Temel ve Türetilmiş Nicelikler
Diğer bilim dallarında olduğu gibi fizik biliminde de gözlem sonuçları, niceliklerin doğru ölçülmesine ve ölçüm sonuçlarının birimlerle ifade edilmesine dayanır. Bilim ve teknolojide tüm dünyada geçerli olan bazı birimler kullanılmaktadır. Örneğin terazi ile kütlesi ölçülen patates için kilogram, dereceli silindir ile hacmi ölçülen süt için litre, kronometre ile süresi ölçülen koşu için saniye, elektronik kumpas ile çapı ölçülen bir cisim için milimetre birimi kullanılır.
Ölçmede Standart Birimin Önemi
Fizik biliminde farklı yöntemlerle ölçülebilen nicelikler, benzerlik ve farklılıklarına göre gruplandırılır. Kütle, uzunluk, sıcaklık, zaman, basınç, direnç gibi niceliklerin büyüklükleri, aynı cinsten başka bir büyüklükle karşılaştırılarak ölçülebilir. Bir niceliğin büyüklüğünü karşılaştırmak amacıyla birimleri aynı cinsten olan nicelikler seçilir ve ölçüm sonuçlarının herhangi bir karışıklık olmadan belirlenebilmesi için birimlerin standart olması gerekir. Örneğin bir terazi ile bir karpuzun kütlesi 8 kg ölçüldüğünde bu ölçüm, karpuzun daha önce standart olarak belirlenmiş 1 kg'lık büyüklüğün 8 katı kütleye sahip olduğunu ifade eder; bu ölçme işleminde kütle birimi olarak kg kullanılmış ve bu birimin 8 katı olan kütle için ölçüm yapılmıştır.
İnsanlar, yaşadıkları dönemin ve toplumun özelliklerine göre ölçme işlemi için farklı birimler kullanmıştır. Bununla birlikte toplumlar arası etkileşimin artması, ticaretin gelişmesi ve bilimin evrensel yayılımı gibi durumlar ortak bir birim sistemi belirleme ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Böylece birimler sistemi, küresel bir dil olarak tüm bilim dallarının olmazsa olmazlarından biri hâline gelmiştir.
Uluslararası Birimler Sistemi (SI)
Dünya üzerinde kullanılan birçok birim sistemi vardır. En çok kullanılan birim sistemlerinden biri de Türkiye'de de kullanılan Uluslararası Birimler Sistemi'dir [Système International d'Unités (SI)]. Bu birimler sisteminde uzunluk "metre (m)", kütle "kilogram (kg)", zaman ise "saniye (s)" ile ölçülmektedir.
Uluslararası Birimler Sistemi; bilim, teknoloji, ticaret ve mühendislikteki ihtiyaçlar üzerine 1960 yılında Paris'te düzenlenen "Ağırlıklar ve Ölçümler Konferansı"nda tanımlanmış ve bu birimler sistemine resmî bir statü verilmiştir. SI'nın kabulü, uluslararası iletişimi kolaylaştırmıştır. Bu konferansta yedi temel nicelik belirlenmiştir:
| Temel Niceliğin Adı | Sembolü | SI'daki Birimi | Birimin Sembolü | Ölçüm Aleti |
|---|---|---|---|---|
| Uzunluk | ℓ | metre | m | cetvel, şerit metre, kumpas vb. |
| Kütle | m | kilogram | kg | kibble cihazı, dijital terazi vb. |
| Zaman | t | saniye | s | kronometre, atomik saat vb. |
| Elektrik akımı | i | amper | A | ampermetre |
| Sıcaklık | T | kelvin | K | termometre |
| Işık şiddeti | I | kandela | cd | fotometre |
| Madde miktarı | n | mol | mol | - |
Türkiye'de yapılan tüm ölçümleri güvence altına alan TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME), ülkemizde birim standartlarının doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamakla görevlidir.
Temel Nicelikler ile Türetilmiş Nicelikler Arasındaki Fark
Fiziksel nicelikler, temel nicelikler ve türetilmiş nicelikler olmak üzere ikiye ayrılır. Bu niceliklerin her biri belirli yöntemlerle ölçülür ve her birinin ayrı bir birimi vardır. Temel nicelikler doğrudan ölçülüp kendi başına ifade edilebilirken türetilmiş nicelikler, temel niceliklerle oluşturulan matematiksel bir model sonucunda tanımlanır. Örneğin uzunluk temel bir nicelik iken ağırlık türetilmiş bir niceliktir.
Ölçmede kullanılan bazı türetilmiş nicelikler şunlardır:
| Türetilmiş Nicelik | Sembolü | SI'daki Birimi | Birimin Sembolü |
|---|---|---|---|
| Alan | A | metrekare | m² |
| Sürat | υ | metre/saniye | m/s |
| Kuvvet | F | kilogram·metre/saniyekare (newton) | kg·m/s² (N) |
| Enerji | E | kilogram·metrekare/saniyekare (joule) | kg·m²/s² (J) |
| Basınç | P | kilogram/metre·saniyekare (pascal) | kg/m·s² (Pa) |
| Elektrik yükü | q | amper·saniye (coulomb) | A·s (C) |
Görüldüğü gibi türetilmiş niceliklerin birimleri, temel niceliklerin birimlerinin belirli matematiksel işlemlerle bir araya gelmesinden oluşur. Örneğin kuvvetin birimi olan newton (N), kütle biriminin (kg) uzunluk birimiyle (m) çarpılıp zaman biriminin karesine (s²) bölünmesinden elde edilir; bu da kuvvetin kütle, uzunluk ve zaman gibi temel niceliklerden türetildiğini gösterir.
Bir Niceliğin Hangi Temel Niceliklerden Türediğini Belirlemek
Fizik biliminde kullanılan niceliklerden biri olan gücün birimi kg·m²/s³'tür. Bu birimi incelediğimizde kg ile kütle birimi, m ile uzunluk birimi, s ile zaman birimi ifade edilmektedir. Buna göre güç niceliğini türetmek için kütle, uzunluk ve zaman temel nicelikleri kullanılmıştır. Bu örnek, karmaşık görünen bir türetilmiş niceliğin biriminin dahi, dikkatli incelendiğinde temel niceliklerin birer izini taşıdığını gösterir.
Bu ayrım, günlük hayatta karşılaşılan pek çok fiziksel niceliği sınıflandırmamıza yardımcı olur. Sıcaklık (K), zaman (s), elektrik akımı (A) ve kütle (kg) gibi nicelikler temel niceliklerdir; çünkü bunlar doğrudan ölçülür ve başka niceliklere bağlı değildir. Buna karşılık hız (m/s), yoğunluk (kg/m³) ve kuvvet (kg·m/s²) gibi nicelikler türetilmiş niceliklerdir; çünkü bunların birimleri, iki veya daha fazla temel niceliğin biriminin matematiksel bir işlemle birleştirilmesinden oluşur. Fizik biliminde bir problem çözerken ya da bir ölçüm yaparken kullanılan niceliğin temel mi yoksa türetilmiş mi olduğunu bilmek, o niceliğin birimini doğru anlamamızı ve doğru hesaplamalar yapmamızı sağlar.