Kavram Yanılgıları – Enerji

Araştırmalar sonucunda görülmektedir ki öğrenciler fizik konularında bir çok kavram yanılgısına sahiptirler. Öğrencilerin sahip oldukları bu kavram yanılgıları, onların günlük yaşamda çevre ile etkileşimli sonucu ortaya çıkmaktadır ve sınıfa geldiklerinde sahip oldukları bu ön kavramlar ile gelirler. Öğrencilerin sahip olabileceği kavram yanılgılarını bilmek bunları düzeltmek için çaba sarfetmenin ilk adımlarındandır.

Burada önemli bir fizik kavramı olan "enerji" hakkında sahip olunan bazı kavram yanılgılarının vereceğiz. Önümüzdeki günlerde, kavram yanılgılarını gidermekte bize yardımcı olacak "kavramsal değişim" metodları üzerine yazılarımız olacak.

Continue reading “Kavram Yanılgıları – Enerji” »

Işık Hakkındaki Kavram Yanılgıları

  • Işık sadece ışıktır ve kaynağı yoktur.
  • Işık bir taneciktir.
  • Işık parçacık ve dalga karışımıdır.
  • Işık dalgaları ve radyo dalgaları aynı şey değildir.
  • Işık hızı değişmez.
  • Işık ve madde arasında etkileşme yoktur.
  • Bütün renklerin birleşmesinden siyah oluşur.
  • Kırılma sırasında ışığın rengi değişir.
  • Kırılma dalgaların eğilmesidir.
  • Madde ve Özellikleri Hakkındaki Kavram Yanılgıları

    • Gazlar madde değildir, çünkü çoğu gaz görünmez.
    • Gazların kütlesi yoktur.
    • Koyu sıvılar suya göre daha yüksek bir yoğunluğa sahiptirler.
    • Madde miktarını belirlemekte kullanılan kütle ve hacim ifadeleri aynı özelliklerdir.
    • Hava ve oksijen aynı gazlardır
    • Helyum ve sıcak hava aynı gazlardır.
    • Katıların parçacıkları hareket etmezler.
    • Maddeler yanlıca maddenin hallerinden birinin özelliklerini sergileyebilir.
    • Parçacıklar oluşturdukları materyaller ile aynı özelliklere sahiptirler. Örneğin; bakır atomları turuncu ve parlaktır, gaz moleküleri saydamdır ve katı molekülleri serttir.. gibi
    • Erime/donma ve kaynama/yoğunlaşma çoğunlukla sadece suya ait bir özellik gibi düşünülür.
    • Parçacıklar, oluşturdukları cisimlerin mini versiyonları olarak görülürler.
    • Parçacıklar, taslaklarda çoğu zaman saptırılırlar (yanlış belirtilirler). Atomlar ve moleküller arasında hiçbir ayrım yapılmaz.

    Newton Kanunları Hakkındaki Kavram Yanılgıları

  • Etki ve tepki kuvvetleri aynı cisme etki eder.
  • Newton kanunları ile kinematik arasında bir ilişki yoktur.
  • Kütle ve ivmeden oluşan, m.a, kuvvettir.
  • Sürtünme hareket doğrultusunda etki edemez.
  • Normal kuvvet cismin ağırlığına eşittir.
  • Denge, cime etki eden bütün kuvvetlerin eşit olması demektir.
  • Sadece hareketli şeyler kuvvet etki ettirebilir, hareketsiz cisimler kuvvet etki ettiremezler.
  • Bir cisme kuvvet uyguladığımızda bu cisim elimizden çıktığı anda (fırlattığımızda) hala o kuvvetin etkisi altındadır.
  • Hareket, Newton Kanunları Konularındaki Yanlış Algılamalar

    SABİT İVMELİ DOĞRUSAL HAREKET



    1)Öğrenciler,şekildeki V-t grafiğini çizerken,t-2t zaman
    aralığında ivme azaldığı için hızın da azaldığını düşünüyorlar.Halbuki hız
    artmaya devam ediyor,ancak artış miktarı azalıyor.



    2)Öğrenciler,t anında hızın yönünün değiştiğini
    düşünüyorlar.Halbuki hız t anında azalmaya başlamıştır.



     


    NEWTON’UN HAREKET KANUNLARI



    1.


    Düzgün dairesel hareket yapan bir cisme sadece merkeze doğru bir
    merkezcil kuvvet etki eder,öğrenciler merkezkaç kuvvetin bu kuvveti
    dengelediğini düşünürler ki böyle olsa net kuvvet sıfır olacağından cisim
    doğrusal bir yörüngede hareket eder.merkezkaç kuvvet,dönen cismi referans
    sistemi olarak aldığımızda gözlenen bir eylemsizlik kuvvetidir(hayali
    kuvvet).Referans sistemini dairenin merkezi olarak aldığımızda cisim merkezcil
    kuvvetin kazandırdığı ivmeyle hareket eder.



    2.


    Bu yanlış anlama Newton’un 3.Kanunu olan Etki-Tepki Prensibiyle
    ilgilidir.Öğrenciler  bir cisme yatay bir yüzeyin gösterdiği tepki
    kuvvetinin daima cismin ağırlığına eşit olduğunu (N=G)düşünürler ki bu durum
    özel bir durumdur. Cisme etkiyen F kuvvetinin düşey bileşeni tepki kuvvetini
    azaltmakta veya arttırmaktadır.


    3.


    Bir yüzeyin sürtünme kuvveti Fs=k.N den hesaplanır ve
    bu kuvvet şekil1 deki yüzey üzerinde kayan cisme etkiyen sürtünmenin büyüklüğünü
    verir.Ancak şekil2 deki duran cismi k.N=k.m.g den daha küçük bir kuvvetle
    çekersek cisme etkiyen sürtünme kuvveti çekme kuvvetine eşit olur.Böyle bir
    durumda öğrenciler genelde sürtünme kuvvetini k.N olarak alıyor ve k.N nin F’den
    büyük olamayacağını düşünmüyorlar.Şekil2 de Fs=k.N olsa cisme
    sola doğru Fnet=Fs-F etki edecektir.Bu durumda da cismin
    ivmeli bir hareket yapması gerekir ki cisim durduğu için bu imkansızdır. Demek
    ki F<k.N için sürtünme kuvveti F’ye eşit olmalıdır ki Fnet=0 olsun
    ve kütle hareketsiz kalsın.

    Atışlar ve Dairesel Hareket Konularındaki Yanlış Algılamalar

    YATAY ATIŞ





    1. Hareketin, 2 boyutta 2 farklı türde hareket olduğu öğrenciler tarafından kavranamıyor. Bunu açıklayabilmek için yatay atış hareketini x ve y doğrultularında ayrı ayrı formülleri ve grafikleri vermeliyiz.

    x doğrultusunda Newton’un I.kanununa göre cisme net bir dış kuvvet etki etmediği için cisim sabit hızlı hareket eder.

    Vx = Vox Fx = 0 ax = 0 (fsürtünme = 0)
     




    • Öğrencilere hareket formülleri ezberletildiği için, formülde (-) işaretini gören öğrenci cismin düzgün yavaşlayan hareket yaptığını düşünmektedir.
       


    2. Aynı açı ve aynı hızla atılan farklı kütleler aynı noktaya aynı sürede ulaşacaktır. Bunu enerjinin konumundan yararlanarak açıklayabiliriz.


    EĞİK ATIŞ



     



    1. Cisim 2 boyutta 2 farklı türde hareket yapar. Öğrenciler burada grafikleri ve formülleri yorumlamada zorluk çekmektedirler. Cisim x doğrultusunda sabit hızlı hareket eder.

    X = Vox . t                 Vx = Vox = Vo .Cos
     



    Cisim y doğrultusunda T noktasına kadar düzgün yavaşlayan T noktasından sonra düzgün hızlanan hareket yapmaktadır. Konum formüle bakarak öğrenciler cismin hareket boyunca düzgün yavaşlayan hareket yapacağını sanmaktadırlar.

    Vy = Voy – gt
    y = Voy -1/2 gt2 (Hareketin her noktasında geçerlidir)
     



    Öğrenciler (V,f) grafiğine bakarak grafik çizgisi doğrultusunda cismi atılıyor sanmaktadırlar.

    2. Öğrenciler formülerde “t” zamanını doğru olarak seçemiyorlar. Örneğin;

    y = Voyt -1/2gt2 ifadesinde hareketin başlangıcından itibaren geçen toplam süre “t” olarak yazılabilirken,

    T noktasından sonra cisim yatay atış hareketi yapıyor gibi düşünüldüğünde yatay atış hareketine ait formüller kullanılıyorsa, geçen süreyi yazarken T noktasından itibaren geçen süreyi almalıyız.
     


    3. Atış açısı 0° < x < 45° arasında 45°’ye yaklaşırken menzil uzaklığı artmakta 45°’den 90°’ye doğru gittikçe menzil uzaklığı azalmaktadır. Öğrenciler bunun nedenini açıklayamamaktadır.


    4. Birbirlerini 90°’ye tamamlayan açılarla atılan cisimler aynı noktaya düşmektedir. Öğrenciler bunların aynı anda aynı noktaya düşeceğini düşünmektedirler.


    Düzgün Dairesel Hareket Konusundaki Yanlış Algılamalar



    1. Dairesel hareket için kuvvet gerekli değildir.

    Cisme direk etkileyen bir kuvvet yoktur. Bu yüzden öğrenci dairesel harekette kuvvetin gerekmediği izlenimine kapılır.

    2. Merkezkaç kuvveti gerçektir.

    Liselerde okutulan fizik kitabında merkezkaç kuvvetinden hiç bahsedilmemiş. Fakat bazı kitaplarda merkezkaç kuvvetinden bahsediliyor. Bu yüzden öğrenci bu kuvvetin gerçek bir kuvvet olduğunu düşünüyor. Öğrencilere merkezkaç kuvvetinin yalancı bir kuvvet olduğunu, bir eylemsizlik kuvveti olduğunu söylemeliyiz.

    3. Sabit hızlı dairesel hareket yapan cismin ivmesi yoktur.
    Öğrenciler, hızın sadece büyüklüğünde bir değişme olması sonucu ivmenin olacağını düşünüyorlar. Oysa hızın yönün değişmesiyle de ivme doğar. Bunu öğrencilere ispatlamak gerekir.


    4. Dairesel hareket yapan cisim serbest bırakıldığında dairesel harekete devam eder.Öğrencilere hareketin devam edemeyeceği deneyle ispatlanmalıdır.


     


    Sarmal Yayın Hareketi Konusundaki Yanlış Algılamalar

    1. Sıkıştırılmış duran yayın kinetik enerjisi vardır. Bu yanlış algılamayı ortadan kaldırabilmek ve öğrenciye daha iyi anlatabilmek için yayın hareketine ait çizimleri tek tek yapmalıyız.

    Sürtünmesiz yatay bir düzey üzerinde kayan bir blok hafif bir yayla çarpışır. Yay sıkışırken, blok üzerine sola doğru bir kuvvet uygular ve sonunda blok durur. Blok + yay sisteminin ilk enerjisi, bloğun ilk kinetik enerjisidir. Blok, yayla çarpıştıktan sonra durduğunda kinetik enerjisi sıfır olur. Yay kuvveti korunumlu olduğundan ve sistem üzerinde iş yapabilecek başka dış kuvvet bulunmadığı için, sistemin toplam mekanik enerjisi sabit kalmalıdır. Mekanik enerji, bloğun kinetik enerjisi ile yaydaki esneklik potansiyel enerjisinin toplamıdır. O halde bloğun kinetik enerjisinden, yayda depo edilen potansiyel enerjiye bir enerji aktarımı vardır. Sonunda, blok zıt yönde hareket eder ve  kinetik enerjisini kazanır.

    Blok-yay sisteminin toplam mekanik enerjisi

    E =1/2 m V2 + k x2

    Sıkıştırılmış duran yayda sıkışma maksimumdur ve hız sıfırdır. Buna göre,

    E = m (0)2 +1/2 k A2

    E = 1/2 k A2    Potansiyel enerji maksimum

    Görüldüğü gibi sıkıştırılmış duran yayın kinetik enerjisi sıfırdır ve potansiyel enerjisi maksimumdur.

    2. Yalnızca, sıkıştırılmış duran yayın bir potansiyel enerjisi vardır.

    Herhangi bir x yer değiştirmesi için bloğun hızı v olduğunda kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı, toplam mekanik enerjiye eşittir.

    E = K + U
    E = 1/2 m V2 +1/2  k x2

    Yayın herhangi bir x yer değiştirmesinde de enerjisi vardır.

    3. Sadece salınım hareketi yapan yayın bir enerjisi vardır.Yay sıkıştığında blok durur ve hız sıfır olur. Bloğun kinetik enerjisinden yayda depo edilen potansiyel enerjiye bir aktarım vardır. Yani enerji tümüyle potansiyel enerjidir. Salınım hareketi yapmayan yayında bir enerjisi vardır.

    Manyetizma Konusundaki Yanlış Algılamalar

    Yanlış Algılamalar



    • Manyetik kutupların ayrılamaması ile ilgili yanlış algılamalar
    • Manyetik alan çizgilerinin yönünün saptanmasında yanlış algılamalar
    • Mıknatıslarken neden hep aynı yönde sürtüldüğü anlaşılmakta zorlanan bir başka noktadır.
    • Sağ el kuralı uygulamalarında yanlış algılamalar vardır.
    • Yerin manyetik alanı konusundaki şekiller kimi kitaplarda hatalı verilmiş
    • Eğilme ve sapma açılarının anlaşılmasında da güçlük yaşanıyor
    • Aynı yönde ve farklı yönde akım geçen akım geçen iki telin oluşturduğu manyetik alan ve bu alandan kaynaklanan kuvvetin yönü konusunda çelişkiler duymaktadır öğrenciler.

       

    Yaptığımız araştırmalar sonunda bu konularla ilgili yanlış algılamalar konusunda lise öğrencileri üzerinde yapılan bir ankette aşağıdaki sorular ve yanıtlar yer almaktadır:

    1-Manyetik alan kaç boyutludur?

    Sorusuna öğrencilerin verdiği cevaplar ‘1 boyutlu,2 boyutlu,boyutsuz ve nadiren de 3 boyutlu’ şeklinde olmuştur.Bunun nedeni de öğrencide boyut kavramının yerleşmesini sağlayan analitik geometri dersinin lise 3. sınıfın ikinci döneminde okutulup,manyetik alan konusunun ise lise 2. sınıfın ikinci döneminde veriliyor olmasıdır.

    2-Mıknatıslardaki manyetik alanların kaynağı aşağıdakilerden hangisidir?

    A)Mıknatısın yapıldığı madde
    *B)Hareketli yükler
    C)Durgun yükler
    D)Hiçbiri
    E)Diğerleri
    Öğrencilerin verdiği cevap mıknatısın yapıldığı madde şeklinde olup,doğru cevap ise hareketli yüklerdir.


    3-Dünyanın manyetik kutuplarının kaynağı nedir?

    Dünyanın kendi ekseninde dönmesi ve dünyanın çekirdeğindeki ağır metaller doğru cevaptır.Ancak öğrenciler ‘dünyanın eksenindeki dev mıknatıs ‘cevabını vermişlerdir.

    4-Dünyanın manyetik alanının gücüyle ilgili açıklamalardan hangileri doğrudur şeklinde bir soru yöneltildiğinde öğrencilerin verdiği cevaplar;’Tüm yüzeyde manyetik alanın gücü eşittir’ şeklinde olup,doğru cevap;’manyetik alan her yerde farklıdır’ olması gereklidir.

    5-Manyetik alan çizgileri;
    1-Başı ve sonu olmayan kapalı eğrilerdir.
    2-Mıknatısın dışında ,N’ den S’ ye yöneldiği varsayılır.
    3-Mıknatısın içinde S’ den N’ ye yöneldiği varsayılır.
    Hangileri doğrudur?

    Doğru cevap 1-2-3 olup , öğrenciler mıknatısın içinde manyetik alan yok diyorlar,kimisi de N’ den S’ ye diyor.


    6-


    1.Durgun olan yükün çevresinde yalnız elektrik alanı vardır.
    2.Hareketli yükün çevresinde yalnız manyetik alan vardır.
    3.Hareketli yükün çevresinde elektrik alanı ile birlikte manyetik alanda vardır.
    Hangileri doğrudur?

    Doğru cevap 1 ve 3 olacaktır.

    Kütle ve Ağırlık

    Ölçme ve Birim Sistemleri:



    Liselerde birim sistemlerine yer verilmiyor. Genelde bir saatte işlenip geçiliyor. Öğrenciler de birimler tam oturmuş değil. Fizikteki çoğu kavramın birimlerini bilmiyorlar. Sadece sayıyla ifade ediyorlar. Birimlere daha fazla yer verilmelidir.



    Kuvvetler
    Vektörlerin toplanmasında uç uca ekleme metodunda bileşke vektörün yönü yanlış çiziliyor.Lami teorisinde küçük açının karşısında büyük kuvvet bulunur, ifadesi karıştırılıyor. Küçük açının karşısında küçük kuvvet bulunur diye düşünüyorlar.

    Moment ve Denge



    Vektörel büyüklük olduğu karıştırılıyor. Momentin yönünü bulmada zorlanıyorlar. Momenti hesaplarken dik uzaklığı bulmada zorlanıyorlar. Denge şartları tam uygulanamıyor. Etki-tepki kuvvetlerinin yönleri karıştırılıyor.

    Ağırlık Merkezi:



    Katı bir cismi hangi noktasından asarsak asalım ipin uzantısı ağırlık merkezinden geçer, ifadesi tam anlaşılmıyor. Çıkarılan parçanın momentin (-) alınmasının nedeni açıklanmıyor.

    Kütle ve Ağırlık
    Kütle ve ağırlık kavramları karıştırılıyor. Birbiri yerine kullanılıyor.
    Kütle sabit, ağırlık değişkendir. Kütle eşit kollu teraziyle, ağırlık dinamometre veya baskülle ölçülür.
    Her ikisi de ayırt edici özellik değildir.
    Eşit kollu terazinin uzayda çalışacağını düşünüyorlar.
    Ağırlık ve kütle merkezlerinin yerlerini karıştırıyorlar. Ağırlık vektörünün yönünü karıştırıyorlar.
    Fizikteki ifade edilen skaler ve vektörel büyüklükler arasındaki farkı tam iyi bilmiyorlar.
    Fizikte ağırlık merkezi ile ilgili problem çözerken cisimden parça çıkarılırken çıkarılan parçanın ağırlık vektörünü soru çözerken yukarı yönlü alıyorlar. Oysaki ağırlık vektörünün çözümü aşağıya yönlüdür.
    Kütle ve ağırlık merkezinin bulunamayacağını bilmiyorlar. Şeker, suda eridiğinde kütlesinin kaybolduğunu düşünüyorlar.
    Aydaki yerçekimi dünyadakinden daha fazla olduğu yada ayda yerçekimi kuvveti olmadığı düşünüyorlar. Aşağıya inildikçe yerçekimi kuvvetinin azalacağını düşünüyorlar.

    Işık Konusundaki Yanlış Anlatımlar

    Müfredatta sıralama hatası söz konusu. Işık ve özellikleri (Kırılma, Yansıma, Yayılma) öğrenciye Lise-2’de verilirken, ışık modelleri Lise-3 konuları
    içerisinde veriliyor.
    Kırılmada hız, dalga boyu, frekans, periyot,… gibi değişkenlerden bahsedilirken, bu değişkenler ışık modellerinde işleniyor.Yani ışığın yapısı
    bilinmeden davranışı anlatılıyor.

     Kırılma indisi kavramı, yanlış kullanılıyor. Sanki ışık ortamı /kırıyormuş izlenimi veriyor. Oysa ortam ışığı kırıyor. Kırılma indisi yerine ‘kırıcılık
    yada kırma indisi’ ifadesi daha doğru bir ifade olabilir.

    Işığın kırılmasının, ortamların yoğunluk farkından kaynaklandığı söyleniyor.gerçekte ışığın kırılma nedeni, ortamların kırıcılıklarının farklı
    olması.Yani az yoğun-Çok Ortam yerine, Az Kırıcı-Çok Kırıcı Ortam ifadeleri kullanılmalı.

    Mutlak Kırıcılık indisi ile Bağıl kırıcılık indisleri birbiriyle karıştırılıyor.Karıştırılmanın en büyük sebebi havadan (n=1) başka bir ortama
    geçişte bağıl ve mutlak kırıcılık indisinin eşit olması.

    nmutlak=nortam/nhava , nbağıl=n1.ortam/n2.ortam

    Renkli ışıkların bazılarının(renk seçimine göre) renkli ortamlarda soğurulması olayında, soğurma yerine yutar ifadesi kullanılıyor. Sanki soğurulan ışık yok
    oluyormuş gibi ifade ediliyor. Oysa burada cismin renginden farklı renkteki ışınların, enerjilerinin soğurulmuş olması, söz konusu.

    Isı ve Sıcaklık Konusundaki Kavram Yanılgıları

    ISI VE SICAKLIK KONUSUNDAKİ KAVRAM YANILGILARI

    • Isı sıcakla ters orantılıdır.
    • Isı ve sıcaklık aynı kavramlardır.
    • Isı sabittir değişmez
    • Sıcaklık potansiyel enerji ile ilgili bir olaydır.
    • Saf su iyi bir ısı iletkenidir.
    • Su molekülleri arasında ısı iletkenliği vardır
    • Moleküller arası boşluğu fazla olan sıvılar çabuk ısınır
    • Maddelerin sıcaklığı en fazla donma noktalarına kadar düşürülebilir.
    • Mutlak sıfırda madde kaybolur.
    • Cisimler donma noktasına ulaştıktan sonra sıcaklığı değişmez.
    • Isı bir enerji değildir.
    • Isı alışverişlerinde enerji korunmaz.
    • Özısısı küçük olanın ısısıda küçüktür.
    • Kazaklar insanları daha çok ısıtır.
    • Sıcaklıkları Oo C nin altındaki cisimler soğuk cisimlerdir.
    • Soğuk cisimler katı halde bulunurlar.
    • Buharlaşan sıvının sıcaklığı yüksektir.
    • Buharlaşma için sıvı kaynama noktasına ulaşmalıdır.
    • Buharlaşma iç basıncın dış basınca eşit olduğu an gerçekleşir.
    • Soğuk bir ortamda bulunan metal maddeler, aynı ortamda bulunan ahşap maddelerden daha soğuktur.
    • Sıcaklık transfer edilir.

    Not: Burada listelediğimiz maddeler "kavram yanılgılarıdır". Örneğin ısı ve sıcaklık aynı kavramlar değildir.

    Konu ile ilgili bazı kaynaklar:

    • Aydoğan, S., Güneş, B. & Gülçiçek, Ç. (2003). Isı ve sıcaklık konusunda kavram yanılgıları. G. Ü. Gazi Eğitim Facultesi Dergisi, 23: 111-124.
    • Clough, E. E. & Driver, R. (1985). Secondary students’ conceptions of the conduction of heat: bringing together scientific and personal views. Physics Education, 20: 176-182.
    • Erickson, G. L. (1979). Children’s conceptions of heat and temperature. Science Education, 63: 221-230.
    • Eryılmaz, A. & Sürmeli, E. (2002). Üç-aşamalı sorularla öğrencilerin ısı ve sıcaklık konularındaki kavram yanılgılarının ölçülmesi. V. Ulusal Fen Bilimleri Kongresi
    • Harrison, A. G., Grayson, D. J. & Treagust, D. F. (1999). Investigating a grade 11 student’s evolving conceptions of heat and temperature. Journal of Research in Science Teaching, 36: 55-87