˙ 2034 MODERN FIZ
˙ IK
˙
FIZ
˙ ¸ ERI˙ G
˘ I˙
DERS IC
Temel Kitap ve Genel A¸
cıklamalar
Ders kitabı ”Modern Fizi˘
gin Kavramları - Arthur Beiser” dir. Derste, klasik fizi˘
gin a¸cıklayamadı˘
gı
ve bu nedenle yeni bazı teori ve kavramların do˘
gmasına yol a¸can geli¸smeler incelenecektir. Bu
geli¸smeler genelde 19. yy ve 20. yy ba¸slarında olu¸smu¸stur. Ders daha sonraki d¨
onemlerde
g¨
orece˘giniz kuantum mekani˘
gi, istatistik mekanik, katıhal fizi˘
gi gibi derslere temel te¸skil etmektedir.
1
¨
Ozel
G¨
orecelik
• Bu b¨
ol¨
umdeki ilk kavramınız ”eylemsiz c¸er¸ceve” dir. Bu, aynı zamanda ”eylemsiz koordinat
sistemi”, ”eylemsiz referans sistemi” olarak da adlandırılır. Bu kavramın o¨nemini kavramalısınız.
¨
• Ozel
G¨
oreceli˘gin iki temel post¨
ulasını bilmelisiniz. Michelson-Morley deneyinin sonu¸cları
anahtar konumdadır.
• Galileo D¨on¨
u¸su
¨ mleri ve ge¸cerlilik sınırları ile elektromanyetik teori yasalarının d¨
on¨
u¸su
¨ m¨
unde
kar¸sımıza c¸ıkan sorunlar ve sonrasında olu¸san Lorentz d¨
on¨
u¸su
¨ mleri. Lorent D¨on¨
u¸su
¨ mleri ile
Galileo d¨
on¨
u¸su
¨ mleri arasındaki ge¸ci¸si anlamalısınız (c → ∞). Lorentz d¨
on¨
u¸su
¨ mlerini basit¸ce
t¨
uretebilmeli ve bu d¨
on¨
u¸su
¨ me g¨
ore hızların toplamını elde edebilmelisiniz. Klasik anlamda
iki hızın toplanması ile g¨
oreli olarak toplanması arasındaki farkı yorumlayabilmelisiniz.
˙ eylemsiz c¸er¸cevedeki zaman d¨
• Iki
on¨
u¸su
¨ m¨
une dair kitaptaki basit kurguya g¨
ore, zaman d¨
on¨
u¸su
¨m
form¨
ul¨
un¨
u t¨
uretebilmelisiniz.
• M¨
uonlar d¨
unyaya ula¸sabilmektedir. Oysa o¨m¨
urleri g¨
oz o¨n¨
une alındı˘
gında, klasik mekanik
yasalarınca yapılan hesaplarda bu par¸cacıkların d¨
unyaya ula¸samaması gerekir. Bu noktada
kar¸sımıza uzunlukların d¨
on¨
u¸su
¨ m¨
u c¸ıkmaktadır. Uzunluk ve zaman d¨
on¨
u¸su
¨ m¨
u ile bu c¸eli¸ski
nasıl c¸¨oz¨
ulmektedir?
• Klasik mekanikteki ”momentumun korunumu” o¨zel g¨
orecelikte yerini ”g¨
oreli momentumun
˙
korunmu” na bırakır. Ilgili
b¨
ol¨
umdeki basit t¨
uretimi anlamalı, p = γmv ¸seklinde verilen
g¨
oreli momentumun ne zaman klasik momentuma e¸sit olaca˘
gını yorumlayabilmelisiniz.
• Klasik kar¸sılı˘
gı olmayan durgun k¨
utle enerjisinin ifadesi olan E0 = mc2 ba˘
gıntısını t¨
uretebilmelisiniz.
2
Toplam g¨
oreceli enerji E = γmc ile durgun k¨
utle enerjisi arasındaki fark kinetik enerjidir.
Bu enerjinin klasik limitini (v << c) alabilmelisiniz. Klasik limit alarak elde edece˘giniz ifade
1/2mv 2 olacaktır.
• G¨
oreli enerji ve momentum arasındaki ili¸skiyi E 2 = (mc2 )2 + (pc)2 ¸seklinde t¨
uretebilmeli, bu
ifadeyi k¨
utlesiz par¸cacıklar i¸cin elde edebilmelisiniz.
• Uzay-zaman kavramı o¨nemlidir. Zamansı, uzaysı ve ı¸sıksı aralıkların neden tanımlandı˘
gını anlamalı, olayların ardı¸sıklı˘
gının bu aralıkların hangisinde bozulaca˘
gını yorumlayabilmelisiniz.
2
Dalgaların par¸
cacık ¨
ozellikleri
• Klasik olarak dalga (ya da alan) ile par¸cacık arasındaki ayrımı bilmelisiniz.
• Siyah cisim ı¸sıması, fotoelektrik olay, X-ı¸sınlarının olu¸sumu, Compton olayı ile c¸ift olu¸sumu
olayı bu b¨
ol¨
umdeki temel deneyler/g¨
ozlemlerdir. Her birinin ne anlama geldi˘
gini, nasıl
olu¸stu˘
gunu, hangi sonu¸clarını klasik fizi˘
gin a¸cıklayamadı˘gını bilmelisiniz.
1
• Siyah cisim ı¸sıması spektrumu klasik elektromanyetik teori (Rayleigh-Jeans yasası) ile a¸cıklanamaz.
Planck’ın a¸cıklaması, g¨
ozlenen siyah cisim ı¸sıma spekturumunu verebilmektedir. Matematiksel olarak her iki yasanın c¸ıkarımından sorumlu olmasanız da, Raytleigh-Jeans yasası ya da
Planck ı¸sıma yasası verildi˘
ginde bu matematiksel ifadeleri yorumlayabilmelisiniz.
• Klasik elektromanyetik teori fotoelektrik olayın hangi sonu¸clarını a¸cıklayamamaktadır. I¸sı˘
gın
par¸cacık yapısı bu sonu¸cları nasıl a¸cıklayabilmektedir? Fotoelektrik olaydaki fotoelektron
akımı neye nasıl ba˘
glıdır?
• X-ı¸sınlarının olu¸sumu klasik elektromanyetik teori ile a¸cıklanabilmektedir. X-ı¸sınlarına dair
hangi sonu¸clar klasik elektromanyetik teori ile a¸cıklanamaz? X-ı¸sın kırınımı ne anlama
gelmekte ve nasıl olu¸smaktadır?
• Compton sa¸cılmasına dair, sa¸cılan ve gelen ı¸sının dalga boyları arasındaki ili¸skiyi veren ifadeyi
t¨
uretebilmelisiniz. Bu ifadeyi yorumlayabilmelisiniz.
• C
¸ ift olu¸sumu olayı nasıl olu¸smaktadır? Olayın olu¸sumu i¸cin ne kadarlık enerji gerekmektedir? Hangi ı¸sın maddesel ortama girdi˘
ginde c¸ift olu¸sumu g¨
osterebilir? Bu tip soruları
yorumlayarak yanıtlayabilmelisiniz.
• I¸sı˘gın madde ile etkile¸sim mekanizmalarından fotoelektrik oly, Compton sa¸cılması ve c¸ift
olu¸sumuna dair ”olu¸sma olasılı˘
gı-foton enerjisi” grafi˘
gi verildi˘
ginde bu grafi˘
gi yorumlayabilmelisiniz.
• Gravitasyonel kırmızıya kayma ile ilgili matematiksel ba˘
gıntı verildi˘
ginde yorumlayabilmeli,
”kara delik”, ”kuasar” gibi yapılardaki ı¸sık yayılımını bu ifadeden t¨
uretebilmelisiniz.
3
Par¸
cacıkların dalga ¨
ozellikleri
• Klasik bir dalga denklemi c¸¨oz¨
um¨
un¨
u o¨nerebilmeli buradaki terimlerin anlamlarını bilmelisiniz.
˙
Ikiden
fazla dalganın u
¨ st u
¨ ste gelerek dalga paketi olu¸sturması olayını bilmeli, faz hızı ve grup
hızını tanımlayabilmelisiniz.
• De-Broglie dalgalarının anlamını, λ = h/p ifadesini, dalgaların nasıl yorumlandı˘
gını (olasılık),
faz hızının ne oldu˘
gunu (vf > c) grup hızının ne oldu˘
gunu (vg = v) bilmelisiniz.
• De-Broglie dalgaları ne zaman kullanılacaktır? G¨
unl¨
uk ya¸samda kar¸sıla¸stı˘gımız cisimlere
e¸slik eden dalgalarla c¸alı¸smak gerekli midir?
• Par¸cacık kırınımı olayı bu b¨
ol¨
umdeki anahtar olaydır. Nasıl olu¸stu˘
gunu ve sonu¸clarını yorumlayabilmelisiniz.
• Kutu i¸cindeki par¸cac˘gı dalgalarla anlatmak. Par¸cacı˘
gı enerji seviyelerinin ortaya c¸ıkı¸sını
g¨
osterebilmeli ve klasik durumla kıyaslayabilmelisiniz.
• Belirsizlik ilkesi: dalga paketi geni¸sli˘
gi ve konum belirsizli˘gi arasındaki ili¸ski ile dalgaboyu ile
momentum belirsizli˘gi arasındakiili¸skiyi yorumlayabilmelisiniz.
4
Atomik Yapı
• Verilen Rutherford sa¸cılma form¨
ul¨
un¨
u yorumlayabilmeli ve deneyin sonu¸clarından c¸ıkarılabilecek
atom modelini bilmelisiniz.
• Klasik mekanik ile atomdaki y¨
or¨
ungede dolanan elektronun enerjisini ve hızını t¨
uretebilmelisiniz.
• Atomik spektrum t¨
urlerini tanımlayabilmeli ve klasik olarka a¸cıklanıp a¸cıklanamayaca˘
gını
yorumlayabilmelisiniz.
• Klasik olarak ele alınan Rutherford atomunda, elektronun kararlı y¨
or¨
ungesi olup olamayaca˘
gını tartı¸sabilmeli ve klasik modelin yetersizliklerini yorumlayabilmelisiniz.
2
Download

FIZ 2034 MODERN FIZIK ders içerigi