Çok sevdiğimiz çikolata bilimsel bir deneyin parçası da olabilir. Eğer isterseniz evde çikolata ve mikrodalga fırınınız var ise ışık hızını evde ölçebilirsiniz. Eğer evde çikolatanız yoksa onun yerine erime özelliğine sahip başka bir şeyle de bu deneyi yapmanız mümkün. Ancak öncelikle bunun nedenine bakalım.
Einstein’ın ünlü denklemi olan E = mc2 yi hatırlıyor musunuz? Buradaki c harfi bir çok kişinin bildiği gibi ışık hızını ifade eder. Einstein ışık hızı için “Evren’in hız limiti” demişti. İddiasına göre ışıktan hızlı gitmek nedensellik prensibini ihlal etmek demekti. Bugün ise Işık hızını yani fotonların hızını, kusursuz vakumda saniyede 299.792.458 metre biçiminde ölçüyoruz. İşte bu ışık hızını elbette yaklaşık olarak ölçmek için süslü ekipmanlara ihtiyacınız yoktur. Aslında size gerekenler bir mikrodalga fırın, cetvel, çikolata ve hesap makinesidir.
Ancak öncelikle neden normal fırın yerine mikrodalga fırın derseniz kısa bir açıklama yapalım. Mikrodalga fırınlar, belirlenmiş bir titreşim sıklığındaki radyo dalgalarını kullanır. Bu sayede besinlerdeki su molekülleri atomsal seviyede titreşmeye başlar ve ısı üretirler. Fırındaki besini pişiren şey aslında bu ısıdır. Besindeki bütün moleküller aynı anda titreşip ısı ürettiği için mikrodalga fırındaki besin, ısının besinin dış yüzeyinden yavaşça içine doğru seyahat etmesi gerektiği geleneksel fırındaki besinden daha hızlı pişer.
Normal koşullarda elektromanyetik dalgalar 400nm-700nm arasında dalga boyuna sahip oldukları zaman biz ona ışık diyoruz. Mikrodalga dediğimiz şey ise dalga boyu santimetre civarında olan elektromanyetik dalgalardır. Bu ön bilgiden sonra deneyimize geçelim.
Çikolata İle Işık Hızı Ölçme Deneyini Yapalım
1- Öncelikle döner tablayı mikrodalgadan çıkarın. Çikolatanın ısıtırken sabit bir biçimde kalması gerekiyor. Dönme eylemini durdurmak için bir tabağı ters çevirip dönere mekanizmanın üzerini kapatın.
2-Kare yada dikdörtgen biçimli, yeterli büyüklükte bir çikolatayı ambalajından çıkartıp fırının ortasına doğru koyun. Sonrasında da çikolatayı iki veya üç yerden hafifçe erimeye başlayana kadar ısıtın. Bu yaklaşık 20 -30 saniye sürecektir. Ardından fırını kapatın çikolatayı mikrodalgadan dikkatlice çıkarın. Sıcak olacaktır. Şimdi erimiş noktalar arasındaki mesafeyi ölçün.
3- Mikrodalga fırınınız standart bir model ise, 2,45 gigahertz frekansına sahip olacaktır. Bu frekansın kullanılmasının önemli bir sebebi vardır. 2.45 Ghz, su moleküllerinin rezonans frekansıdır. Bunun sonucu olarak 2.45 Ghz’lik mikrodalga ışıma en çok su tarafından emilecektir. Bu rezonans sayesinde de su molekülleri ısınacak, maddenin kendisi de pişecektir. Frekanstan emin değilseniz mikrodalga fırının kullanım kılavuzunuza bakın.
4- Az önce çikolata çubuğundaki erimiş noktalar arasındaki mesafeyi ölçmüştük. Şimdi bulduğunuz sonucu ikiyle çarpın. Neden iki ile çarptığınızı da açıklayalım. Erimiş noktalar arasındaki mesafeyi ölçmek size yarım dalga boyu verir. Tam bir dalga boyu elde etmek için mesafeyi ikiyle çarpmanız gerekir. Son olarak, bu sonucu hertz 2450000.000 ifade edilen frekansla çarpın. Yani iki erimiş çikolata arasındaki mesafe x 2 x 2450000000 = z biçiminde bir işlem yaptık.
Cevabınız ışık hızına yakın mıydı?
Z’yi ne kadar hesapladınız? Unutmayın, erimiş noktalar arasındaki mesafeyi santimetre olarak ölçtüyseniz, z de saniyede santimetre olacaktır. Saniyede metre cinsinden bir yanıt almak için bulduğunuz cevabı 100’e bölmeniz gerekmektedir. Diyelim ki erimiş her nokta arasındaki mesafe yaklaşık 6 santimetre. Bu durumda sonucunuz 6 x 2 x 2450000000 = 29400000000 cm/sn biçiminde olmalıdır. Bu da saniyede 294000000 metreye eşdeğerdir. Bu da ışık hızına oldukça yakın bir sonuçtur! Sonucunda yaklaşık olarak da olsa çikolata ile ışık hızı ölçümünü tamamladınız. Şimdi sıkı çalışmanızın ödülü olarak çikolatayı yiyebilirsiniz. Not: Lütfen genç arkadaşlarımız yanlarında bir yetişkin olmadan bu deneyi denemesinler.
Göz atmak isterseniz…
İleri okumalar:
- Leftover Valentine’s Chocolate? Use It to Measure the Speed of Light; https://www.wired.com
- How to Measure the Speed of Light With a Bar of Chocolate and Your Microwave; yayınlanma tarihi: 22 Ekim 2020; https://www.popularmechanics.com/science/a34199482/chocolate-microwave-speed-of-light-experiment/
- How to measure the speed of light – with CHOCOLATE!; yayınlanma tarihi: 25 Temmuz 2014; Bağlantı: https://www.youtube.com/watch?v=kpB1wezpJeE
Dip Not:
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım