İvme Kavramı

Düşen Cisimler

İvme kavramının tarih sürecinde gelişimini anlamak için yeryüzünde sabit hızla hareket eden cisimler ile zaman içinde hızını değiştiren cisimlerin hareketlerini açıklamak için bilim insanlarının ne tür deneyler ve gözlemler yaptığını incelemek gerekir. Bu bölümde yeryüzünde düşen cisimlerin hızlarını deneyler yaparak inceleyen Galileo üzerinde duracağız.

Biri ağır, diğeri hafif iki cisim belli bir yükseklikten serbest bırakıldığında ikisi de yere düşer. Ama hangisi daha önce yere düşer?

Şekil: Galileo’nun yaptığı söylenen deney.

Aristo’ya göre ağır cisimler hafif olanlarından önce yere düşerdi. Çünkü  “ağır olan her şey yerdedir” şeklinde düşünülüyordu ve yukarıdan bırakılan bir taş da doğası gereği zaten yerde olmalıydı. Bu düşünce Galileo’nun kafasında bir soru işareti oluşmasına yol açmıştı. Çeşitli ağırlıklarda cisimleri farklı yüksekliklerden bıraktı. Galileo zamanında süreyi tam olarak ölçebilecek aletlerin de olmadığı düşünülecek olursa, Galileo’nun bu deneylerle Aristo’nun fikirlerine karşı çıkması zordu. Ama yine de Galileo Aristo’nun mantık yoluyla ulaştığı “Ağır cisimler önce düşer” fikrine karşıydı. Süreyi ölçebilmek zordu; topların düşüşünü görebilmesi için düşüşün yavaşlatılması gerekiyordu. Bunun için topları belli bir yükseklikten bırakmak yerine eğik düzlemden kaydırarak deneylerini gerçekleştirdi. Bu deneyler ile topların düşüş hızını sadece eğik düzlemin yüksekliği etkilemekte olduğunu gözlemledi. Galileo eğik düzlem deneyi ile başka bir şeyi daha fark etmişti. Toplar tüm düzlemi aynı hızla almıyor, hareket devam ettikçe hızlanıyorlardı.

Resim: Galileo’nun deneylerinde kullandığı eğik düzlem ve düzlem üzerindeki zil

Galileo, topların nasıl hızlandığını, ne kadar hızlandığını merak etmişti. Hazırladığı eğik düzleme küçük ziller yerleştirdi. Bu sayede top eğik düzlemden aşağıya düşerken zillere çarparak ses çıkaracaktı. Galileo’nun yapması gereken zil seslerini dinlemek ve sesleri eşit zaman aralıklarıyla (ritmik olarak) duyabileceği şekilde zilleri yerleştirmekti. İlk önce zilleri birbirine eşit mesafeli olarak yerleştirildi. Eğer aşağıya düşen toplar sabit hızla yol alıyorlarsa, Galileo ritmik bir ses duyacaktı. Galileo topun aşağıya doğru yuvarlandığında zillerden gelen sesin eşit zaman aralıklı olmadığını ve ritmin arttığını duydu.

Şekil: Galileo’nun el yazısı ile eğik düzlem deneyinde aldığı veriler

Zillerin çıkardığı sesleri eşit aralıklarla ritmik olarak duyabileceği şekilde zillerin aralarındaki mesafeleri ayarladı. Zil sesleri eşit zaman aralıkları ile duyulmasına rağmen topun her aralık için aldığı yol git gide artıyordu. Galileo bu deneylerden elde ettiği verileri incelediğinde şu sonuçları çıkarttı:  top bırakıldıktan sonra ilk zil çalana kadar topun aldığı yol, ilk zil ve ikinci zil arasında aldığı yolun üçte biriydi; ikinci ve üçüncü yol aralığında aldığı yolun beşte biriydi (x, 3x, 5x, gibi). (Şekil ve Tablo )Derslerimizde açıkladığımız ivme kavramını bizim bugün ifade ettiğimiz gibi hız ve zaman birimleri yerine Galileo yol ve zaman birimleri ile ifade ederek ortaya koymuştu. Galileo’nun daha önceden aldığı müzik eğitimi sürenin ölçülmesi ile ilgili yaşadığı problemleri çözmesinde yardımcı olmuştu.

Tablo: Galileo’nun verilerinin düzenlenmesi

Zaman Yol Oranları
1 32 x
2 120 4x
3 298 9x
4 526 16x
5 824 25x
6 1192 64x
Galileo’nun deney verilerinden elde edilebilecek bağıntılar

 

Öğretmenler için öneriler

Bilim tarihinde bazı düşünceler geçerliliğini uzun süre devam ettirirken bazıları da kısa sürede başka bir bilim adamının düşüncesi ile yer değiştirmektedir. Bilim tarihindeki bütün düşünceler kısa ömürlü de olsa uzun ömürlü de olsa değişime açıktırlar. Yukarıdaki hikayede düşen cisimlerle ilgili olarak Galileo’nun Aristo’nun düşüncesini yetersiz bulduğu ve yaptığı deneylerle serbest düşen cisimlerin Aristo’nun dediği gibi kütlesine bağlı olarak düşmediğini ve serbest düşmenin ivmeli bir hareket olduğunu ortaya koymuş olduğu anlatılmaktadır.   Bu hikaye ile bilimsel düşüncelerin değişime açık olduğu öğrencilere gösterilebilir. Bunun için öğrencilerin Aristo’nun düşüncesinin düşme olayını açıklamada neden yetersi kaldığı üzerinde durulmalıdır. Öğrencilere ilk önce bilim adamlarının düşüncelerinin dayandığı olaylar veriler ya da deneyler sunulmalıdır. Tarihi süreçte ilk gelen düşüncenin bu olaylara getirdiği açıklama anlatıldıktan sonra öğrencilere açıklamaların yetersiz kaldığı yerleri göstermek için sorular sorulmalıdır. Öğrencilerin cevapları dinlenildikten sonra, daha sonra gelen bilim adamının bir önceki bilim adamının açıklamasının yetersiz kaldığı yerleri nasıl açıkladığı anlatılır. Bu şekilde öğrenciler öğrendikleri kavramın neden ve nasıl ortaya çıktığını ve bilimin değişime açık olduğunu anlayabilirler.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir