dalgalar

DERSİN KODU:EBP 104
DERSİN ADI: TEKNOLOJİNİN
BİLİMSEL İLKELERİ
BÖLÜM: 1
DERS HOCASI: PROF.DR.HÜSEYİN ÜNVER
1
BÖLÜM 2: DALGALAR VE SES
Bölüm Hedefi
Bu bölümde dalga hareketinin tanımı, dalga çeşitleri, dalgalarda yayılma hızı ,
elektromanyetik dalgalar ve ses dalgaları gibi kavramlar üzerinde durulacaktır.
Ses dalgaları , sarmal bir yaydaki dalgalara benzeyen mekanik dalgalar , yer
sarsıntısı ya da deprem dalgaları , ses hızını geçen uçakların oluşturduğu şok
dalgaları ,televizyon ve telsiz sinyalleri , X –ışınları gibi dalgaları içeren
elektromanyetik dalgalar ile yayılır . Görülüyor ki dalga hareketi , doğa olaylarının
pek çoğunda ortaya çıktığı gibi , televizyon ,bilgisayar ve cep telefonu gibi teknoloji
harikalarının üretilmesine neden olmuştur. Bu bakımdan dalga hareketi hakkında
bilgi sahibi olmakta fayda vardır.
Radyo ve televizyonun nasıl çalıştığını anlamak için , elektromanyetik dalgaların
doğası ve kaynağı ile onların boşlukta nasıl yayıldıklarını bilmek gerekir.
Konuşma dilindeki ‘’ dalga ‘’ kelimesi su ve suyun hareketini çağrıştırır. Dalga
hareketi kavramının fizikte önem kazanması ise 17. yüzyılda ,ışığın bir dalga olduğu
varsayımıyla başlamıştır. Uzun çalışmalar sonucunda , dalga kavramının evrende
temel bir rolü olduğu anlaşılmıştır. Bu bölümde dalga hareketinden ve dalga
çeşitlerinden söz edilecektir.
2
1. DALGALAR VE SES
1.1. Dalga Hareketinin Tanımı
Şekil 1.1 Dalga örneği
Durgun su yüzeyine bir taş atıldığında, merkezi taşın düştüğü yer olan ve
giderek açılan iç içe halkalar oluştuğu gözlenir .Suya atılan taş, durgun su
yüzeyinde bir çöküntü, bir şekil bozulması yaratır. Bu şekil bozulması, taşın
değdiği yerden itibaren molekülden moleküle aktarılır. Böylece, olduğu yerde
kalmayıp çevreye yayılan bir sarsıntı elde edilir. Oluşturulan bu sarsıntılara dalga
hareketi, sarsıntılardan bir tanesine de atma denir.
Eğer atmalar eşit zaman aralıkları ile oluşturulursa, oluşan dalga hareketine
peryotlu dalga denir. Atmaların oluşturulduğu noktaya da dalga kaynağı
denilmektedir.
3
* Dalga hareketinde madde sürüklenmediğine göre yayılan nedir?
Bu durumu aşağıdaki örnekle açıklayabiliriz;
Futbol karşılaşması yapılan bir stadyumda seyirciler bazen tezahürat için sırayla oturup
kalkarlar. Böylece bir uçtan bir uca yayılan hoş bir hareket gözlenir. İnsan kütlesi sanki
dalgalanıyor gibi olur. Bu olaya Meksika dalgası adının verildiğini duymuşsunuzdur.
Burada bir uçtan öbür uca yayılan şey insanlar değil, onların yaptığı oturup kalkma
hareketidir. Her bir seyirci kendine sonra geldikçe kalkar oturur, ama tribündeki yeri
değişmez.
Gergin bir yayın ucu sarsılırsa, yay boyunca ilerleyen bir sarsıntı (şekil değişikliği) elde
edilir.
* Acaba dalga hareketi her ortamda oluşur mu?
Bir kap içindeki ekmek hamurunun ortasında elimiz ile bir çöküntü oluşturduğumuzu
düşünelim. Bu çöküntü olduğu yerde kalır, çevreye yayılmaz. Demek ki, dalga hareketi
her ortamda oluşmamaktadır.
4
*Peki dalga hareketinin oluşabileceği ortamların özelliği nedir?
Durgun su yüzeyi, su moleküllerinden oluşmuş gergin bir zar gibidir. Su
yüzeyindeki dalgalar bu zarda oluşan şekil değişikliğinin yayılmasından başka
bir şey değildir. Gergin bir yayda oluşturulan şekil değişikliğinin yayılmasıyla,
su yüzeyinde oluşturulan şekil değişikliğinin yayılması benzer olaylardır. Gergin
yaylarda oluşturulan bir şekil değişikliği, yayın esnekliği nedeniyle düzelmeye
çalışır. Fakat düzelirken, önceki şekil değişikliği yayın diğer sarımlarına geçer.
Böylece sarsıntı ilerletilmiş olur. O halde, dalga hareketinin oluşabildiği
ortamlar esnek ortamlardır. Bütün bu açıklamalardan yola çıkarak, dalga
hareketinin tanımım şöyle yapabiliriz;
Esnek bir ortamda oluşturulan şekil değişikliğinin bu ortamda
noktadan noktaya yayılmasına dalga hareketi denir.
5
Dalgalar esnek olmayan bir ortamda yayılırken genliği gittikçe küçülerek söner. Yani, belli bir
süre sonra dalga kaybolur.
Top suya düştüğü zaman su moleküllerini içeri doğru itecektir. Ancak bir süre sonra dışarı
çıkmak zorunda kalacaktır. Bu eylemi devam edecek ve olduğu yerde aşağı yukarı
oynayacaktır. Bu hareket yanındaki su moleküllerini de etkileyecek ve onlar da oynamaya
başlayacaktır.
Suda oluşan dalgaları dairesel ya da doğrusal olmak üzere iki kısımda inceleyelim.
Şekil 1.2 ve Şekil 1.3 deki kesikli çizgiler dalgaların belirli bir zaman sonraki durumunu
göstermektedir. Şekillerin bozulmaması dalga üzerindeki bütün noktaların hızlarının aynı
olduğunu gösterir. Doğrusal ve dairesel dalgaları oluşturmada suyun uyarılma şekli değişiktir.
Su bir noktasından uyarılırsa, uyarma noktası merkez olmak üzere dairesel atmalar
oluşur(Şekil 1.2). Su yüzeyi bir düz cetvel ile yatay olarak uyarılırsa, doğrusal atmalar oluşur
(Şekil 1.3).
Şekil 1.3 Doğrusal dalga
Şekil 1.2 Dairesel dalga
6
1.2 Dalga Çeşitleri
Genel anlamda dalgalar mekanik dalgalar ve elektromanyetik dalgalar
olarak iki kısımda incelenebilir.
Mekanik dalgalar, sadece bir ortamda yayılabilen ses, su ve örgü
titreşimleri gibi basınç dalgalarıdır.
Elektromanyetik dalgalar ise,elektrik alan ve manyetik alan
bileşenlerine sahip, boşlukta da yayılabilen, kozmik ışınlar, gamma
ışınları, X-ışınları, morötesi dalgalar, görünür ışık, kızılötesi dalgalar,
mikrodalgalar, TV ve radyo dalgalarıdır.
7
Şekil 1.4 Enine dalga
Şekil 1.5 Boyuna dalga
Dalgalar oluşum ve yayılma doğrultulanına göre, enine dalgalar ve
boyuna dalgalar olmak üzere iki bölümde incelenir.
Dalganın yayıldığı ortamın taneciklerinin titreşim hareketinin doğrultusu,
atmaların doğrultusuna dik ise bu tür dalgalara enine dalgalar (Şekil
1.4), ortamın taneciklerinin titreşim hareket doğrultusu ile atmaların
yayılma doğrultusu aynı ise bu tür dalgalara boyuna dalgalar (Şekil 1.5) denir.
Su, ışık ve radyo dalgalan enine dalgalara, ses ise boyuna dalgaya örnektirler.
8
1.3 Dalgalarda Yayılma Hızı
Gergin bir yayın ucu eşit zaman aralıkları ile yukarı çekilip, tekrar yerine
getirilirse oluşan atmalar eşit aralıklarla birbirini takip ederler. Yayın ucunda birim
zamanda oluşan atma sayısına ‘’frekans ‘’denir. Yani frekans birim zamandaki
titreşim sayısıdır, f ile sembolize edilir. SI birim sisteminde frekansın birimi saniye-¹
veya Hertz (Hz) dir.
Ardı ardına iki atma arasında geçen zamana ‘’peryot’’ denir. T ile gösterilir ve birimi
SI birim sisteminde saniye (s) dir. Bir periyotluk zaman içinde alınan yola ‘’dalgaboyu
‘’ denir. Diğer bir deyişle, iki tepe ya da iki çukur arasındaki uzaklıktır (Şekil 1.6).
ƛ (lamda) ile gösterilir ve birimi SI birim sisteminde m dir. Atmanın tepe yüksekliğine
‘’ genlik ‘’ denir. Şekil 1.6 da A genliği gösterilmektedir. Periyot ve frekans arasındaki
ilişki, T=1/f şeklinde ifade edilir ve bütün periyodik hareketlere uygulanır.
Şekil 1.6 Yayılan dalga
9
Hareket sabit hızlı olduğundan,
Yol=hız. zaman ⇒ ƛ= v . T eşitliği elde edilir.
son iki eşitlikten,
ƛ = v / f denklemi elde edilir.
Oluşturulan dalgaların yayılma hızı sabittir. Hız değerinin genelde
kaynak frekansına ve atmalarının genliğine bağlı olmadığını
söyleyebiliriz. Hız, ortamın özelliklerine bağlıdır.
O halde kaynağın frekansı değiştirilirse, oluşturulan dalganın
dalgaboyu değişecektir.
10
Örnek
Sarmal bir yayda saniyede 1O atma oluşturuluyor. Ardı ardına gelen iki atma
arası 8cm bulunuyorsa, atmaların yayılma hızını bulunuz.
Çözüm
Ardı ardına gelen iki atma arası uzaklık dalgaboyuna eşit olduğundan,
ƛ= 8cm dir.
Sarmal yayda saniyede oluşturulan atma ise frekansa eşittir. Yani,
f = 1O s-¹ dir.
O halde,
v = ƛ f = (8cm ) (1O s-¹ ) = 80cm/s olarak atmaların yayılma hızını buluruz.
11
Dalganın dalga kaynağından çıkarak, aynı anda ulaştığı noktaların belirlediği
yüzeye dalga cephesi denir (Şekil 1.7). Durgun su yüzeyine atılan taşın
oluşturduğu yüzey dalgalarının t anındaki dalga cephesi, merkezi taşın düştüğü
nokta olan x = v t yarıçapına sahip çemberdir. Burada v, dalganın suda ilerleme
hızıdır.
Gergin bir telde atmanın yayılma hızı,
ile tanımlanır.
Burada F, teli geren kuvvet; m, telin kütlesi ve L
telin boyudur.
Şekil 1.7. Merkezinde dalga
kaynağı bulunan xı ve x2 yarıçaplı
küre yüzeyleri birer dalga
cephesidir.
12
Örnek
Noktasal bir ses kaynağından çıkan ses dalgalarının t= 1s anındaki dalga
cephesini bulunuz. Dalga 2040 m ilerledikten sonra ulaştığı noktalar hangi
dalga cephesi üzerinde bulunur? (Sesin havadaki yayılma hızı 340 m /s dir.)
Çözüm
Ses kaynağından çıkan dalgalar t= 1s de,
x= vt ⇒ (340 m/s ) (1 s ) = 340 m yol alırlar.
t= 1s deki dalga cephesi ses kaynağından 340 m uzaktaki noktaların
geometrik yeridir. Benzer olarak, bu dalganın 2040 m yol aldıktan sonra
anındaki dalga cephesin e ulaştığını bulunur.
13
1.4 Stroboskop Nedir?
Stroboskop, dalganın frekansını ölçmede
kullanılan alete denir.
Şekil 1.8
Stroboskop üzerinde eşit aralıklarla açılmış delikler vardır. Alet
çevrilirken bu delikler arasından dalgaları gözleriz. Bir dalga öncekinin
yerine geldiğinde, delik de bir öncekinin yerine gelirse, dalgaları
duruyor gibi görürüz. N stroboskobun delik sayısı ve n stroboskobun
saniyede dönme sayısı olmak üzere,
dalganın frekansı f=nN ile verilir.
14
Örnek
10N luk kuvvetle gerilmiş bir yayın metresi 5 g geliyor. Bu yayda oluşturulan
dalgaların yayılma hızı kaç m/s dir?
Çözüm
Yayın kütlesi m = 5g = 5 x 10 -³ kg ve uzunluğu L=1m olduğunu dikkate
alarak yayılma hızı
şeklinde hesaplanır.
15
1.5 Elektromanyetik Dalgalar
Elektromanyetik dalganın oluşması için değişken elektrik alanlar ve manyetik
alanlar elde edilmelidir. Yani, alan şiddetindeki artış ve azalış birbirini takip
etmeli ve bu olay periyodik olarak sürdürülmelidir.
O halde, elektromanyetik dalgayı üretecek yük, sabit hızla değil, değişken hızla hareket
etmelidir. Bu hareket bir yükün basit harmonik hareket yapmasıdır. Yani, yük salınarak
ivmeli hareket yapmalıdır.
Bu durumda şiddeti artıp azalan, değişken elektrik ve manyetik alanlar oluşacaktır.
Böylece oluşan elektrik ve manyetik alanlar sinüzoidal (sinüs dalgası gibi) olarak
ortamda yayılacaktır.
16
1.6 Elektromanyetik dalgaların özelliklerini kısaca şöyle sıralayabiliriz:
i)Elektromanyetik dalgalar ivmelendirilmiş yükler yoluyla yayılır.
ii) Elektromanyetik dalgalar sabit hızla yayılır. Boşlukta c ışık hızı ile
yayılmaktadırlar. Kırılma indisi n olan ortama girdiğinde ise bu dalgaların hızı,
V=c/n olur.
iii) Elektromanyetik dalgalarda, elektrik ve manyetik alanlar birbirine diktir.
iv) Elektromanyetik dalgaların yayılması için ortam gerekmez.
v) Elektromanyetik dalgalar, elektrik ve manyetik alanlardan etkilenmezler.
17
Frekans ve dalgaboyuna göre sıralanmış elektromanyetik dalgaların hepsine
elektromanyetik spektrum denir.
Şekil 1.9 Elektromanyetik spektrum
18
Şimdi de elektromanyetik spektrumda gruplandırılan ışınlarla inceleyelim;
* Görünen Dalgalar (Görünür Işık): Işık diye tanımlanan elektromanyetik
spektrumun bu küçük bölümünü insan görebilir. Bu bölümde mor ile başlayan
ve kırmızıyla biten renkler vardır. Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık olarak
4000A° ile 7000A° arasında değişir.
*Morötesi Dalgalar (Ultraviyole Işınlar): Morötesi ışınlar, yüksek voltajda
hızlandırılan elektronların atom içerisinde büyük enerji değişimlerine sebep
olduğu sırada yayılır. Yaklaşık olarak 6A° ile 4000A° arasında değişen
Dalga boylarına sahiptirler. Güneş önemli bir morötesi ışık kaynağıdır. Kısa
dalga boylu morötesi ışınlar zararlı olabilirler.
*Kızılötesi Dalgalar (İnfrared): Bütün sıcak ve soğuk maddeler tarafından
oluşturulurlar. Atomlar tarafından emildiklerinde maddeyi ısıtırlar, onun için
de ısı radyasyonu ya da ısı dalgası adını da alırlar. Spektrumda görünür ışığın
kırmızı renginin bittiği yerden başladığı için kızıl ötesi adını almıştır. Dalga
boyları yaklaşık 1mm ’ den, kırmızı rengin dalgaboyu olan 7000A° a kadar
değişebilir. Günlük hayatta, kızılötesi fotoğrafçılık, fizik tedavi, ev ve
hastanelerin ısıtılması, kızılötesi ışınların uygulama alanlarıdır.
19
* Gama (ɤ) Işınları : Işık hızında yayılan Gama ışıması bir çeşit elektromanyetik
dalgadır. Atom çekirdeğinden gelen radyoaktif radyasyonlardır ve genelde
çekirdekteki anlık değişimlerden sonra yayılırlar. Gama ışınımının dalgaboyu
yaklaşık 1A° ile
A° arasındadır. Bu büyüklükler atom ve çekirdek boyutunda
olduğundan, atom çekirdeği hakkında bilgilerin bir kısmı gama ışınları sayesinde
elde edilir.
* X -Işınları (Röntgen Işınlan ): Bu ışınlar fotoğraf filmine etkir, flüoresan
parıldamaya neden olur. X-ışınlarının dalgaboyu, atom boyutlarında olup
yaklaşık, 10³A° ile
A° arasında değişir. Bu ışınları üretmek için, yüksek
potansiyel farkı ile hızlandırılan elektronlar metal levhaya çarptırılır. Metal
levhaya çok hızlı çarpan elektronlar, ani bir yavaşlama ile ivmeli hareket
yapmış olur ve etrafa yayılan elektromanyetik dalgalar X-ışınlandır. Bu
ışınlarla atomun elektron yapısı ve kristal oluşumları hakkında bilgi
edinilmektedir. X-ışınlan yumuşak maddelerin içine girebilirler. Bu nedenle
tıpta oldukça geniş ve faydalı bir uygulama alanı vardır.
20
1.7 Ses Dalgaları
Su, katı, hava gibi ortamlarda insan kulağının
algılayabileceği basınç değişimleri
ses olarak tanımlanır. Bir ses çatalı
(diyapozon) kollarına vurulduğunda belirli
frekansta titreşir (Şekil 1.10). Böylece
çevresindeki hava moleküllerinin sıklaşıp
seyrelmesiyle ses dalgaları oluşur.
Şekil 1.10 Sesin oluşması
21
Ses dalgaları, en önemli boyuna dalga örnekleridir. Bu dalgalar, herhangi bir
ortamda (yani gazlar, katılar ve sıvılar), ortamın özelliklerine bağlı olan bir hızla
yayılırlar. Ses dalgası, bir ortamda yayılırken; ortamın parçacıkları, dalganın
hareket doğrultusu boyunca yoğunluk ve hacim değişiklikleri üreterek titreşir.
Ses boşlukta yayılmaz. Yani, ses dalgalarının iletilebilmesi için mutlaka bir
ortama gerek vardır. Ses her ortamda farklı bir hızla yayılır .
Şekil 1.11-Sesin çeşitli ortamlardaki yayılma hızı.
22
Frekanslarına göre, ses dalgaları üç gruba ayrılır:
*İşitilebilir dalgalar, insan kulağının duyarlılık sınırları içinde olan ses dalgalandır. Bu dalgalar
20 Hz ile 20.000 Hz frekansları arasındadır. Bu sesler, değişik yollarla yaratılabilir: müzik
aletleriyle, boğazdaki ses telleriyle ve hoparlör ile.
*İnfrasonik (Sesaltı) dalgalar, işitilebilir boyutun altındaki frekansta olan boyuna dalgalardır.
Deprem dalgaları bu dalgalara örnektir.
*Ultrasonik (Ses üstü) dalgalar, işitilebilir mertebenin üstünde frekansları olan boyuna
dalgalardır. Örneğin, bu dalgalar, bir kuartz kristaline, alternatif elektrik alanın
uygulanmasıyla elde edilebilir.
Gücü, bir halden diğerine dönüştüren herhangi bir aygıt, transduser (dönüştürücü) olarak
adlandırılır. Mikrofon ve kuartz kristal gibi, seramik ve manyetik fonograf pikaplar da ses
dönüştürücülerine ait genel örneklerdir. Bazı dönüştürücüler, ultrasonik dalgalar
yaratabilirler. Böyle aygıtlar, ultrasonik temizleyicilerde ve sualtı denizciliğinde kullanılır.
23
1.8 SES DALGALARININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
Fizyolojik özellikler ölçü aletinin değil, insan kulağının yaptığı değerlendirmedir.
**Ses Şiddeti (volümü): Ses dalgasının ses yayılma doğrultusuna dik bir düzlem içindeki
1 cm² yüzeye 1 saniyede verdiği ses enerjisidir. Başka bir deyişle, ses dalgasının
1 m²’lik kesitindeki ses gücüdür. Birimi watt’tır.
**Ses Şiddeti Seviyesi:İki büyüklük arasındaki farktır. Birimi desibel’dir.
İnsan kulağının sezebileceği asgari ses şiddeti 1dB’dir.
**Ses Basıncı: Her ses dalgası bir P basınç değeriyle nitelendirilmektedir. Birimi ‘Bar’ dır.
Bu basınç, atmosferik basınçtan farklı olarak, uzayda ses dalgası tarafından oluşturulmaktadır.
Ses basıncı ile ses şiddeti arasında karesel bir bağ vardır. Ses basıncı iki, üç, dört misli arttırılırsa,
ses şiddeti sırayla dört, dokuz, on altı misli artacaktır.
Şekil 1.12
24
Şekil 1.13
**Ses Şiddeti: Ses dalgalarının bir santimetrekarelik yüzeydeki güçlerine denir. Birimi
watt/cm²dir. Ses şiddeti, dalganın frekansına ve dalga genliğinin karesine bağlıdır. Şiddet
sebebiyle ses kuvvetli veya zayıf olarak duyulur. İnsan kulağı 1016 watt/cm²ile 104 watt/cm²
şiddet değerleri arasındaki sesleri duyabilir.
**Sesin Yüksekliği: Sesin frekansıdır. İnsan kulağı frekansı yaklaşık 20 ile 20.000 Hz. olan
sesleri işitebilir. Sesin frekansına bağlı olarak yüksekliği tarif edilir. İnce seslerin frekansları
büyük, kalın seslerin ise frekansları küçük değerlerdedir. Frekansları, 20’den küçük olan
seslere “İnfrasonik”, 20.000’den büyük olanlara ise “Ultrasonik” denir. Sesin frekansı kaynağın
hareketine bağlı olarak kayma gösterir. (Doppler Olayı)
**Sesin Kalitesi (Timbre of Sound) – Tını ve Harmonikler : Ses kaynakları,
genellikle ana ses denilen (en kalın) sesle birlikte, frekansları ana sesin frekansının
tam katları olan tâli sesler çıkarırlar. Bu tâli seslere ana sesin harmonikleri denir.
Bu sesler etrafa ana sesle birleşmiş olarak yayılırlar. Tını, bir sesin kulağa tesiridir.
Farklı kaynaklardan çıkan sesler aynı yükseklik ve şiddette olsalar da tınıları
farklıdır.
25
Ses dalgaları da kırılma, yansıma ve girişim özelliklerini gösterirler. Kırılma olayı
ortam değişikliğiyle olur. Havanın sıcaklık, yoğunluk durumuna göre sesin yayılma
hızı değişir. Soğuk havada ses hızı azalır. Ses sıcak havadan soğuk havaya geçerken
yayılma doğrultusunu değiştirir. Yayılan ses dalgaları duvar, kayalık gibi sert
düz yüzeylere çarpınca doğrultularını değiştirirler. Bu olay yansımadır. Yansıma
olayında sesin özellikleri değişmez. Yansımış dalgalar tekrar geriye dönerse ikinci
bir ses meydana gelir. Bu sese yankı denir. Yankı ilk sesten yaklaşık 0,1 sn’den
daha az bir zamanda gelirse kulak bu sesi, ikinci sesin devamı gibi işitir, buna ise
çınlama denilmektedir.
İlk ses ile yankı arasındaki zaman farkından yansıtıcı
engelin uzaklığı hesap edilebilir. Gemicilikte deniz
derinlikleri bu yolla ölçülmektedir. Yarasalar da
etraflarındaki engelleri ses dalgaları ile fark ederler.
Şekil 1.14
Ses dalgaları girişimle birbirini kuvvetlendirip, zayıflatabilirler. Girişim yapan
dalgalar arasındaki yol farkının, dalga boyunun yarısına eşit olması şartını
sağlayan yerlerde yok edici girişim olur, böyle yerlerde ses işitilmez.
26
**Vuru (Batman) olayı: Genlikleri hemen hemen eşit ve frekansları biraz
farklı olan iki kaynağın verdiği ses dalgalarının üst üste binmesi neticesinde,
frekansı iki frekansın farkına eşit olan ses yükselmeleri meydana gelmesidir.
Vuru olayında ses periyodik olarak azalıp, çoğalır.
1.9 DOPPLER OLAYI
Sabit frekanslı ses üreten bir kaynaktan yayılan sesin, yayılması sırasında
frekans değerinde bir değişiklik olmaz. Ancak ses kaynağı ya da ses
algılayıcısı hareketli ise bu durum değişir. Ses kaynağının hareketli olması
durumunda ya da sesi duyan kişinin hareketli olması durumunda sesin
frekansı, kaynaktan çıkan frekanstan farklı olarak algılanır. Bu duruma
‘’doppler olayı ‘’ denir.
Doppler olayında değişen dalga boyudur. Ancak dalga boyu ile frekans ters
orantılı olduğundan, gözlemci dalga kaynağının frekansını da değişmiş gibi
algılar. Doppler olayı hareketli kaynağın hızının ses hızından yavaş olduğu
durumlarda gözlenir. Kaynak hareket etmiyorsa dalgalar kaynak
etrafında simetriktir.
27
Frekansı f olan bir kaynak, özellikleri değişmeyen bir ortamda ƛ dalga boylu v
hızıyla hareket eden dalgalar yayıyorsa;
ƛ = v / f ‘dir.
Kaynak ortama göre
hızıyla hareket ederse, hareket yönündeki dalgalar
sıkışırken zıt yöndeki dalgalar seyrekleşir.
Şekil 1.16
Şekil 1.15
Bu durumda hareket yönünde bulunan bir gözlemcinin işittiği ses
yüksek frekanslı, harekete zıt yönde bulunan gözlemcinin işittiği ses
ise düşük frekanslı olacaktır.
28
Şekil 1.17
29
1.10 Cep Telefonu Sistemleri
Birçok insan için iletişimin kesintisiz olması gerekir. Cep telefonları ve araç
telefonları bu ihtiyaçtan doğmuştur. Bu amaçla ülke küçük hücrelere (bölgelere)
ayrılır. Her bir hücre içinde düşük güçlü hem alıcı hem de verici olarak çalışan
bir radyo istasyonu bulunur. Hücrelerin büyüklükleri şehir içinde 2 km ve şehir
dışında ise 30 km ye kadar çıkabilir. Bu radyo istasyonlarının frekansları 900 MHz
civarında seçilmiştir. Bir cep telefonu cihazı, küçük bir alıcı-verici radyodan
başka bir şey değildir. Bir telefon numarası yazıp “evet” ya da “gön der” tuşuna
basıldığında, özel bir sinyal üretilir.
Bu sinyal en yakın hücresel radyo istasyonu tarafından yakalanır. Bu hücresel radyo
istasyonlarının birçok sayıda cep telefonu cihazıyla iletişim kurabilecek kanalları vardır. Cep
telefonundan alınan özel sinyalden hemen sonra hücresel radyo istasyonu otomatik olarak
boş olan kanalın frekansını cep telefonu cihazına bildirir. Böylece bu frekansta iki yönlü
bir iletişim başlamış olur. Bu hücresel radyo istasyonları elektronik çevirici merkezine
bağlıdır. Elektronik çevirici merkezinde taşıyıcı dalga kaldırılarak konuşmanın normal
telefon hattına bağlanması sağlanır. Bu noktadan itibaren bağlantı aynen sabit bir telefon
bağlantısında olduğu gibidir. Gelen konuşma da aynı taşıyıcı frekansı kullanır. Fakat bu
defa, hücresel radyo istasyonundan cep telefonuna gönderilir.
30
Telefon cihazının içerisinde yayılan ses hızı, elektronik devrelerin yapısına bağlı
ve karmaşıktır.
Ancak ses, telefonların antenleri arasında "ses hızı" ile değil, "ışık hızı" ile yol alır.
Ahize denilen mikrofona konuşulduğunda, ses burada elektromanyetik dalgaya
çevrilir. Karşı tarafın telefonunda sese çevrilene kadar yolculuğunu elektromanyetik
dalga olarak yapar. Elektromanyetik dalganın hızı ışık hızına eşittir. Cep telefonunda
da normal telefon hattına bağlanıldığından, elektromanyetik dalga üzerine
bindirilmiş ses, telefonlar arasında ışık hızı ile hareket eder.
Şekil 1.19
Şekil 1.18
31
Soru 1
Saniyede 6 kez oluşturulan su dalgalarında ardı ardına gelen 3 dalga tepesi arası
uzaklık 12cm olarak ölçülmüş olup, bu dalganın periyodunu, dalga boyunu ve
yayılma hızını bulunuz.
Çözüm
32
Soru 2
Saniyede 10 kez oluşturulan su dalgalarında ardı ardına gelen bir tepe ile bir
çukur arası uzaklık 2cm ise, dalganın periyodunu, dalga boyunu ve yayılma
hızını bulunuz.
Çözüm
33
Soru 3
Düzgün aralıklarla 5s de 30 kez suya batırılan çubuğun oluşturduğu su
dalgalarında ardı ardına gelen 6 dalga tepesi arası uzaklık 20cm ölçülüyor.
Oluşturulan bu su dalgalarının sudaki yayılma hızı kaç cm/s olur?
Çözüm
34
Soru 4
Sarmal bir yayın 1m si 0,5kg gelmektedir. Bu yay kaç N luk bir kuvvet ile
gerilmeli ki, atmaların bu yaydaki yayılma hızı 6m/s olsun?
Çözüm
35
Soru 5
Frekansı 15s-¹ olan dalga kaynağından çıkan dalgalar 450m/s hızla ilerleyerek
bir K noktasından L noktasına 2s de ulaştığına göre, KL uzaklığı dalga boyunun
kaç katıdır?
Çözüm
36
Soru 6
Periyodu 0,5s olan sesin yüksekliği nedir?
Çözüm
37
Soru 7
Alüminyum bir blok içersinde 5100m/s hızla ilerleyen bir ses dalgası, bloğu 0,2s
içinde terk etmektedir. Alüminyum bloğun uzunluğunu bulunuz.
Çözüm
38
Soru 8
Alüminyum bir blok içersinde 5100m/s hızla ilerleyen bir ses dalgası, bloğu 0,2s
içinde terk etmektedir. Alüminyum bloğun uzunluğunu bulunuz.
Çözüm
39
Soru 9
Tipik bir deprem dalgasının hızı 8km/s olduğuna göre, minimum dalga boyu kaç
m olur?
Çözüm
40
Soru 10
Birbirinden 10000 km uzaklıktaki iki kişi telefon ile konuşmaktadır. Birinin
söylediği bir kelime diğerine ne kadar sürede ulaşacaktır?
Çözüm
41