ”oluşma olasılığı-foton enerjisi” grafiği verildiğinde bu grafiği yorumlayabilmelisiniz. • Gravitasyonel kırmızıya kayma ile ilgili matematiksel bağıntı verildiğinde yorumlayabilmeli, ”kara delik”, ”kuasar” gibi yapılardaki ışık yayılımını bu ifadeden türetebilmelisiniz. 3 Parçacıkların dalga özellikleri • Klasik bir dalga denklemi çözümünü önerebilmeli buradaki terimlerin anlamlarını bilmelisiniz. İkiden fazla dalganın üst üste gelerek dalga paketi oluşturması olayını bilmeli, faz hızı ve grup hızını tanımlayabilmelisiniz. • De-Broglie dalgalarının anlamını, λ = h/p ifadesini, dalgaların nasıl yorumlandığını (olasılık), faz hızının ne olduğunu (vf > c) grup hızının ne olduğunu (vg = v) bilmelisiniz. • De-Broglie dalgaları ne zaman kullanılacaktır? Günlük yaşamda karşılaştığımız cisimlere eşlik eden dalgalarla çalışmak gerekli midir? • Parçacık kırınımı olayı bu bölümdeki anahtar olaydır. Nasıl oluştuğunu ve sonuçlarını yorumlayabilmelisiniz. • Kutu içindeki parçacğı dalgalarla anlatmak. Parçacığı enerji seviyelerinin ortaya çıkışını gösterebilmeli ve klasik durumla kıyaslayabilmelisiniz. • Belirsizlik ilkesi: dalga paketi genişliği ve konum belirsizliği arasındaki ilişki ile dalgaboyu ile momentum belirsizliği arasındakiilişkiyi yorumlayabilmelisiniz. 4 Atomik Yapı • Verilen Rutherford saçılma formülünü yorumlayabilmeli ve deneyin sonuçlarından çıkarılabilecek atom modelini bilmelisiniz. • Klasik mekanik ile atomdaki yörüngede dolanan elektronun enerjisini ve hızını türetebilmelisiniz. • Atomik spektrum türlerini tanımlayabilmeli ve klasik olarka açıklanıp açıklanamayacağını yorumlayabilmelisiniz. • Klasik olarak ele alınan Rutherford atomunda, elektronun kararlı yörüngesi olup olamayacağını tartışabilmeli ve klasik modelin yetersizliklerini yorumlayabilmelisiniz. 2