Bilgisayar Fizik Dersinde
Son yıllarda bilgisayarlar doğa bilimlerinin hemen bütün alanlarında kendilerini kabul ettirdiler. Böylece, okullar da bu konu ile hesaplaşmak zorunda kaldılar. Biz bu yazımızda, bir fizik dersi çerçevesinde bilgisayarla neler yapılabileceğini daha yakından ele almak istiyoruz.
Bütün kişisel bilgisayarlar ve ev bilgisayarları aslında bir merkezi birimden (klavyeli bilgisayar), monitörden ya da televizyon aygıtından ve verilerin depolanması için en azından bir veri setinden ya da disket sürücüsünden ve muhtemelen bir yazıcıdan oluşan temel bir sistemdirler. Ama bir fizik dersinde bu temel sistemle pek çok şey yapılabilir. Örneğin, bir deney yaparken, bir dizi ölçüm sonucunda kimi bulguları bir araya getirdiğinizi ve bunları birlikte gidişim (regression) çizgisi aracılığıyla grafik olarak değerlendirmek istediğinizi varsayalım. Bunu daha önce bir cep hesap makinesiyle yapmayı denemiş olan herkes, bu işlemin ardında saklı duran işin ne olduğunu bilir. Bir bilgisayarda ise durum değişiktir. Regresyon çizgisi ile
buna tekabül eden ve istenildiği kadar eğriyi grafik olarak sergileyebilecek bir alt program bir kez programlanmışsa, geriye artık yapılması gereken tek bir şey kalır: Ölçüm dizisinin sonuçlarının verilmesi. Bunlar da verildiğinde, grafik saniyelerle ölçülen bir süre içinde tamamlanmış olur. Bu sayede, öğretmenin bir deneyin yapılmasında harcayacağı zaman kısaltılmıştır. Başka bir deyişle, zaten oldukça kısa olan ders saatlerinde bir bilgisayardan yararlanarak daha verimli bir tarzda çalışılabilir. Kazanılmış zaman ise, örneğin öğrenilmiş bilginin derinleştirilmesinde kullanılabilir. Tabii şu durum da göz önüne alınmalıdır: Bilgisayara değersiz hesap işleri ne kadar yoğun bir tarzda yüklenirse, öğrenciler için bu tarz işleri kafadan ya da cep hesap makinesiyle yapmak da o kadar güç gelir. Bu yüzden, bilgisayar devreye sokulmadan önce, öğrencilerin belirli hesaplama kurallarına egemen olmalarına mutlaka dikkat edilmelidir. Ama bilgisayarlar yalnızca fiziksel ölçümleri değerlendirmede kullanılmazlar. Çok daha ilginç olanı, ölçümü bizzat bilgisayara yaptırmaktır. Bunun için C-64'te iki kesişen bölge mevcuttur; bunlardan biri olan “User-Port” serbestçe programlanabilir. “User-Port”, veri giriş/çıkışı için kullanıcının hizmetine sekiz adet kanal sunar. Bu veri kanallarından her biri bir yöneltim yazmacı (register) aracılığıyla giriş ya da çıkış kanalı olarak
Bunu, her fizik dersinde karşımıza çıkan hız belirlenmesi örneğiyle somutlaştıralım. Denklemimiz “s=1/2 a*t^2”. Denklem “a” açıkta bırakılacak şekilde açıldığında “a = 2s/t^2” olur. Bilinmeyen değerler “s” (uzaklık ya da yol) ve “t” (zaman)dır. Fizik denklemleri konusunda bu kadarı yeterli. Deneyin yapısı kolay tasarımlanabilmektedir: Çelik bir küre alınır ve birbiri üstüne bindirilmiş iki ışık çubuğu arasından düşmeye bırakılır. Bu durumda “s” uzaklığı her iki ışık çubuğu arasındaki mesafeye denk düşer. Şimdi de ölçülmesi gereken şey, çelik kürenin ışık çubukları arasındaki yolu katedebilmek için gereksinme duyduğu zaman birimidir. İşte bilgisayarın üstlenmiş olduğu işlem de budur. Her iki ışık çubuğu uygun bir interface aracılığıyla bağlanır. Çelik küre ilk ışık çubuğundan geçtiğinde, C-64'ün içinde bulunan bir sayaç harekete geçirilmek zorundadır. Bu sayaç, çelik küre ikinci ışık çubuğunda bir “impuls” meydana getirinceye kadar saymaya devam eder. Sayacın o andaki durumu, bulunması istenen zamana tekabül eder ve bunun saniyelere dönüştürülerek hesaplanması gerekir. Doğal olarak, bu tür bir zaman ölçümünü, bellekli bir osiloskop ile de aynı sağlıkta gerçekleştirmek mümkün olabilirdi. Ama böyle aygıtlar, aşırı derecede pahalı olmalarının yanısıra kullanım bakımından da güçlük çıkarırlar. Bu nedenle, bunların öğrencilerin kendi başlarına yaptıkları deneyler için uygun olmadıkları söylenebilir. Gerçi bilgisayarlar da pahalıdır, ama onlara kıyasla bir avantaja sahiptirler: Bilgisayarlar öyle programlanabilirler ki, öğrenciler tarafından herhangi bir hata yapılması söz konusu olamaz. Donanımda yapılacak ve User-Port'la bağlantısı kurulacak küçük bir ekleme sayesinde C-64 tam anlamıyla bellekli bir osiloskop işlevine sahip olabilir. Hattâ C-64'ün geleneksel aygıtlara oranla bazı üstünlükleri vardır.
Bellekli Osiloskop
Olarak Bilgisayar Ama üstünlüklerin yanısıra bazı elverişsizliklerin de (dezavantaj)
ortaya çıktığını gizlememek gerekir. Üstünlükleri: “Normal” bellekli osiloskoplarda olduğu gibi, ekranın büyüklüğü 10x10 cm. olarak sınırlanmamıştır. Ekranın büyüklüğü, bilgisayara bağlanan monitörün büyüklüğüne bağlıdır. Bir televizyon aygıtı kullanıldığındaysa, her öğrenci oturduğu yerden ölçümleri izleyebilmektedir. Ölçüm sonuçları disketlerde ya da kasetlerde depolanabilirler ve böylece her an el altında olabilirler. Ama en önemli üstünlükleri fiyatlarıdır. İyi durumda normal bir depolayıcı osiloskopun satış değeri 750.000 TL'nin altında değildir. C-64'ü depolayıcı osiloskop işleviyle donatan donanım ilavesinin ve buna uygun yazılım paketinin fiyatı ise 100.000 TL'nin altındadır. Elverişsizlikleri: Normal bir bellekli osiloskop hızlıdır. Bunun anlamı, frekansların Megahertz olarak ölçülebilmeleri, dolayısıyla depolanabilmeleridir. Daha önce anılan ve bilgisayar için gerekli donanım ilavesinde bir benzeştirmeli sayısal çevirici (analog-digital converter) bulunmak zorunda olduğundan, ölçülecek olan frekans
EA
DENİZ birkaç kiloherz ile sınırlıdır. Bir başka elverişsizlik de, monte edilen benzeştirmeli-sayısal çeviricilerin 8-bit çeviricileri olmalarından kaynaklanır. Bu gereçlerle genlikler (amplitude) ancak 1/256'ncı dizilerde ölçülebilmektedirler. Ama C-64 en çok 200 noktadan oluşan düşey bir açılıma sahip olduğundan, bu elverişsizlik hemen hemen hiç göze çarpmayabilir. Bu örnekte fizik dersinde bir bilgisayarla neler yapılabileceğini işaret etmek istemiştik sadece. Ama bilgisayarın bu konudaki kullanım imkânlarını tüketici bir tarzda sunmuş olmaktan henüz çok uzağız. Daha çok şu söylenebilir: Bugün donanım ve yazılım öylesine zenginleştirilmektedir ki, bunlar sayesinde özellikle C-64, fiziğin, kimyanın ve elektroniğin olduğu kadar, optiğin ve ısı tekniğinin tüm alanlarında “ölçüm hizmeti”ni başarıyla yerine getirmektedir. Kaldı ki, C-64'ün yaptığı iş yalnızca ölçmek de değildir. C-64 her türlü makinenin ve yukarıda adı geçen alanlara giren ölçme kurumlarının “yöneltme” ve “ayarlama” işleri için de aynı derecede uygun bir yapıya sahiptir. Bu sayede, örneğin ısılar mutlak bir sabitlikte tutulabilmekte ya da gaz basınçları ölçülebilmekte ve ayarlanabilmektedir. “Ölçme”, “yöneltme” ve “ayarlama” alanına giren başka bir ilginç konu da, robotların yöneltilmesinde bilgisayarın görev almasıdır. Okullar ise, bunun sağladığı imkânlardan neredeyse hiç yararlanmamaktadırlar. Bu tutum herhalde zorunlu olarak değişecektir. Çünkü robotlar bugün için uygulamaya yönelik pek çok meslek dallarında, örneğin otomobil ve çelik endüstrisinde kullanılmaktadır. Aynı şekilde, kimya endüstrisinde de sağlığa zararlı işler robotlar tarafından yürütülmektedir. Yakın bir gelecekte robotların katılım alanları daha da büyüyecek ve böylece okullar da bu konuyla esaslı bir biçimde ilgilenmek zorunda kalacaktır. Bu yazımızda öğretmenlere yönelik tek talebimiz, bilgisayara ilişkin “yeni” teknoloji ile hesaplaşma isteğini duymalarıdır. Bu konuda öğretmenler katında bir ilgi mevcut olduğu takdirde, bilgisayar, kendi payına, öğrencilerde de ilgi uyandırılmasına yardımcı olabilir. Çünkü bilgisayarla çalışmak insana zevk verir ve bu sayede her bir öğrencinin dikkati ve etkinliği gelişmiş olur. O
Uygulama yapabilirsiniz. Kitabınızdaki devre sorularını da şemaya uygun çözebilirsiniz. Anlatım bölümünden sonra hazırsanız sizi simülasyonlu test bölümüne alır. Bilinenleri verdikten sonra sizden sonucu ister ve ipucu verir. Siz bilemezseniz sorunun SONUCUNU verir. Sorular rasgele sayılarla karşınıza geldiğinden ezberlemeden çözmeyi öğrenirsiniz. Bu programı da sınıfta toplu eğitimde kullanabilirsiniz.
Elektrik dirençleriyle ilgili şema üzerinden konunun inceliklerini anlatır ve formülleri tanıtır. Basit şemadan karmaşık şemaya doğru açıklamalar yapar. Ve hazırsanız sizi simülasyonlu teste alır. Rasgele sayılarla sonsuz sayıda alıştırma yapabilirsiniz
Elektrik Coulomb kanunu Elektrik alanı Elektrik devreleri Manyetik alan Elektromanyetik Rutherford atom Fotonlar Atomlar ve madde dalgaları Konularında grafikle desteklenmiş 20 spesifik soru testi hazırlanmıştır. Sorular 5 şıklıdır. Yanlış cevap verildiğinde grafik destekli soru çözümünü açıklar.
indüksiyon
Hız İvme Vektör Ve bunlarla ilgili uygulamaları içeren spesifik 25 soruyu içerir. Her bir soruyu cevaplama süresi 1.5 dakikadır. 4 yanlış cevap 1 doğru cevaplanmış soruyu siler. Sorular 5 cevap şıklıdır. Formülü C-64 verir. Bilinmeyenleri kullanıcı öğretmen gibi belirler ve sorunun cevabını hesaplamanızı bekler. Yanlış cevap verildiğinde doğru cevap çözümünü açıklar. Sınavın sonunda becerileriniz değerlendirilir. Gelişmenizi görerek puanlarınızı yükseltebilirsiniz!
Dalgalar Hareket Isı kapasitesi Yoğunluk ve basınç Alan Hacim Denklem çözümleri Konuları ve alt başlıklarıyla ilgili tüm formülleri ayrıntılı olarak işlemektedir. Formüllerle soru/cevap ilişkisini uygulamalı yapabilirsiniz. Program, konu ile ilgili formülleri kavrayıncaya kadar çalışmanız için rasgele sayılarla sonsuz sayıda soru çözebilirsiniz. Denklem çözümleri bölümünde ise sayı kullanmadan denklemleri, kullanıcıya adım adım açıklayarak sonuca ulaşma metodunu öğrenmesini sağlar.
Mercek Yansıma Işın şemaları Kurallar ve tanımları Dışbükey mercek (uzak) Dışbükey mercek (yakın) Dışbükey büyüteç İçbükey mercek İçbükey ayna (uzak cisim) İçbükey ayna (yakın cisim) Başlıklarında laboratuvar tekniği ile açıklanmaktadır. Anlatım ve alıştırmaları şekil üzerinde yapabilirsiniz. Aynanın veya ışık kaynağı pozisyonuna göre yansımayı size gösterdikten sonra uygulamaya geçebilirsiniz. Çevik davranmazsanız bilgisayar sizinle şakalaşır.
Sorunun cevabını bulamazsanız, aynı soruyu başka sayılarla verdiğinden sonsuz sayıda alıştırma yapabilirsiniz.
Işığın davranışı Yansıma ve görüntüler Işığın kırılması Işıkta tanecik modeli Konularında spesifik 33 grafik destekli soru sorulmaktadır. Sorular 5 cevap şıklıdır. Yanlış cevap verildiğinde doğru cevabın çözümünü göstermektedir.
Ağırlık ve Kütle Karışımlar Arşimet Prensipleri Konularını içeren genel açıklamaları, formüllerini verir. Örnek soruda formüllerle çözüm aşamasını anlatır. Pratik bilgilerden sonra tip spesifik sorularla test yapar. Yanlış yaparsanız size doğru bulmak için şans tanır.
Kuvvetler, Noktasal denge, Paralel kuvvetler (moment, bileşkesi, dengesi) konularıyla ilgili kavramları, formüllerle ve grafik ile açıklar. Yeterli bilgi verildikten sonra konusuna göre spesifik soruları 5 şıklı olarak verir. Doğruyu bulmaktan umudunuzu keserseniz F tuşu yardımıyla çözümü görebilirsiniz.
Kuvvetler, Kesişen kuvvet dengesi, Paralel kuvvet dengesi konularını ve bunların alt gruplarını karşınıza otomatik olarak getirir. Konularını isterseniz menüden de seçebilirsiniz. Her değişik kuvvet tipinde grafik çizilir. Formülü çıkar ve altında açıklama yapılır. Bir öğretmen, sınıfta toplu olarak eğitimine yardımcı olarak kullanılabilir. Burada öğrendiğiniz teorik bilgileri ve formülleri kendi sorularınızda uygulayabilirsiniz.