Büyüklükler ve Ölçme

İnsanlar ilk zamanlardan başlayarak yaşamları boyunca ölçme gereksinimini duymuşlardı. İlk çağlarda, insanların en kolay ulaşabilecekleri ölçü aletleri kendi uzuvlarıydı. O çağlarda, insanlar; parmak, karış, ayak, adım, kulaç arşın gibi ölçü birimleri ile uzunlukları nitelendirmeye çalışmışlardı.

İnsanların uzuv ölçülerini kullanarak alış veriş yapması, avuçla buğday, karışla kumaş alması normal hale gelmişti gelmesine ama ufak tefek bir satıcı ile yapılı uzun boylu bir müşteri bir araya geldiğinde ne olacaktı? Kime göre ölçüm yapmak doğru olurdu?

Resim: Eski çağlarda ölçü birimleri

Buna çözüm olarak, o zamanda ülke üzerinde kimin sözü geçiyorsa onun, yani hükümdarın dediğine göre ölçüm araçları sabitlenmesine karar verilmişti. Hükümdarlar da kendi vücut ölçülerini ölçü birimi olarak kullanılmasına karar vermişlerdi. Her ülkenin kendi hükümdarına göre bir ölçü birimi vardı ve hükümdarlar değiştikçe ölçü birimleri de değişiyordu. 1800 yılında sadece Baden Dükalığı’nda her bir ölçüm için yüzlerce farklı birim vardı. Her nesneye göre ayrı birim kullanmak adet haline gelmişti. Kumaş için başka, sokak uzunluğu için başka, bina yüksekliği için başka, kuyu veya su derinliği için başka, yol uzunluğu için daha başka birimler kullanılıyordu

Aynı birimin, farklı ülkelerde, hatta aynı bir ülkenin farklı yörelerinde aynı olmaması, her birimin kendi içinde belirli olmayan bir sistemde büyüyüp küçülmesi, bunlarla ilgili hesapları oldukça zorlaştırıyordu. Ama yine de toplumlar arasındaki ilişkilerin yoğun olmaması dolayısı ile bu farklılıklar fazla rahatsızlık vermiyordu. Ülkeler ve toplumlar arasındaki ilişkilerin çoğalması ile birlikte, ticari ve bilimsel alanlarda ölçü birimlerinin bu farklılıkları özellikle 18. Yüzyıl sonlarında rahatsız edici boyutlara ulaşmıştı. Bu rahatsızlığın çözümü Fransız Devrimi ile birlikte alınan kesin kararlarla bir değişim sürecine girecek, ölçü birimleri dâhil her şey yeniden belirlenecekti.

Temel Birimler

Uzunluk: Metre

İngiltere kralı I. Heinrich ülkesinde temel alınacak ölçü birimini belirlerken kendinden önce gelen hükümdarlar gibi kendi beden ölçülerinden yola çıkmıştı. Emrindekilere burnunun ucundan, uzattığı sağ kolunun başparmak tırnağına kadar olan uzaklığını tam olarak ölçmelerini emretmişti. Bu uzunluk ölçüsü hala birçok ülkede kullanılmaya devam edilen “Yard”tır.

Fransız devrimi ile beraber tüm dünyada ortak olarak kullanılacak ölçü birimlerinin oluşturulması kararı çıkmıştı. Konu üzerinde tartışan bilim insanları farklı öneriler getirmişlerdi.  Sonunda kuzey kutbundan ekvatora kadar olan uzaklığın yani bir çeyrek meridyenin uzaklığının ölçülmesi kararlaştırıldı. Fransa’nın en ünlü astronomları Paris rasathanesinden geçen meridyenin Fransa Dürkinchen ve İspanya Barcelona arasındaki mesafeyi özel ölçme araçları ile ölçmeye başladırlar. Bu çalışmalar 7 sene sürdü. Peru biriminde alınan ölçümlerin on milyonda biri yeni birim olarak kabul edildi. Sonunda, bilim insanlarının Fransız halkına ve dünyaya sunacakları metre adını verdikleri ölçü birimi ortaya çıkmıştı.

Kütle: Kilogram

Fransız devrimcileri için ikinci adım kütle için bir birim belirlemekti. Kütle tanımı 19. Yüzyılın başlarında Newton tarafından yapılmıştı.  Newton kütleyi, bir cismin hacmi ile cismin birim hacimdeki bölünemez parçacık sayısının çarpılması ile hesaplanan madde miktarının bir ölçümü olarak tanımlamıştı. Fransız araştırmacıların da belirledikleri tanım Newton’un tanımı ile uyumluydu. Yayınlanan bildirilerden birinde aşağıdaki ifadeler yer alıyordu:

Resim: Uluslararası kabul edilen birim kütle

Bir cismin kütlesi içerdiği madde miktarını ifade eder, ancak her cisim farklı miktarda madde içerir, yani aynı hacimdeki cisimlerin bazıları daha yoğun madde içerdiğinden, sadece madde içeriği dikkate alınırsa bu durumda belirsiz ve tam olarak tanımlanamamış bir ifade ortaya çıkar. Mantıksal olarak cismin kütlesinin biriminin tanımını yapmak, bir hacimde tercihen kullanılan madde miktarını tanımlamak, bu miktara göre ölçüm yapmaktır.  Hacmin tanımlanması uzunluk ölçülerine bağlı olduğunda “kütle birimi nedir?” sorusu metre vs.. gibi uzunluk ölçülerinin tespitine dayanır

Kütleyi, hacimdeki madde miktarı olarak tanımlamayı düşünen bilim insanları önce uzunluk birimlerine dayalı bir hacim belirlediler. Daha sonra suyu kullanarak kütle birimine karar verdiler. Sonuç olarak 1889 yılında kütle birimi olarak “kilogram” bir desimetre litre damıtılmış suyun kütlesi olarak tanımladı.

Zaman: Saniye

Yunan bir yazarın 2300 yıl önce yazdığı bir güldürüde, bir kadın kocasına şunları söylüyordu: “Gölge on adım boyu olduğu zaman kokular sürün ve akşam yemeğine gel!”

Şekil: Güneş saati

Eski zamanlardan bu yana insanlar zaman kavramının farkındaydılar. Mevsimlerin değişimini, güneşin doğuşunu ve batışını izlediler. Tarih öncesi zamanlarda avcılar bir günden daha kısa bir zamanı ölçme ihtiyacı hissetmiyordu. Yerleşik hayata geçildiğinde, tarımcılık ve arkasından ticaret başladı. İşte bu tarihten itibaren zamanı daha kesin olarak bilmek insanların hayatında önemli bir hal aldı. İnsanlar bunun için günleri daha küçük zaman dilimlerine ayırmaya başladılar. Örneğin, Babilliler günü önce aydınlık ve karanlık olmak üzere ikiye bölmüşlerdi. Daha sonra aydınlık kısmını ve karanlık kısmı 12şer bölüme ayırmışlardı. Daha sonra Babilli matematikçiler ve astronomlar bu 24 bölümü önce 60 parçaya sonra her parçayı tekrar 60 a bölmüşlerdi. Bu ayrım gece ve gündüz sürelerinin zamanla değişmesi nedeniyle çok kullanışlı değildi. Bu durum ancak 14. Yüzyılda günün şafak vaktinden şafak vaktine eşit 24 parçaya bölünmesi olarak değişmişti. Fakat Babillilerin 60’lık sistemi devam ediyordu. Ortaçağda daha küçük zaman birimlerine ihtiyaç duyulduğunda Latinler de Babillilerin 60lıl sistemini kullanmışlardı. Saatin ilk altmışta birlik kısmına “pars minuta prima” yani ilk küçük kısım; ikinci altmışta birlik kısmına ise “pars minuta seconda” yani ikinci küçük kısım demişlerdi. O dönemde dakika ve saniye hassas bir şekilde ifade edilmemişti. Bilimin ilerlemesiyle birlikte saniyeyi daha hassas ölçebilmenin yolları bulunmuştu. Fransa’sa oluşturulan topluluk da 1967 yılında hassas deneyler ve ölçümlerle saniyenin tanımını yapmış ve saniyeyi uluslar arası zaman birimi olarak kabul etmişti.

Elektrik akım şiddeti: Amper

Bilim insanları elektriğin iletilebildiğini keşfettiklerinde önce ne kadar uzağa taşıyabileceklerini görmek istediler. Elektrik yüklerinin iletilebilmesi fikri elektriğin kullanılması ve daha sonra da depolanması fikrini doğurdu. Elektrik depolayan ilk cihazlar ortaya çıktığında, cihazın ne kadar elektrik sağladığı insanlar ya da hayvanlar üzerinde deneniyordu. Bir tabur askeri etkileyebilen ya da bir hindiyi öldürebilen elektrik gibi… Pilin keşfi ile beraber gelişen elektrik alanındaki çalışmalar, elektrik akımı kavramının aydınlanmasını sağladı. Geriye bu akımın ne kadar şiddetli olabileceğinin ölçülmesi kalıyordu. Faraday’ın çalışmaları onun elektrik akım yoğunluğu hakkında bir fikir sahibi olmasını sağlamıştı. Çalışmalarının neticesinde şunu ifade etti: “Bir iletkenin üzerinden geçen akımın yoğunluğunu akıma dik bir kesit alandan geçen elektrik miktarının zamana bölümü ile orantılı olabilir”. Faraday’dan yıllar sonra toplanan Uluslar arası Elektrik Kongresinde gümüş nitratın elektrolizi yardımı ile akım birimi tanımlanmış, çalışmalarından dolayı da Fransız Fizikçi Andre Marie Ampere’in adı elektrik şiddeti birimine verilmiştir

Sıcaklık: Kelvin

Antik Roma’da milattan önce ikinci yüzyılda bir doktor farklı ilaçların insan vücuduna etkisini temel alarak 4 farklı soğukluk derecesi tanımlamıştı. Böylece ilaçların hastaları üzerindeki etkisini bu dört farklı dereceye göre sınıflandırıyordu

İlkel zamanlardan birinde Avustralyalı bir kabile ısınmak için yorgan yerine köpekleri kullanıyorlardı. Örneğin soğuk bir gecede bir kişiyi iki köpek sıcak tutuyorsa o gece iki köpeklik gece, 6 köpek sıcak tutuyorsa altı köpeklik gece olarak isimlendiriliyordu.

İlk insanlar ateşi yakmayı ve kullanmayı öğrendiklerinde, ateşi su ısıtmak, et pişirmek ya da metalleri eritmek için kullandılar. Ateşin ne kadar sıcak olduğunu ölçebilecekleri hiçbir ölçüm aletleri olmamasına rağmen, farklı sıcaklıklarda ateşler için farklı malzemeler kullanıyorlardı hazırladılar.

Zamanla tarih sürecinde insanlar ısıyı ve sıcaklığı kesin birimlerle ölçemeseler de farklı şekillerde kullandılar. Fakat bilimin ve bilimsel çalışmaların gelişmesi ile ve ısı üzerine yapılan çalışmaların artmasıyla sıcaklığın da ölçülmesi ve belli birimlerle ifade edilmesi ihtiyacı ortaya çıktı. 17. Yüzyılın sonlarına doğru sıcaklığın kesin olarak belirtilebilmesi için bir standarda ihtiyaç olduğu görülerek çalışmalar başladı

Sıcaklığı derece kullanarak ölçen ilk aletler 17. Yüzyılın sonlarına doğru yapılmıştı. Termometreyi yapan kimse termometre üzerindeki derece o kişinin ismi ile anılıyordu. Reomür, Celcius, Fahrenheit, Kelvin bu termemotrelerden sadece birkaçıydı. Kelvin’in oluşturduğu ölçek sadece termodinamik yasalarını temel alan, her hangi bir maddenin özelliklerinden bağımsız, mutlak sıcaklık ölçeğiydi. Bu ölçeğin sıfır noktası (0 K), teorik olarak hava termometresinin sıfır noktasını göstereceği -273 °C idi. Bu nedenle,19. Yüzyılda Fransa’da uluslar arası ölçü birimleri belirlenirken kabul edilen sıcaklık birimi Kelvin olmuştu.

Türetilmiş Birimler

Uzunluk, kütle ve zaman birimlerinin uluslararası standart olarak tanımlanmasının ardından bilim insanları, kullanımını desteklemek için çalışmalarını bu birimleri kullanarak sürdürdüler. Gauss ve Weber gibi bilim insanlarının elektrik ve manyetizma üzerine yaptıkları çalışmalar temel birimlerin yanında türetilmiş birimleri yanı sıra türetilmiş birimleri (temel birimlerin çeşitli kombinasyonları ile oluşturulmuş birimleri) de tanımlayan bir sistem olması gerektiğini ortaya koymuştu. 1860’larda ortaya atılan bu fikir 19. Yüzyılın sonlarına doğru santimetre, gram ve saniye üzerine kurulu bir birimler sisteminin kurulması ile sonuçlanmıştı. Sadece birimler temel ve türetilmiş olarak ayrılmamış aynı zamanda birimlerin alt ve üst katlarını ifade edecek ön eklerin de (‘mikro’dan ‘mega’ya) kullanılmasına karar verilmişti.

Bazı türetilmiş birimler:

Türetilmiş Birim Temel Birim İfadesi
İsim Sembol İsim Sembol
Alan A Metre kare m2
Hacim V Metreküp m3
Hız Birim saniyede alınan yol m/s
Yoğunluk d Birim hacme düşen kütle kg/ m3

Birimlerin Dönüşümü (Alt ve üst katlar)

Bir karış uzunluk kaç parmak uzunluğa eşittir? Ya da 5 adım yol kaçak ayak uzaklığındadır?

Eski ölçü sisteminin en büyük zorluklarından biri büyük ve küçük birimler arasında bir oran kurulamamasıydı. Metrik sistemin ortaya çıkması ile birlikte bu sorun ortadan kalkmış oldu. Metrik sistemin avantajlarından bir tanesi birimlerin alt ve üst katlarının olması ve bunların birbiri içersinde dönüştürülebilmesiydi.

Metrik sistem oluşturulmadan benzer birimler bir ülkede 6’ya bölünürken, diğer bir ülkede 8 başka bir ülkede 12 ya da 16 olabiliyordu. Bu durum iç ve dış ticarette hesaplama yapmayı zorlaştırıyordu. Metrik sistemin oluşturulması ile zaman hariç tüm birimler 10 luk sistem içerisinde sunulmuştu.

10luk sistemin yani onar onar artma ve azalma şeklinde sayıların ifade edilebilmesinin başlangıç noktası Çin’e dayanıyordu. Çin’den sonra Hint ve Arap ülkeleri de onluk sistemi kullanmaya başlamışlardı. Onluk sistemin Avrupa’ya ve Amerika’ya gelmesi yüzyıllar sonra olmuştu. Avrupa’da ve Amerika’da onluk sisteme geçiş, para birimlerinin düzenlenmesi ile olmuştu. Para birimlerinin 10’ar 10’ar artıp azalması hesap yapmayı kolaylaştırıyordu. Ölçü birimleri oluşmaya başladığında, Amerikalı bilim insanları 10’luk sistemin ölçü birimlerinde de kullanılmasını önermişlerdi, böylece ölçme birimleri kendi de içlerinde oranlanabilecekti.

Vektörel ve Skaler Büyüklükler

Şekil: Newton’un paralelkenarlar yöntemi

Fizik tarihinin gelişimi boyunca bilim insanları doğa olaylarını açıklarken sayısal işlemler ve gösterimlerden yararlanmışlardı.  Bunun için kullanılan gösterimler Yunan geometrisinin gelişmesinde önemli rol oynamıştı. 17. Yüzyıl filozofları da bu gösterimleri devralarak fiziksel gerçeklikleri geometrik yaklaşımla ele almaya devam etmişlerdir. 17. Yüzyıl fizik kavramlarının geometrik şekilde sunumu açısından önemli bir dönemdi. Hız, kuvvet gibi kavramlar geometrik şekiller yardımı ile ifade ediliyordu. Örneğin Newton kuvvetlerin toplanması ile ilgili işlemlerin paralel kenarlar yöntemi kullanarak açıklamıştı. Newton bir cisme aynı anda farklı yönlerde kuvvet uygulanırsa bu iki kuvvetin toplamının cismi nasıl hareket ettireceğini ortaya koyabilmek için A noktasında yer alan bir cisim düşünmüş, bu cisme aynı anda hem B yönünde hem de C yönünde kuvvetin etki etmesi durumunda bir paralel kenar oluşacağını ifade etmişti. Newton cisimlere iki kuvvetin etki etmesiyle cisimlerin nasıl hareket edeceğini gösteren bir yöntem ortaya koymasına rağmen, kuvvetleri ya da cismin hızını gösteren bir ifade ya da sembol kullanmıyordu. Hız ve kuvvet gibi kavramların gösteriminde kullanılabilecek bir ifadenin ya da sembolün olması gerektiği fikri ilk olarak Newton ile aynı zamanda yaşamış olan Leibniz tarafından atılmıştı. Leibniz yazdığı bir mektupta şöyle diyordu:

“Cebirin genliği ifade ettiği gibi doğrudan konumu ifade edecek geometrik ya da çizgisel bir analize ihtiyacımız var. İnanıyorum ki cebirin sayılarla temsil ettiği gibi biz de hareketleri harflerle temsil edebiliriz. Bu yöntemle mekanik, geometri gibi ele alınabilir. Böyle bir yöntem kullanılmadığı sürece fizikte çok ilerleyebileceğimizi düşünmüyorum”

Vektör kavramı matematik alanında karmaşık sayıların ortaya çıkması ve Hamilton isimli bir bilim insanının yönlü büyüklükler üzerine yaptığı çalışmalar ile yön ve konum kavramlarının önemini arttırmış, tanımlanacak kavramın yönlü olup olmamasına göre, büyüklüklerin skaler ve vektörel (yönlü) olarak ayrılmasına yol açmıştı. Latince taşımak anlamına gelen vektör kelimesini Hamilton özellikle seçmişti, çünkü vektörü hem uzunluğu hem de doğrultusu olan düz bir çizgi olarak tanımlamıştı. Skaler büyüklükler ise kütle gibi yönü doğrultusu olmayan büyüklüğü sadece sayısal ifadeler olarak tanımladı.

Öğretmenler için öneriler

Temel Birimler: Öğretim programında belirtildiği gibi uzunluk birimi olarak metre, kütle birimi olarak kilogram, zaman birimi olarak saniye, Elektrik akım şiddeti birimi olarak amper ve sıcaklık birimi olarak kelvin tarihi süreç içerisinde anlatılması amaçlanmıştır. Bu birimlere neden ihtiyaç duyulduğu, birimlerin nasıl oluşup en son olarak da Uluslararası Ölçü birimi olarak nasıl tanımladığı anlatılmıştır.

Birimlerin Dönüşümü: Bu hikâye birimlerin dönüştürülmesine neden ihtiyaç duyulduğu temasından hareketle oluşturulmuştur. Farklı sistemlerde dönüşümlerin kullanılmasının ne gibi zorluklara yol açabileceği anlatılarak, 10luk sistemin neden kabul edildiği anlatılabilir.

Skaler ve Vektörel Büyüklükler: Büyüklüklerin temel ve türetilmiş olarak sınıflandırılmasının ardından, büyüklüklerin neden skaler ve vektörel olarak sınıflandırıldığı anlatılmıştır. Vektör kavramının ortaya çıkışında yön ve hareket ifade etme ihtiyacının vurgulanması öğrencilerin skaler ve vektörel ayrımını yapmasını kolaylaştırabilir.

Ölçme Aletleri

TERAZİ:

Kütlenin ölçümü için kullanılan ilk araçlar milattan önce 5. yüzyılda Mısırda ve Mezopotamya’da kullanılan terazilerdi. Tüm zamanlarda ve tüm medeniyetlerde kullanımı hızla yayılan terazi aynı zamanda Mısırlıların adalet simgesiydi. Öyle ki ölenlerin ruhlarının bir terazide tartıldığını ve bir tüy kadar hafif olan ruhların ödüllendirilip, diğerlerinin cezalandırıldığına inanılıyordu.

Resim: Eski Mısırda eşit kollu terazi

Eşit kollu terazinin çalışma prensibi:

Arşimet, “Bana yeterli uzunlukta bir çubuk, bir de altına koyabilecek bir destek verin; tek parmağımın ucuyla dünyayı yerinden oynatayım” demişti. Arişimet’e göre bir desteğin üzerindeki çubuğun iki ucundaki yükler ile yüklerin desteğe olan uzaklıklarınin oranları birbirine eşit olmalıydı. Örneğin, bir desteğe eşit uzaklıklarda iki yük dengedeyse bu yüklerin ağırlıkları birbirine eşit olurdu ya da bir çubuğun destek noktasına yakın ucuna ağır, uzak ucuna daha hafif yük konulursa çubuk yine dengede durabilirdi. Arşimet bunu kaldıraçlar prensibi olarak tanımlamıştı. Kütle ölçümünde yüzyıllardır kullanılan eşit kollu terazi de Arşimet’in kaldıraç prensiplerine göre çalışır.

Resim: Arşimet

SAAT:

Eskiden insanlar zamanı ölçmek için bir çubuğu yere sabitleyerek onun gölgesine bakar, gölgenin uzunluğuna ve yaptığı açıya göre karar verirlerdi. Daha sonraları insanlar zamanı ölçmek için kum saati, su saati ve nabızlarını da kullanmışlardı fakat hiçbiri istenilen kadar kararlı sonuçlar verememişti.

Zamanın ölçülmesi için saatin kullanılmasında atılan en büyük bir adım sarkacın keşfiydi. Galileo tavanda sallanan avizeyi gözlemleyerek avizenin salınımını tamamladığını fark etmişti. Bu ritmik hareket zamanın ölçülmesi için yardımcı olabilirdi. Her ne kadar sarkacı Galileo keşfetmiş olsa da ilk çalışan sarkaçlı saati Galileo’nun ölümünden 14 yıl sonra, Alman astronom Christian Huygens yapmıştı. Huygens’in icat ettiği saati ilk başlarda günde bir dakikadan az hata ile zamanı ölçebiliyordu.

AMPERMETRE:

Cavendish isimli İngiliz bir bilim insanı, elektrik akımını ölçmek için, henüz standart bir ölçüm aracı yokken, kendi vücudunu ölçüm aracı olarak kullanıyordu. Elektrik kaynağının uçlarını elleriyle tutuyor sonra da elektrik yüklerinin vücudunda nereye kadar aktığını hissetmeye çalışıyordu. Potansiyel farkını arttırdıkça parmaklarında başlayan hisler dirseklerine kadar ulaşıyordu.

Elektrik akımının, tehlikesizi bir şekilde ölçülebilmesi 1800lü yıllarda gerçekleştirilebilmişti. Telden geçen akımın pusulada sapmaya neden olduğunun fark edilmesi ile akımı ölçebilen ilk alet “Galvanometre” icat edilmişti. Günümüzde akımı ölçmek için daha modern dijital aletler kullanılmaktadır. Ama çalışma prensipleri değişmemiştir.

TERMOMETRE:

Şekil: Galileo’nun termoskopu

Eski dönemlerde sıcaklığın hassas olarak ölçülmesine ihtiyaç yoktu. Sıcaklığı artma ya da azalma olarak tanımlamak yeterliydi. 16. Yüzyılda Galileo’nun termoskop adını verdiği, ilk termometre olarak ifade edilebilecek araç sıcaklığı artma azalma şeklinde gösteriyordu. Havanın sıcaklığı değiştikçe, şişe içindeki sıvı ısınıyor, şişenin içindeki renkli maddeler aşağı ya da yukarı hareket ediyordu. 17. Yüzyılın sonlarına doğru, bilimsel çalışmaların artması ile sıcaklığın kesin olarak belirtilebilmesi için bir standarda ihtiyaç olduğu görülerek sıcaklıkta sabit noktalar belirlemek için çalışmalar başladı. İlk öneri yaz mevsiminin en sıcak günündeki ile kış mevsiminin en soğuk günündeki sıcaklıkların yapılacak yeni bir termometre için sabit noktalar olarak alınmasıydı. Diğer bir öneri de suyun kaynama ve donma noktalarının sabit olarak belirlenmesi üzerineydi, bu öneriye göre iki nokta arasındaki aralık 12’ye bölünmeliydi. Sıcaklığı daha hassas ölçebilmek için çalışmalar devam etti. Sudan sonra alkol, civa gibi sıcaklık değişimine tepki veren farklı sıvılar çeşitli termometrelerde kullanılmıştı. Bu termometreler arasında Kelvin, Fahrenheit, Celcius ve Reaumur’ün termometreleri kabul gören ve kullanılan çalışmalardandı. Bu termometreler de suyun donma ve kaynama noktalarına göre aradaki derecelendirmeyi ayarlamışlardı. Fahrenheit, hazırladığı dereceli ölçekte suyun donma sıcaklığını 32 birim kaynama sıcaklığını 212 birim olarak ölçmüş aradaki 180 aralığın her birini 1 Fahrenheit derece olarak tanımlamıştı. Celcius 0-100 arasında, Kelvin 273-373 arasında değişen derecelendirmeler kullanıyordu.

Öğretmenler için öneriler

Bilim-toplum ilişkisinin anlatıldığı bu bölümde temel birimlerin hangi ölçme araçları kullanılarak ölçüldüğü anlatılmıştır. Genelde ölçme araçları insanların birimlere ihtiyaç duyması ve birimlerin tanımlanması ile aynı zamanlarda meydana gelişmiştir. Birimlerin standart tanımlarının oluşturulması ve bilimsel gelişmelerle birlikte ölçüm araçları da gelişmiştir. Bu hikâyelerde olabildiğince ölçüm araçlarının tarih sürecinde ortaya nasıl çıktığı açıklanmış, zamanla ölçüm araçlarının nasıl geliştiğinin anlatılmasına çalışılmıştır.

 

Ölçmede Hata

Deneyde hata ve hata kaynakları ilk defa El-Biruni’nin kullandığı bilimsel yönteminde yerini aldı. El- Biruni’nin kullandığı bilimsel yönteme göre deneylerin sürekli tekrarlanması gerekiyordu. Ona göre boyutları küçük ölçüm araçları kullanmak gözlemleri sistematik hatalara ve gözlemcinin yanılgıya düşmesine neden olurdu. Bilimsel çalışmalarda bu tür hatalar önemliydi ve bu yüzden El-Biruni yaptığı deneyleri birçok kez tekrarlayarak bu hataların azaltılmasına çalışıyordu.

Ölçene ve Ölçüm aracından kaynaklanan bağlı hata:

Hatanın kaynağı bazen bilim insanlarının kendileri ile ilgiliydi, bazen kullandıkları ölçüm aracından,  bazen de ölçüm yaptıkları ortamdan kaynaklanmaktaydı.

Resim: El Biruni

Örneğin, Galileo, deneylerinde zamanın ölçülmesine ihtiyaç duymuştu. Bunun için bir su saati kullandı. Su saati su dolu bir bidonun altına açılan küçük bir delikten damlayan suyun ağırlığı ile zamanı ölçüyordu.. Galileo’nun su saati de bir kronometre gibi çalışıyordu. Başlatmak için suyun damlamaya başlamasını sağlıyor durdurmak içinse suyun akışını kesiyordu. Saati sıfırlamak için tüm suyu boşaltıyordu. Damlayan suyun topladığı kaptaki suyun ağırlıklarını oranlayarak deneylerindeki süreleri karşılaştırıyordu. Örneğin kapta iki kat fazla su toplandıysa sürenin iki kat daha fazla olduğuna karar veriyordu.  Galileo’nun su saati ile yaptığı ölçümlerinde sizce ne gibi hatalar olabilir?

Ölçümün yapıldığı ortama bağlı hata:

Uzunluk biriminin ne olacağına karar vermek için bilim insanları sarkacı kullanmaya karar vermişlerdi. Bunun için, birçok bilim insanı dünyanın farklı yerlerinde sarkaç ile denemeler yaptılar. 48 derece enleminde Paris’te yapılan deneyde sarkacın bir salınımın bir saniye olması için uzunluğunun 99.383 birim olması gerektiği görüldü. Aynı deneyi 45 derece enleminde yapan bilim insanı ise uzunluğun 99.353 birim, ekvatorda yapan başka bir bilim insanı ise 99.065 birim olması gerektiğini söylüyordu. Sonuçların farklı çıkmasına hangi hata kaynakları neden olmuş olabilir?

Öğretmenler için öneriler

Bilimsel Yöntem başlıklı bu bölümde yapılan her ölçümde hata olabileceğini ve bu hatanın ölçme yönteminden, ölçümü yapandan ölçme aletinden ve ortamdan kaynaklandığı açıklamaya ve anlatılmaya çalışılmıştır. Farklı hata türlerinin anlatılabilmesi için bilim tarihinden örnekler seçilmiştir. Hikâyeler anlatıldıktan sonra bilim insanlarının çalışmalarının sonuçlarını etkileyen hata kaynakları üzerinde öğrencilerin düşünmesi ve tartışması sorulan sorular ile sağlanabilir. Ayrıca, birim, ölçme ve hata kaynaklarının anlaşılabilmesi için öğrencilere, farklı ölçme etkinlikleri yaptırılabilir.

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir