11.Sınıf Fizik Ders Notları

11.Sınıf Fizik Ders Notları WORD İndir

FİZİK 11. SINIF DERS KİTABI - DETAYLI KAPSAMLI DERS NOTLARI

1. ÜNİTE: KUVVET VE HAREKET

Bu ünite; serbest düşme, iki boyutta sabit ivmeli hareket, Newton'ın Hareket Yasaları, serbest cisim diyagramları, sürtünme kuvveti, limit hız ve düzgün çembersel hareket konularını kapsamaktadır.

1.1. Serbest Düşme

• 1.1.1. Serbest Cisimler: Galileo Galilei'nin deneysel ölçümleri ve matematiksel hesaplamaları bilim dünyasındaki yeri pekiştirmiştir. Aristoteles'in ağır cisimlerin daha hafif olanlardan hızlı düşeceği öğretisini sorgulamıştır. Bir yün yumağı ile bir kurşun parçasının havası alınmış bir ortamda aynı hızla yere düşeceğini ileri sürmüştür. Bu hipotez 2 Ağustos 1971'de Ay yürüyüşü sırasında şahin tüyü ve alüminyum jeolog çekiç kullanılarak doğrulanmıştır.
• 1.1.2. Serbest Düşme Hareketi ile İlgili Veriler:
• Sürtünmesiz ortamda yalnızca yer çekimi kuvvetinin etkisi altında yapılan harekete serbest düşme hareketi denir.
• Yer çekimi ivmesi ($\vec{g}$) vektörel bir büyüklük olup yönü Dünya'nın merkezine doğrudur. Yeryüzüne yakın yerlerde ortalama değeri yaklaşık $9,8\text{ m/s}^2$ olarak alınır.
• İlk hızı sıfır olan serbest düşme hareketine ait matematiksel modeller:
• Yükseklik: $h = \frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2$
• Hız: $\vartheta = g \cdot t$
• Zamansız hız denklemi: $\vartheta^2 = 2 \cdot g \cdot h$
• İlk hızı sıfırdan farklı ($\vartheta_0 \neq 0$) düşey atış hareketlerinde:
• Aşağı yönlü: $h = \vartheta_0 \cdot t + \frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2$, $\vartheta = \vartheta_0 + g \cdot t$, $\vartheta^2 = \vartheta_0^2 + 2 \cdot g \cdot h$
• Yukarı yönlü: $h = \vartheta_0 \cdot t - \frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2$, $\vartheta = \vartheta_0 - g \cdot t$, $\vartheta^2 = \vartheta_0^2 - 2 \cdot g \cdot h$

1.2. İki Boyutta Sabit İvmeli Hareket

• Doğa olaylarında hareketler genellikle doğrusal değil, eğrisel yörüngelere sahiptir. Bu tip hareketler iki boyutlu hareketlerdir ve yatay ile düşey bileşenleri birbirinden bağımsız olarak incelenir.
• Yatay doğrultuda cisme etki eden net kuvvet olmadığından yatay hız bileşeni sabit kalır ($\vartheta_{0x} = \vartheta_0 \cdot \cos\theta$).
• Düşey doğrultuda ise yer çekimi ivmesi nedeniyle düzgün ivmeli hareket gerçekleşir ($\vartheta_{0y} = \vartheta_0 \cdot \sin\theta$).
• Maksimum yükseklikte düşey hız sıfır olur ($\vartheta_y = 0$).

1.3. Newton'ın Hareket Yasaları

• 1.3.1. Bileşke Kuvvet ve Hareket Arasındaki İlişki:
• İbni Sina ve Kasrî Meyil Kuramı: İbni Sina, Aristoteles'in havanın hareketi desteklediği fikrini reddederek havanın karşı direnç oluşturduğunu belirtmiştir. Cisimlerin havada ilerlemesini sağlayan içsel ve kalıcı etkiyi "kasrî meyil" (zorunlu eğilim) kavramıyla açıklamıştır. Mutlak boşlukta (dirençsiz ortamda) bu meylin asla tükenmeyeceğini öne sürerek eylemsizlik ilkesine zemin hazırlamıştır.
• Newton'ın I. Hareket Yasası (Eylemsizlik Yasası): Bir cisim dış bir kuvvetle zorlanmadıkça durumunu korur. Bileşke kuvvetin sıfır olduğu durumlarda ivme sıfırdır.
• Newton'ın II. Hareket Yasası (Temel Prensip): Bir cismin ivmesi, cisme etki eden bileşke kuvvet ile doğru, kütlesi ile ters orantılıdır:

$$\vec{F}_{\text{net}} = m \cdot \vec{a}$$

Cismin ağırlığı: $\vec{G} = m \cdot \vec{g}$.

• Newton'ın III. Hareket Yasası (Etki-Tepki Yasası): Her etkiye karşı eşit ve zıt yönlü bir tepki vardır ($\vec{F}_{\text{etki}} = -\vec{F}_{\text{tepki}}$). Etki ve tepki kuvvetleri farklı cisimler üzerindedir.
• 1.3.2. Serbest Cisim Diyagramı: Problemlerin çözümünde cisim üzerine etki eden tüm dış kuvvetlerin gösterildiği diyagramlardır.

1.4. Sürtünme Kuvveti

• 1.4.1. Statik ve Kinetik Sürtünme Kuvvetleri:
• Statik Sürtünme Kuvveti ($\vec{f}_s$): Cisim harekete geçene kadar uygulanan kuvvete karşı koyan sürtünme kuvvetidir. Maksimum değeri vardır.
• Kinetik Sürtünme Kuvveti ($\vec{f}_k$): Cisim hareket etmeye başladığı andan itibaren etki eden sürtünme kuvvetidir ve statik sürtünmeden genellikle küçüktür.
• 1.4.2. Sürtünme Kuvvetinin Bağlı Olduğu Değişkenler:
• Matematiksel modelleri:
• Statik: $f_{s,\text{max}} = k_s \cdot N$
• Kinetik: $f_k = k_k \cdot N$
• Burada $k_s$ statik sürtünme katsayısı, $k_k$ kinetik sürtünme katsayısı, $N$ ise yüzeyin normal kuvvetidir.

1.5. Limit Hız

• Bir akışkan içinde hareket eden cisme harekete zıt yönde uygulanan direnç kuvvetine sürüklenme kuvveti denir.
• Direnç kuvvetinin matematiksel modeli:

$$F_d = k \cdot A \cdot \vartheta^2$$

($k$: sürtünme katsayısı, $A$: kesit alanı, $\vartheta$: hız).

• Hava direnç kuvveti cismin ağırlığına eşitlendiğinde ($m \cdot g = k \cdot A \cdot \vartheta^2$) net kuvvet sıfır olur ve cisim sabit bir hızla düşmeye başlar; bu hız değerine limit hız denir.
• Limit hızın matematiksel modeli:

$$\vartheta_{\text{limit}} = \sqrt{\frac{m \cdot g}{k \cdot A}}$$

.

1.6. Düzgün Çembersel Hareket

• 1.6.1. Çembersel Harekette Yörünge ve Hız Kavramları:
• Sabit bir nokta veya eksen etrafında çember biçimindeki yörüngede yapılan harekettir.
• Çizgisel Sürat ($\vartheta$): Yörünge üzerinde birim zamanda katedilen yay uzunluğudur ($\vartheta = \frac{2\pi r}{T}$).
• Açısal Hız ($\omega$): Yarıçap vektörünün birim zamanda taradığı açıdır. Birimi rad/s'dir ($\omega = \frac{2\pi}{T}$). Çizgisel hız ile ilişkisi: $\vartheta = \omega \cdot r$.
• Periyot ($T$) ve Frekans ($f$): $T \cdot f = 1$.
• 1.6.2. Düzgün Çembersel Hareketin Değişkenleri:
• Merkezcil İvme ($a_m$): Hız vektörünün yön değişiminden kaynaklanan, merkeze yönelmiş ivmedir ($a_m = \frac{\vartheta^2}{r} = \omega^2 \cdot r$).
• Merkezcil Kuvvet ($F_m$): Cisme etki eden ve yönü merkeze doğru olan net kuvvettir ($F_m = m \cdot a_m = \frac{m \cdot \vartheta^2}{r} = m \cdot \omega^2 \cdot r$).

2. ÜNİTE: ELEKTRİK VE MANYETİZMA

2.1. Elektriksel Kuvvet ve Elektriksel Alan

• 2.1.1. Elektriksel Kuvvet (Coulomb Yasası):
• Noktasal iki yük arasındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğü:

$$F = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{d^2}$$

• Burada $k$ Coulomb sabitidir. Aynı cins yükler birbirini iter, zıt cins yükler çeker. Kuvvetler etki-tepki prensibine göre eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür.
• 2.1.2. Elektriksel Alan ($\vec{E}$):
• Birim yük ($q_0$) başına düşen elektriksel kuvvettir ($\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q_0}$).
• Noktasal yükün oluşturduğu elektriksel alan:

$$E = k \cdot \frac{q}{d^2}$$

• Düzgün elektriksel alan (paralel levhalar arasında): $E = \frac{V}{d}$.
• 2.1.3. Faraday Kafesi:
• İletken maddelerin iç kısmında elektriksel alanın sıfır olması prensibine dayanır. İletken kapalı yapı, iç kısmını dış elektriksel alanlardan korur.

2.2. Manyetik Alan ve Manyetik Kuvvet

• 2.2.1. Manyetik Alan ($\vec{B}$): Mıknatısların etrafında oluşturduğu, SI birimi Tesla (T) olan vektörel alandır. Mıknatıs dışında N'den S'e, içinde S'den N'e doğrudur. Tek kutuplu (monopol) mıknatıs yoktur.
• 2.2.2. Üzerinden Akım Geçen Düz İletken Telin Manyetik Alanı:

$$B = K \cdot \frac{2 \cdot i}{d}$$

Yönü sağ el kuralı ile bulunur (Başparmak akım, dört parmak manyetik alan).

• 2.2.3. Akım Makarasının (Selenoid) Manyetik Alanı:

$$B = 4 \cdot K \cdot \pi \cdot i \cdot \frac{N}{L}$$

• 2.2.4. Elektromıknatısların Kullanım Alanları: Çivi veya demir çubuk üzerine sarılan akım makarasının akım geçirilmesiyle mıknatıs özelliği kazanmasıdır. Vinçler, kapı zilleri, röleler ve manyetik kilitlerde kullanılır.
• 2.2.5. Manyetik Alanda Üzerinden Akım Geçen Düz Bir Tele Etki Eden Kuvvet:

$$F = B \cdot i \cdot L \cdot sin\theta$$

Yine sağ el kuralı ile bulunur. Hareketli yüklere etki eden kuvvet: $F = B \cdot q \cdot \vartheta \cdot \sin\theta$.

• 2.2.6. Manyetik Alanda Üzerinden Akım Geçen Dikdörtgen Telin Bir Eksen Etrafında Dönmesi: Elektrik motorlarının temel çalışma prensibidir. Akım geçen çerçevenin kenarlarına etki eden zıt yönlü kuvvetler çerçeveyi eksen etrafında döndürür.

2.3. İndüksiyon Akımı

• 2.3.1. Manyetik Akı ($\Phi$): Manyetik alan içindeki bir yüzeyden dik olarak geçen manyetik alan çizgilerinin sayısıdır ($\Phi = B \cdot A \cdot \cos\theta$, birimi Weber / Wb).
• 2.3.2. İndüksiyon Gerilimi (Faraday ve Lenz Yasaları):
• Manyetik akı değişim sonucunda iletken üzerinde oluşan gerilime indüksiyon gerilimi denir.
• Matematiksel modeli (Faraday Yasası):

$$\varepsilon = -N \cdot \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$

• Eksi işareti Lenz Yasası'nı belirtir; indüksiyon akımı, akı değişimine karşı koyacak yöndedir.
• 2.3.3. Alternatif Akım (AC): Yönü ve büyüklüğü periyodik olarak değişen akımdır. Jeneratörlerle üretilir. Etkin değerler ($i_{\text{etkin}} = \frac{i_{\text{max}}}{\sqrt{2}}$, $V_{\text{etkin}} = \frac{V_{\text{max}}}{\sqrt{2}}$) kullanılır. Türkiye şebekesi $220\text{ V}$, $50\text{ Hz}$'dir. Doğru akım (DC) ise yönü ve büyüklüğü değişmeyen akımdır.

2.4. Transformatörler

• Alternatif akımda gerilimi yükseltmek veya alçaltmak için kullanılan aletlerdir. Doğru akım ile çalışmazlar.
• İdeal transformatör denklemi:

$$\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} = \frac{i_s}{i_p}$$

($p$: primer/birincil, $s$: sekonder/ikincil).

• $N_s > N_p$ ise yükseltici, $N_s < N_p$ ise alçaltıcı transformatördür.

3. ÜNİTE: OPTİK

3.1. Işık Şiddeti, Işık Akısı ve Aydınlanma

• Işık Şiddeti ($I$): Kaynağın birim zamanda belli doğrultuda yaydığı ışık yoğunluğudur (Temel büyüklük, birimi Kandela / cd).
• Işık Akısı ($\Phi$): Kaynaktan yüzeye birim zamanda düşen toplam ışık miktarıdır (Birim: Lümen / lm). Tam küre için: $\Phi = 4\pi I$.
• Aydınlanma ($E$): Yüzeye düşen ışık akısıdır ($E = \frac{\Phi}{A} = \frac{I \cdot \cos\alpha}{r^2}$, birim: Lüks / lx).

3.2. Düzlem Aynalar

• Yansıtıcı yüzeyi düz olan aynalardır.
• Yansıma Yasaları: Gelen ışın, yansıyan ışın ve normal aynı düzlemdedir; gelme açısı yansıma açısına eşittir ($i = r$).
• Görüntü özellikleri: Cisme göre düz, boyu boyuna eşit, aynaya dik uzaklıkları eşit, simetrik ve sanaldır.

3.3. Küresel Aynalar

• 3.3.1. Küresel Ayna Çeşitleri ve Özellikleri: İç yüzeyi yansıtıcı çukur ayna, dış yüzeyi yansıtıcı tümsek aynadır. Eğrilik yarıçapı $r = 2f$'dir. Çukur ayna ışığı toplar, tümsek ayna dağıtır.
• 3.3.2. Küresel Aynalarda Görüntü Oluşumu: Çukur aynada cismin konumuna göre gerçek veya sanal görüntüler oluşur; tümsek aynalarda ise görüntü daima düz, sanal ve küçüktür.

3.4. Kırılma

• Işığın bir saydam ortamdan diğerine geçerken doğrultu değiştirmesidir.
• Snell Yasası:

$$n_1 \cdot \sin i = n_2 \cdot \sin r$$

($n = \frac{c}{\vartheta}$, kırıcılık indisi).

• Çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçişte sınır açısı ($\theta_s$) vardır; sınır açışından büyük açıyla gelirse tam yansıma gerçekleşir.

3.5. Görünür Derinlik

• Gözlemcinin, farklı kırıcılık indisli ortamdaki cismi olduğu yerden daha yakın veya uzak görmesidir ($h_{\text{görünür}} = h_{\text{gerçek}} \cdot \frac{n_{\text{gözlemci}}}{n_{\text{cisim}}}$).

3.6. Fiber Optik

• Cam veya plastik esnek liftir; tam yansıma ilkesiyle ışık hızına yakın hızda veri aktarımı sağlar.

3.7. Prizmalar

• Işığı kıran, yansıtan veya renklerine ayıran saydam cisimlerdir. Tam yansımalı prizmalar dik üçgen kesitlidir; dürbün ve periskoplarda kullanılır.

3.8. Mercekler

• 3.8.1. Merceklerin Özellikleri: En az bir yüzeyi küresel olan saydam araçlardır. Kenarları ince olanlar yakınsak (ince kenarlı), kenarları kalın olanlar ıraksak (kalın kenarlı) merceklerdir.
• 3.8.2. Merceklerde Görüntü Oluşumu: Yakınsak mercek çukur aynaya, ıraksak mercek ise tümsek aynaya benzer şekilde görüntü oluşturur. Miyop göz kusuru ıraksak, hipermetrop göz kusuru yakınsak mercekle düzeltilir.