TEMEL FİZİK VE SES FİZİĞİ

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/332976890

TEMEL FİZİK VE SES FİZİĞİ

Presentation · May 2019

CITATIONS

0

READS

334 1 author:

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

nanocompositesView project Ertugrul Izci

Eskisehir Technical University 23PUBLICATIONS   45CITATIONS   

SEE PROFILE

All content following this page was uploaded by Ertugrul Izci on 10 May 2019.

The user has requested enhancement of the downloaded file.

TEMEL FİZİK VE SES FİZİĞİ

Hazırlayan:

Yard. Doç. Dr. Ertuğrul İZCİ

TEMEL FİZİK VE YÖNTEMLER

Dil ve konuşma terapisti için belki en önemli şey Fiziğin ses fiziği (akustik) alanıdır.

Belki şu söylenecek yalnızca bu alan konusunda bilgi verin. Biz öyle yapmayacağız.

Sadece bu alanla ilgilenmeyeceğiz, önce temel fizik ilkeleri konusunda bilgi vereceğiz, bu bilgiyi mekanik dalgalar fiziğine doğru genişleteceğiz ve en sonunda da bir mekanik dalga olan ses konusunu inceleyeceğiz. Yani kısaca söylemek gerekirse, bu derste amacımız, fizik ilkelerinin temelinin anlaşılması ve bu temelin üstüne ses

fiziğinin inşa edilmesine dayanacak.

Neden Temel Fizik ve Ses Fiziği Dersini alıyorsunuz?

Fizik ve Mühendislik Fakülteleri bölümleri dışında, birçok bölüm öğrencileri almaları gerekli olan Fizik dersini, branşlarına giden yolda gereksiz olarak görürler. Gerçekte ise bu doğru değildir. Fizik, temel bilimlerden biridir ve ilkeleri, diğer teknik alanların tümünde çalışılan doğal olayların temelini teşkil eder. Bunun için pek çok akademik programda fizik veya onun bir alt dalı, vazgeçilmez bir ders olarak okutulur.

Fiziğin Doğası

Bir teori, tamamen kabul gördüğünde ve geniş kullanım alanı bulduğunda fiziksel yasa (ilke) adını alır. Newton Yasaları, Enerjinin korunumu yasası gibi.

Fizik, evrendeki doğal olayların anlaşılmasıyla ilgili deneysel gözlemlere ve nicel ölçümlere dayanan temel bir bilim dalıdır.

Fizikçiler doğadaki olayları ve olguları gözler, bu olguların arkasındaki ilkeleri ve oluş biçimini anlamaya çalışırlar.

Bunun için doğal olayları anlamak için deneyler ve gözlemler yaparlar ve bu deney ve gözlemlere dayanan teori (kuram) öne sürerler. Yani, bir teori, doğal olayların gözlemler ve kabul edilmiş temel ilkeler çerçevesinde açıklanmasıdır.

Ölçme için, üzerlerindeki işaretleri kullanırız. Ölçme işlemi sonucunda, ölçü aletinin üzerindeki işaretlerden ölçülen fiziksel büyüklüğün şiddetini bulunur. Saymadan farklı olarak, ölçmede elde edilen sonuç kesin olmayabilir. Ölçme yaparken sonucu belirtmek için çoğunlukla tamsayı kullanmayız.

Bir şeyi nicelleştirmenin en basit yöntemlerinden birisi saymaktır. Bu yöntem elmalar, armutlar, çocuklar gibi ferdi birimlere sahip olduğumuz her yerde uygulanabilir. Niceliği ifade etmek için tam sayıları kullandığımız için sayma, kesin bir nicelleme işlemidir.

Ölçme

Miktar belirlemenin bir diğer yöntemi, ölçmektir. Bir fiziksel büyüklüğün birim adı verilen belli bir standartla kıyaslanmasına ölçme denir.

Ölçme işlemlerinin gerçekleştirilebilmesi için ölçü aletleri geliştirilmiştir. Örneğin uzunluk, sıcaklık, zaman belirlemede cetvel, termometre ve saat ekranı geliştirilmiştir ve

3. Tutarlılık: Bir büyüklüğün ölçü aleti ile yapılan ölçmesinin her tekrarlanışında aynı sonuç olmalıdır.

Fiziksel ölçü aletlerinin sahip olması gereken özellikler:

1. Duyarlılık: Ölçü aleti yapılacak ölçümlere göre yeterli duyarlıkta olmalıdır. Kuyumcu terazisi ile un tartılmaz.

2. Doğruluk: Ölçü aletinin sıfır ayarı ve göstergenin bölmelendirilmesi doğru yapılmış olmalıdır.

Bir ölçü aletinin göstergesindeki en küçük bölmeye Ölçek birimi adı verilir.

Örneğin, milimetre bölmeli bir cetvelde ölçek birimi milimetredir.

Ölçme birimi ne kadar küçükse, ölçme o kadar hassas olur.

Ne kadar dikkatli ölçüm yaparsak yapalım, ölçüm aletinin sınırından daha hassas sonuç elde edemeyiz. Bir ölçümün gerçek değeri, işaret çizgisinin en az yarım bölme altında veya üstündedir. Örneğin mm ile bölmelenmiş bir metre çubuğunun duyarlılık (hassasiyet) sınırı 0,5 . Sonuç olarak, Bir ölçme aygıtının duyarlılık sınırı, en yakın iki bölme aralığının yarısı kadardır.

Aynı ölçüm aleti kullanılarak, aynı niceliğin pek çok defa ölçüm sonucu, çoğunlukla aletin duyarlılığından daha farklıdır. Bu çeşit hatalar rastgele hatalar olarak isimlendirilir. Bu tip hatalara engel olunamaz. Ölçüm sayısını artırarak azaltılabilir. Ölçüm almak için kullanılan şehir voltajındaki ani değişimler, ortam sıcaklığındaki değişmeler, bu tip hatalara örnektir. Deney verilerinde ortalama değerden çok büyük sapmalara neden oldukları için, rastgele hatalardan kaynaklanan değerler hesaba dahil edilmezler.

Fiziksel ölçümlerde yapılan hatalar:

Ölçmedeki belirsizlik, yanlış tasarımdan veya cihaz kalibrasyonundan, yanlış okuma ve yanlış değerlendirmeden de ortaya çıkar. Bu tür hatalar olarak adlandırılır. Ölçümün gerçek değerinden daima küçük veya büyük olmasına yol açar. Bu tür ölçmede hassas olmaz.

1. Sistematik hatalar

2. Rastgele hatalar

Birim Sistemleri

Bir fiziksel niceliğin büyüklüğü, kendisine benzer bir standartla kıyaslanarak ölçülür. Standart olarak seçilen fiziksel büyüklüğe birim adı verilir. Ölçme sonucunda fiziksel niceliğin büyüklüğü, standardın katları olarak, birimi ile birlikte ifade edilir.

Birim

İnsanlar eski çağlardan bugüne ölçme işlemini sürekli yapmışlardır. Bunu yaparken de yaşadıkları coğrafyaya bağlı olarak farklı birim sistemleri kullanmışlardır. Örneğin islam toplumunda uzunluk ölçmek için arşın, endaze, kütle ölçmek için dirhem ve okka kullanılmıştır.

Toplumlar arası bilimsel ve ticari alışveriş artıkça, toplumların farklı birim sistemleri kullanmaları sorun yaratmaya başlamıştır.

Hassas ve güvenilir ölçümler yapabilmek için değişmeyen ve farklı yerlerdeki gözlemcilerin aynen tekrarlayabilecekleri ölçüm birimlerine ihtiyaç duyuldu.

Bir de SI’ ın yardımcı birimleri vardır. Bunlarda yan alttaki şekilde verilmektedir.

Dünyanın büyük bir kısmında kullanılan metrik sistem diye bilinen ve 1969’ da Uluslararası Sistem (SI) olarak isimlendirilen sistemdir. SI Birim sisteminin yedi tane temel büyüklüğü vardır. Bu temel büyüklükler, birimleri ve birimlerinin sembolleri yandaki şekilde verildi

Bütün fiziksel büyüklükler bu temel büyüklüklerin birimleri cinsinden ifade edilir. Bunlarında pek çoğu kendine özgü isimler alır. Temel büyüklükler cinsinden ifade edilebilen fiziksel büyüklüklere Türetilmiş Büyüklükler denir. Türetilmiş büyüklüklere bazı örnekler yandaki tabloda verilmektedir.

Türetilmiş Büyüklükler

Kütle birimi olan kilgramın standardı: Platin- iridyum alaşımı özel bir silindirin kütlesidir. Paris yakınlarında Sevres deki Uluslararası Birimler ve Ölçümler Bürosunda korunmaktadır

.

Uzunluk birimi olan metre standardı: Işığın boşlukta 1/299792458 saniyede aldığı yoldur.

Zaman birimi olan saniyenin standardı: ¹³³Cs atomunun belirlenen geçiş periyodunun 9192631770 katıdır.

Temel Birimleri tanımladıktan sonra aynı fiziksel büyüklük için daha büyük veya daha küçük birimleri tanımlamak kolaydır. SI’ da bu birimler, temel birime bağlı olarak 10’ un veya 1/10’ un katları cinsinden ifade edilirler. Örneğin 1 kilometre= 1 kg = 1.10³m

Birim Ön Ekleri:

Sadece Amerika Birleşik Devletleri ve birkaç ülkede kullanılmaktadır.

İngiliz Birim Sistemi:

1 ft= 0,3048 m 1 slug = 14,59 kg

Skaler ve Vektörel Büyüklükler

Koordinat ve Referans Sistemleri:

Fiziğin pek çok dalı, uzaydaki yerleşim düzeniyle ilgilenir. Bir cismin uzaydaki yerinin öncelikle tanımlanması gerekir. Bu işlem koordinat sistemleri yardımıyla yapılır. Bir doğru üzerinde bulunan bir nokta tek bir koordinatla, düzlemdeki bir nokta, iki koordinatla ve uzayda bulunan bir nokta da üç koordinatla tanımlanabilir.

1. Orijin adı verilen, belli bir O referans noktası 2. Üzerleri ölçeklenmiş ve isimlendirilmiş belli

eksen ve doğrultuları

3. Uzaydaki bir noktanın konumunun nasıl

işaretleneceğini bize söyleyen bilgileri içermelidir.

Uzaydaki bir konumu belirlemek için kullanılan koordinat sistemi;

Fiziksel büyüklükler, skaler veya vektöreldir.

Fiziksel büyüklükler, skaler veya vektöreldir.

Bir skaler nicelik, uygun bir birime sahip bir sayı ile tam olarak anlatılabilir. Skalerin sadece büyüklüğü olup, doğrultusu yoktur. Örneğin iş, sıcaklık, hacim, kütle ve zaman fiziksel büyüklükler , skaler büyüklüklerdir.

Bir skaler nicelik, uygun bir birime sahip bir sayı ile tam olarak anlatılabilir. Skalerin sadece büyüklüğü olup, doğrultusu yoktur. Örneğin iş, sıcaklık, hacim, kütle ve zaman fiziksel büyüklükler , skaler büyüklüklerdir.

Skaler Büyüklükler:

Hem büyüklük hem de yön ile belirtilmesi gereken fiziksel büyüklüklere denir. Hız, ivme, yerdeğiştirme, kuvvet, momentum gibi fiziksel büyüklükler vektörel büyüklüklere örnektir.

Vektörel Büyüklükler:

Vektörlerin Bazı Özellikleri:

Vektörlerin Bazı Özellikleri:

Aynı yönde ve aynı büyüklükteki A ve B vektörleri eşit vektörlerdir. A= B= C = D ve dört vektörde Aynı yönde uygulanıyorsa A= B= C= D olur.

İki vektörün eşitliği:

İki veya daha fazla vektör birbiri ile toplanacaksa birimleri aynı olmalıdır. Elma ile armutlar toplanamaz.

İki vektörün toplanması:

A + B = B + A

A vektörünün negatifi A vektörü ile toplandığı zaman sonucu sıfır eden vektördür.

Bir A vektörü pozitif bir n sakaler sayısı ile çarpılırsa A vektörü ile aynı yönde ve mA büyüklüğünde bir vektör elde edilir.

n negatif bir skaler nicelik ise –mA vektörü A vektörü ile zıt yönlüdür. (C vektörü A vektörünün n katı uzunluğundadır.)

İki vektörün negatifi:

A ve –A vektörleri aynı büyüklükte fakat zıt yönlüdürler.

Vektörlerin çıkarılması işleminde, bir vektörün negatifinin tanımından yararlanılır.

A – B işlemini, A vektörü işle toplanan –B vektörü olarak tanımlarız.

Vektörlerin Çıkarılması:

Bir vektörün bir skaler ile çarpılması:

A + (-A) = 0

C = A – B = A + (-B)

nA = C

HAREKET VE NEDENLERİ

Yerdeğiştirme

Bir parçacığın hareketi, uzaydaki konumu her an biliniyorsa tamamen bellidir. Parçacığın konumundaki değişim, onun yerdeğiştirmesi olarak tanımlanır. Başlangıç konumunda (x_i) son konumuna (x_s) hareket eden bir parçacığın yerdeğiştirmesi yada konumundaki değişim ( ∆ ) eşitlik 2.1 ile bulunur:

∆

∆ (2.1)

X_s, x_i den büyükse ∆ pozitif; x_s x_i den küçükse ∆ negatiftir.

Parçacığın aldığı yol ile yerdeğiştirmesi birbirinden farklıdır. Bir koşucunun 100 m koşup sonra tekrar başladığı yere döndüğü zaman aldığı yol 200m’ dir. Buna karşılık yerdeğiştirmesi x_s= x_i olduğu için 0’ dır. Vektörlerin yönlerini + ve – işaretleri kullanarak göstereceğiz.

Hız ve Sürat

Herhangi bir hareket süresince alınan yol, mutlaka pozitifken ortalama hız pozitif ya da negatif olabilir.

≡

≡

Bir parçacığın yerdeğiştirmesi olan ∆ ’ nin bu yerdeğiştirme süresi olan Δ ye oranı olarak tanımlanır. deki x indisi hareketin x ekseni boyunca olduğunu gösterir.

Ortalama Hız ( ):

Parçacığın koordinatı ilerleyen zamanla birlikte artıyorsa

yani x_s >x_i ise o zaman Δ pozitiftir. Dolayısıyla

ortalama hız pozitif olur.

x_s<x_i ise de negatif olur, o zaman hareket -x yönünde demektir.

Günlük hayatta hız ve sürat aynı anlamda kullanılırlar. Oysa fizikte bu ikisi arasında anlam farkı vardır. 10 km koşan ve koşu sonunda başladığı yere dönen bir koşucunun ortalama hızı sıfırdır. Buna karşın ne kadar hızlı koştuğunu bilmek isteriz.

Skaler bir nicelik olan bir parçacığın ortalama sürati, alınan toplam yolun gecen toplam zamana oranıdır.

Ortalama Sürat:

Ortalama süratin birimi, ortalama hızın birimi ile aynıdır ve m, metre ve s saniye olmak üzere m/s dir. Ortalama hızdan farklı olarak, ortalama süratin yönü yoktur.

ü

ü

İvme

Parçacık hareket ederken hızında değiştiğini düşünelim.

Hızın zamana göre değişimini, konumun zamana göre değişiminde olduğu gibi hesaplayabiliriz. Parçacığın hızı zaman göre değişiyorsa parçacık ivmeli hareket yapıyor demektir. Örneğin belli hızla giden otomobiliniz gaz pedalına bastığınızda otomobiliniz hızlanır, frenine bastığınızda yavaşlar.

Ortalama İvme ( ):

Bir parçacığın ortalama ivmesi, parçacığın hızındaki değişmenin, bu değişimin olduğu Δ zaman aralığına oranıdır ve birimi m/s² dir.

∆

= ^∆ =

Newton Yasaları

Cisimlerin hareketine sebep olan şey ne? Bu soruya cevap ararken kuvvet ve kütle kavramlarını öğreneceğiz.

İki cisim veya bir cisim ile çevresi arasındaki etkileşimdir. Bozulan bir arabayı iterken ona kuvvet uygularız, bir kutu kolasına kuvvet uygulayarak kalıcı bir şekil değişimine sebep olabiliriz. Kuvvetlere örneklerdir ve kuvvet, vektörel bir büyüklüktür.

Kuvvet:

Bir kuvvet bir nesneyi elimizle itip çekerken yaptığımız gibi iki cisim arasında bir teması içeriyorsa bu kuvvete değme kuvveti denir.

Değme kuvvetlerine ek olarak, cisimler arasında bir boşlukla ayrıldıklarında bile etkili olan uzun menzilli kuvvetler vardır. İki mıknatıs arsındaki kuvvet ve yercekim kuvveti bu çeşit kuvvetlere örnektir. Dünyanın size uyguladığı yercekim kuvveti sizin ağırlığınızdır.Ağırlık W ile gösterilir.

Kuvvetlerin bazı özellikleri:

c) Gerilme kuvveti (T): Gergin bir ip, tel vb ucuna tutturulmuş bir cisme uygulanan çekme kuvvetidir.

Değme Kuvvetlerinin çeşitleri:

a) Normal kuvvet (n): Bir cisim bir yüzey üzerinde duruyor, yada yüzeye basıyorsa, yüzeyde cisme yüzeye dik bir itme uygular.

b) Sürtünme kuvveti (f): Yüzey cisme, yüzeye paralel bir sürtünme kuvveti uygulayabilir.

Herhangi bir sayıda kuvvetin bir cismin bir noktasına uygulanması, bu kuvvetlerin vektörel toplamına eşit olan tek bir kuvvetin uygulanması ile aynı etkiye sahiptir. Bu önemli etki Kuvvetlerin üst üste konması olarak isimlendirilir. Bir veya birden fazla kuvvet aynı noktaya uygulandığında, cismin hareketine yaptıkları etki, sanki bu kuvvetlerin vektörel toplamı olan tek bir R kuvvetinin bu cisme uygulandığında çıkan etkiye eşit olur.

….

Bir cisme bir kuvvet (bileşke kuvvet) etki etmedikçe, cisim durgun ise durgun kalacak, hareketli ise sabit hızla doğrusal hareketine devam edecektir. Bir cisme etki eden bileşke kuvvet sıfırsa, ivmesi de sıfırdır.

Newton’ un 1. Yasası:

Durgun haldeki bir cismin durgun halde kalması, hareketli bir cismin de ilk hızıyla hareketine devam etmesi eğilimidir. Bir tır, bir bebek arabasından oldukça fazla eylemsizliğe sahiptir. Bebek arabası, tıra göre daha kolay hareket ettirilebilir. Bebek arabası aynı hızla gelen tıra göre daha kolay durdurulabilir. Eylemsizliği büyük olanın hareket durumunu değiştirmek zordur.

Eylemsizlik:

Bir cisme etki eden dış kuvvetlerin bileşkesi sıfır olduğu zaman, cismin davranışındaki değişmeleri açıklar. Bu durumda cisim ya durgun kalır yada doğrusal bir yörüngede sabit hızla hareket eder.

Bir cismin ivmesi, ona etki eden bileşke kuvvetle doğru orantılı, kütlesi ile ters orantılıdır. Bileşke kuvvet sıfır ise ivme (a) sıfırdır.

Bu durum sabit hızla hareket eden cismin denge haline karşılık gelir.

Newton’ un 2. Yasası:

Kuvvet vektörel bir büyüklüktür ve bileşenleri şunlardır.

∑

∑

kgm/s² = N

Newton’ un 2. yasası, F kuvveti, m, kütleyi ve a ivmesi ile verilir;

Newton’ un 2. yasasından kuvvetin birimi:

Bir cisme dünyanın uyguladığı kuvvet cismin ağırlığı olarak isimlendirilir. Bu kuvvet dünyanın merkezine doğru yönelmiştir. Ağırlık, cismin kütlesi (m) ile yerçekim ivmesinin (g) çarpımıdır.

Yerçekimi ivmesinin (g) değeri; 10 10 // Ağırlık (W):

Ağırlık, g ye bağlı olduğu için çoğrafi konuma göre değişir. Yerçekim ivmesi (g), dünyanın merkezinden uzaklaştıkça azalır.

Kütlenin (m), tersine ağırlık cismin değişmez bir özelliği değildir. Kütle ile ağırlık karıştırılmamalıdır.

Kütleyi eşit kollu terazi ile ölçerken, kuvveti yaylı kantarla ölçeriz.

Ağırlığın birimi kgm/s²= N dur.

İki cisim etkileşiyorsa, 2. cismin 1. cisme uyguladığı kuvvet; 1. cismin 2. cisme uyguladığı kuvvete büyüklük olarak eşit, yön olarak ise ters işaretlidir.

Yani;

Etki kuvveti, tepki kuvvetine büyüklükçe eşit fakat yön olarak terstir. Yandaki şekilde N ve W etki kuvvetleriyken, W’ ve N’ tepki kuvvetleridir.

Newton’ un 3. kanunu:

SALINIM (PERİYODİK HAREKET)

Salınım (Periyodik hareket)

Bazı hareketler kendini defalarca tekrarlar; bir guguklu saat sarkacının salınımı, otomobildeki pistonların ileri geri hareketi, bir kuvars kristalinin titreşimi gibi hareketler kendini defalarca tekrarlar.

Bu tip hareketlere Salınım (Periyodik hareket) denir.

Periyodik hareket yapan bir cismin, mutlaka kararlı bir denge konumu vardır. Bu konumdan uzaklaştırılıp serbest bırakıldığında mutlaka bir kuvvet veya bir tork devreye girer ve onu tekrar denge durumuna doğru iter.

m kütleli bir cisim hava masası gibi sürtünmesiz bir ortamda durmaktadır. Cisim sadece x ekseni boyunca hareket edebilmektedir. Kütlesi ihmal edilebilen, hem sıkıştırılabilen hem de gerilebilen bir yaya tutturulmuştur. Cisme etki eden tek yatay kuvvet yay kuvvetidir. Düşey yöndeki yerçekimi ve normal kuvvetin toplamı sıfırdır. Şekil yayın üç farklı gerilme durumunda cismin konumunu gösteriyor.

Cisim be zaman denge konumundan uzaklaşsa yay kuvveti onu tekrar denge konumuna doğru geri çağırır. Bu özellikteki kuvvetlere geri çağırıcı kuvvet denir.

Salınım hareketi, ancak sistemi denge konumuna getirmeye çalışan bir geri çağırıcı kuvvetin varlığında gerçekleşebilir.

Tüm salınımı tanımlamakta kullanacağımız terimlerin bazıları:

Cismin denge konumundan yer değiştirmesinin maksimum büyüklüğüdür, yani dir. Her zaman pozitiftir. Yay, ideal bir yay ise toplam hareket 2A bölgesinde gerçekleşir. Birimi m’ dir.

Birim zamanda yapılan devir sayısıdır. Her zaman pozitiftir ve SI’

da birimi Hertz (Hz= s^-1= devir/s) dir.

Frekansın 2 katıdır.

Genlik (A):

Bir tam devir için gerekli olan zamandır. Her zaman pozitiftir. Birimi saniyedir.

Periyot (T):

Frekans (f):

Açısal Frekans ( :

2 2

2 2

Basit Harmonik Hareket

En basit salınım, geri çağırıcı kuvvet (F_x) yerdeğiştirme (x) ile doğru orantılı olduğu durumda görülür. Yandaki eşitlik ile ifade edilen bu yasaya Hooke yasası adı verilir. Burada k, yay sabitidir.

Denge durumunun her iki tarafında da F_x ve x’ in işaretleri daima terstir.

(3.3)

Geri çağırıcı kuvvetin denge konumundan yerdeğiştirmeye doğru orantılı olduğu durumda oluşan harekete denir.

(3.4) Hooke Yasası:

Basit Harmonik Hareket (BHH):

BBH’ ın ivmesi

Eşitlikteki eksi işareti her zaman ivme ve yerdeğiştirmenin ters olduğunu gösterir.

k ve m’ nin değerleri ’ yı belirler. k’ nin birimi N/m veya kg/s² dir. Açısal frekansın birimi rad/s veya s^-1 dir.

BHH’ de acısal frekans ( ) : Kuvvet sabiti k olan, geri çağırıcı kuvvete bağlı olarak hareket eden m kütleli bir parçacığın BHH’

nin açışal frekansı ( );

Daha büyük kütle daha büyük eylemsizlik, daha küçük ivme daha yavaş hareket ve tam devrin daha uzun sürede tamamlanması demektir.

BHH’ de frekans (f ) ve periyot (T):

22

BHH’ de yerdeğitirmeyi veren ifade;

Burada ∅ ye faz açısı adı verilir. Faz açısı, t= 0 anında hareketin hangi noktada olduğunu gösterir. t= 0 da konum x₀ ile gösterilir. t=0 ve ∅= 0 da x= ACos0’ da x₀= A olur. t=0 ve ∅= de x₀ = -A olur. ∅ = /2 durumunda ise x₀ = 0, yani başlangıç noktasıdır.

∅

∅ BHH’ de yerdeğiştirme, Hız ve İvme:

Bir yayın potansiyel enerjisi (PE);

F ma kx

¹

2k 1 2k Enerji yoktan var edilemez var olan enerjide yok edilemez, ancak bir çeşitten diğer bir çeşide dönüşür.

Yay sıkıştırıldığı zaman, bütün enerjisi yay potansiyel enerjisine dönüşür

Enerjinin korunumu: Maksimum sıkışabileceği mesafe x₀ dır. Bu mesafeden sonra, x kadar hareket ettiğinde, yay potansiyel enerjisi ve kinetik enerji ortaya çıkar.

1 2

1 2

1 2 1

2

1 2

1 2 Buradan hız ifadesini çekersek;

∓

∓

elde ederiz.

Noktasal kütlenin izlediği yol, yarıçapı ipin uzunluğu olan bir dairesel yoldur. Şekildeki kütleye etkiyen kuvvetler teğetsel ve radyal bileşenler cinsinden verilmektedir.

Basit sarkaç:

Kütlesiz ve uzamayan bir ipe bir noktasal kütlenin asılmasıyla oluşan idealleştirilmiş bir modeldir. Bu noktasal kütle, düşey denge konumunun bir tarafına doğru çekilip, serbest bırakıldığında denge konumu etrafında salınımlar yapar.

Geri çağırıcı kuvvet ( ) net kuvvetin teğetsel bileşenidir.

Geri çağırıcı kuvvet, yerçekiminden kaynaklanır. Teldeki gerilme sadece nokta kütlenin dairesel yol üzerinde hareket etmesini sağlar. Geri çağırıcı kuvvet ile değil, sin ile orantılı olduğu için hareket, BHH değildir. Ancak açısı çok küçük olduğu için, sin ’ nın değeri , ’ nin radyan değerine çok yakındır. Bu yaklaşımdan, aşağıdaki şekilde yazılabilir:

Küçük genlikler için;

22

DALGA ÇEŞİTLERİ

Dalga

Dalga hareketine Fiziğin hemen hemen her dalında rastlanır. Su dalgaları, ses dalgaları, elektromanyetik dalgalar vardır. Ayrıca Elektron demeti ve atomlardan daha küçük olan parçacıklarda dalga gibi davranır. Bu tür dalgalara madde dalgaları denir.

Dalga hareketi, titreşim olayı ile yakından ilgilidir. Bir sistemin dengesi bozulduğunda ve bu bozulmalar sistemin bir bölgesinden diğer bölgesine taşındığında veya yayıldığında dalgalar oluşabilir.

Dalgalar yayıldıkça enerji taşırlar.

Madde dalgaları

Dalgalar iki ana gruba ayrılır:

Bazı dalgaların bir bölgeden başka bir bölgeye taşınması için bir maddesel ortama ihtiyaç vardır. Bu tip dalgalara mekanik dalgalar adı verilir. Örneğin su dalgaları, ses dalgaları, deprem dalgaları, gerilmiş yaydaki dalgalar.

A) Mekanik Dalgalar

B) Elekromanyetik Dalgalar Bazı dalgaların ise ilerlemesi için ortama ihtiyaçları yoktur.

Örneğin ışık, radyo dalgaları, x ışınları gibi elektromanyetik dalgaların ilerlemesi için ortama ihtiyaçları yoktur.

Mekanik Dalgalar

Esnek ortamın denge konumu etrafında salınması sonucu bu cins dalgalar oluşur. Ortam içinde birbirine komşu noktalar arasındaki esneklik kuvvetinden dolayı, etki bir noktadan diğerine aktarılır. Ortam bir bütün olarak hareket etmez, fakat bazı bölümleri sınırlanmış yollar boyunca salınma hareketi yaparlar. Örneğin su dalgaları yüzey boyunca yavaş yavaş hareket ederler. Yüzen cisimlere ulaştıkları zaman onlara enerjilerini vererek harekete geçirirler. Su dalgalarının enerjisi hem potansiyel hem de kinetik enerji şeklindedir. Bu enerjinin bir noktadan diğerine aktarılması, maddenin kendisinin yer değiştirmesi ile değil, hareketin yer değiştirmesi ile gerçekleşir.

 ses dalgalarını,

 deprem dalgalarını,

 gerilmiş yaylardaki dalgaları ve

 su dalgalarını verebiliriz.

Sonuç olarak, mekanik dalgalar maddenin kendisi yer değiştirmeden hareketin yer değiştirmesi sonucu oluşurlar ve enerjinin madde içinde bir noktadan diğerine iletilmesini sağlarlar. Mekanik dalgaların iletilmesi için bir ortam gereklidir.

Mekanik dalgalara örnek vermek gerekirse

Mekanik dalgalar arasındaki farklar, dalganın ilerleme yönünün, ortamdaki parçacıkların hareketi ile nasıl bir ilişkide olduğu incelenerek saptanır.

Eğer dalgayı taşıyan ortam parçacıklarının hareketi, dalganın ilerleme yönüne dik ise bu dalgalara enine dalgalar denir.

Eğer mekanik dalgayı taşıyan parçacıkların ileri geri hareketleri dalganın yayılma yönü ile aynı ise bu dalgalara boyuna dalgalar denir. Örneğin gerilim altındaki düşey durumdaki hekzonal yay, bir ucundan tutulup serbest bırakılırsa boyuna dalgalar yay boyunca hareket eder. Yay üzerinde oluşan boyuna dalgalar, dalganın ilerleme yönüne paralel olarak titreşirler. Gaz içindeki ses dalgaları boyuna dalgalardır.

Boyuna dalgalar

Bazı dalgalar ise, hem enine hem de boyunadırlar. Örneğin, su yüzeyindeki dalgalarda su parçacıkları, su dalgaları hareket ettikçe ileri geri ve yukarı aşağı hareket ederek, eliptik yörüngeler izlerler.

Elektromanyetik Dalgalar

Yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan, bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta (uzayda) ışık hızı ile yayılan enine dalgalara elektromanyetik dalgalar denir. Yandaki şekilde görüldüğü gibi bir elektromanyetik dalga, birbirine dik açılarda, aynı frekanstaki elektrik ve magnetik alanın oluşturduğu bir bütündür.

Elektromanyetik dalgalar, dalga boyuna ( göre sınıflandırılırlar

Elektromanyetik Dalgaların Çeşitleri:

1. Radyo Dalgaları 2. Mikrodalgalar 3. İnfrared Işınlar 4. Görünür Dalgalar 5. Ultraviyole Dalgalar 6. X- Işınları

7. Gama Işınları

Dalgaboyları birkaç milimetre ile yüzlerce kilometreye kadar değişebilen ve frekansları birkaç kilo Hertz ile birkaç Hertz arasında değerler alan elektromanyetik dalgalardır. Radyo sinyalleri ile birlikte TV ve cep telefonu sinyallerini de taşırlar.

Dalga boyları 0,01 mm ye kadar inmekte olan, yemek pişirmekte, telefon ve bilgisayarda data transferi gibi iletişimde, kullanılan, ayrıca ışık, toz ve yağmurun içinden kolaylıkla geçebildiği için dünyayı görüntüleme faaliyetlerinde de kullanılan elektromanyetik dalgalardır.

1mm ile 750 nanometre arasında dalga boyuna sahip olan elektromanyetik dalgalardır, televizyonların uzaktan kumandalarında, ayrıca gece görüş gözlüklerinde kullanılırlar.

1. Radyo Dalgaları:

2. Mikro Dalgalar:

3. Infrared Dalgalar:

4. Görünür Işık:

Elektromanyetik dalgaların görebildiğimiz tek türüdür. Mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı renklerde kendini gösterir ve dalgaboyu kırmızıdan mora doğru azalma gösterir. Tüm bu renkler bir araya geldiğinde dalga boylarının toplamı görünür ışığı oluşturur.

10 ile 380 nm aralığında dalga boylarına sahip olan elektromanyetik dalgalardır. Güneş yanığı ve cilt kanserine neden olurlar.

10 nm ile 10 pm arasında dalga boyuna sahip olan, yüksek enerjili ve çok küçük dalga boylu elektromanyetik dalgalardır. Tibbi alanda tedavi amacıyla kullanılırlar.

Dalgaboyları 10 pm’ den daha küçük olan, çok yüksek enerji elektromanyetik dalgalardır. Atomların parçalanması ve bozulması sonucu açığa çıkarlar.

Tıpta kanser tedavisinde kullanılır.

5. Ultraviyole Işınları:

6. X- Işınları:

7. Gama Işınları:

Deprem (Sismik) Dalgaları

Yer yüzünden yaklaşık 12 km derinlikte, yer kabuğunun içinde ani kaya kırılmaları ile açığa çıkan enerjinin dalgalar halinde yayılırken yer sarsıntısı oluşturmasına deprem denir. Bu şekilde oluşan dalgalara da deprem dalgaları denir^.

Depremin merkezine en yakın yer yüzü bölgesinden yayılan dalgalardır, Yavaş hareket etmelerinden, uzun süreli etkili olduklarından ve yeryüzündeki yaşam alanlarına etki ettiklerinden dolayı daha çok hasar verirler. İki çeşittirler:

Yüzey dalgalarının en hızlısı olan, titreşim yönü hareket yönüne dik olan (enine dalgalar), yeri yatay düzlemde hareket ettiren ve yeryüzünde yarılmalara neden olan dalgalardır.

Su dalgalarında olduğu gibi yer yüzeyinde yuvarlanarak ilerleyen, genliği ve buna bağlı olarakta enerjisi büyük olan dalgalardır.

2. Yüzey Dalgaları : 1. Cisim dalgaları:

2.1. Love Dalgaları :

2.2.Rayleigh Dalgaları:

Yerkabuğunun içinde meydana gelir 1.1. Dalga (P- dalgası)

Hızı en büyük olan, yeryüzene paralel salınımlar oluşturan (Boyuna dalgalar), yerin altında olduğu için yıkım etkisi düşük olan, katı, sıvı ve de hava ortamlarında ilerleyebilen, deprem kaydeden cihazlara ilk ulaşan deprem dalgalarıdır.

1.2. S – Dalgası :

Tanecik hareketleri yayılma doğrultusna dik yada çaprazdır (enine dalgalar), sadece katı kaya kütleleri içinde ilerleyebilir, kayaları aşağı yukarı, sağa sola hareket ettirir, hızı P- dalgalarına göre daha küçük olan deprem dalgalarıdır.

Deprem (Sismik) Dalgaları

Young and Freedman, Sears ve Zemansky’in Üniversite Fiziği Çilt 1, Hilmi Ünlü (Editör) 12. Baskı, Pearson, 2009.

Serway, Beicher Fen ve Mühendislik için Fizik I Kemal Çolakoğu (Editör) 5.

Baskıdan ceviri, Palme Yayıncılık, 2000.

Meslek Yüksek Okulları için Teknolojinin Bilimsel İlkeleri, Önder ORHUN (Editör), Bilim Teknik Yayınevi, 2003.

Fishbane, Gasiorowicz, Thornton, Temel Fizik Çilt I, Çengiz Yalçın (Yayına Hazırlayan), Arkadaş Yayınevi, 2003.

Freederick J. Bueche, David A. Jerde, Fizik İlkeleri I, 6. Baskıdan ceviri, Kemal Çolakoğlu (Editör) , Palme Yayıncılık, 2000.

Dalgalar ve Optik, Prof. Ertunç Aral (Editör), Anadolu Üniversitesi Yayın no 441, ETAM AŞ, 1991.

KAYNAKLAR

View publication statsView publication stats