Hareketsiz nesnelerin görünmez hareketi - Ran Tivony

Tüm dersi görüntüle: http://ed.ted.com/lessons/the-invisible-motion-of-still-objects-ran-tivony

Çevrenizdeki cansız nesnelerin çoğu tamamen hareketsiz görünüyor. Ancak herhangi birinin atomik yapısına derinlemesine bakarsanız ve sürekli hareket eden bir dünya göreceksiniz. Esneyen, büzüşen, yaylanan, titreşen ve sürüklenen atomlar her yerdeler. Ran Tivony, moleküler devinimin nasıl ve neden oluştuğunu açıklıyor ve bir gün durma ihtimallerini araştırıyor .

Zedem Media'nın animasyonu eşliğinde bir Ran Tivony dersi.

Cansız nesnelerin çoğu muhtemelen
tamamen hareketsiz görünüyordur.

Fakat herhangi birinin atomik yapısına
yakından bakarsanız,

sürekli devinim içerisinde olan
bir dünya görürsünüz.

Esneyen,

büzüşen,

sıçrayan,

titreşen,

sürüklenen atomlar her yerdedirler.

Ve bu hareket kaotik görünse bile
rastgele değildir.

Atomlar birbirlerine bağlıdırlar

ve neredeyse bütün maddeleri oluştururlar.

Atomlar belli bir ilkeye göre
hareket ederler.

Örneğin, molekülleri ele alalım.

Kovalent bağlarla
bir arada duran atomlardır.

Moleküllerin hareket edebilmesinin
üç temel yolu vardır;

dönme

yer değiştirme

ve titreşme.

Dönme ve yer değiştirme
molekülleri hareket ettirirken

atomlar aralarındaki
mesafelerini korurlar.

Diğer yandan, titreşim aralarındaki
bu mesafeyi değiştirir

ve molekülün şeklinin
değişmesine sebep olur.

Bir molekülün hareket edebileceği
farklı yolların sayısını bulabilirsiniz.

Bu molekülün serbestlik
derecesini belirler

ve sistemin bütününü anlayabilmemiz
için teknik bağlamda

hesaba katmamız gereken
değişkenlerin sayısı demektir.

Üç boyutlu uzay;
x, y ve z eksenleriyle tanımlanır.

Yer değiştirme sayesinde moleküller
bu eksenlerde hareket edebilirler.

Bu onlara 3 eksende
serbestlik derecesi sağlar.

Ayrıca, bu eksenler
etrafında da dönebilirler.

Bu 3 ek yön
daha demektir,

tabii karbon dioksit gibi
doğrusal atomları saymazsak.

Dönme hareketlerden biri molekülü sadece
kendi ekseni etrafında döndürür

ama atomların konumunu
değiştirmediği için bu sayılmaz.

Titreşimde işler biraz daha karışır.

Hidrojen gibi basit bir
molekülü ele alalım.

İki atomu bir arada tutan bağın uzunluğu,

bir yay ile bağlanmış gibi
sürekli değişmektedir.

Bu mesafe değişikliği, metrenin
milyarda birinden daha azdır.

Ne kadar çok atom ve bağ varsa
o kadar titreşim şekli vardır.

Örneğin, su molekülünün
3 adet atomu vardır;

bir oksijen ve iki hidrojen
ve iki bağ.

Bu üç farklı titreşim şekli sağlar;

simetrik esneme

asimetrik esneme

ve bükülme.

Daha karmaşık yapılı moleküllerin
farklı titreşim şekilleri mevcuttur;

sallanma,

dalgalanma

ve bükülme gibi.

Bir molekülün atom sayısını biliyorsanız,
titreşim şekillerini sayabilirsiniz.

İşe molekülün atom sayısının üç katı olan

toplam serbestlik derecesi ile başlayın.

Çünkü her atom üç farklı
eksende hareket edebilir.

Bu 3 eksen bütün atomlar
aynı yönde hareket ettiğinde

yer değiştirme hareketine tekabül eder.

Üç veya iki doğrusal moleküller için
bu dönme hareketi demektir.

Geriye kalan 3N-6 ve ya 3N-5
doğrusal molekülleri ise titreşimdir.

Peki tüm bu hareketin
ardındaki sebep nedir?

Moleküller hareket ederler
çünkü enerjiyi çevrelerinden

çoğunlukla ısı veya elektromanyetik
radyasyon şeklinde emerler.

Bu enerji moleküllere aktarıldığında ise,

titreşirler,

dönerler

veya daha hızlı yer değiştirirler.

Daha hızlı hareket temek moleküllerin
ve atomların kinetik enerjisini artırır.

Bunu sıcaklık ve termal enerjide
bir artış olarak tanımlıyoruz.

Mikrodalga fırınınızın yiyeceklerinizi
ısıtmak için kullandığı yöntem de budur.

Mikrodalga özellikle su molekülleri
tarafından emilen

mikrodalga radyasyonu yayar.

Gitgide daha hızlı haraket ederler,

birbirlerine çarpıp gıdanın sıcaklığını
ve termal enerjisini arttırırlar.

Buna başka bir örnek ise sera etkisidir.

Dünya'nın yüzeyine çarpan
güneş ışınlarından bazıları

atmosferden geri yansır.

Su buharı ve karbondioksit
gibi sera gazları

radyasyonu emer ve hızlandırır.

Daha sıcak ve hızlı olan moleküller,
tüm yönlerden radyasyon emerler

ve böylece dünyayı ısıtırlar.

Peki bu moleküler durur mu?

Bunun mutlak sıfırda
gerçekleşeceğini düşünebilirsiniz.

Yani mümkün olan en düşük sıcaklıkta.

Hiç kimse bir şeyi bu kadar
soğutmayı başaramadı,

bunu yapabilseydik bile moleküller,
sıfır noktası enerjisi denilen

bir kuantum mekaniği prensibi
nedeniyle hareket edecekti.

Başka bir deyişle, evrenin yaratıldığı
ilk andan beri her şey hareket halindedir,

ve biz gittikten sonra bile uzun
bir süre böyle devam edecek.