Fizik

Su Dalgaları Konu Anlatımı

Bir çakıl taşını göle attığımızda dalgaların oluştuğunu görmüşüzdür. Çakıl taşının oluşturduğu sarsıntı gölün kenarında son bulur. Eğer sarsıntının yakınında yüzen bir yaprağın hareketini dikkatlice incelersek onun ilk konumu etrafında aşağı yukarı hareket ettiğini fakat sarsıntı kaynağının asla uzaklaşmadığını ya da ona yaklaşmadığını görürüz. Yani su dalgaları (veya sarsıntı) bir yerden başka bir yere hareket eder fakat su onunla birlikte hareket etmez. Böyle olmasaydı su yüzeyinde oluşan dalga ile birlikte denizin tamamının hareket etmesi gerekirdi. Oysaki yüzeyde oluşan dalgalardan dolayı su içerisinde hiçbir değişiklik gözlenmez.

su dalgaları

Su dalgası suyun bulunduğu tüm ortamlarda oluşturulabilir. Durgun bir suyun içine kalemimizin ucunu batırıp çıkardığımızda kalemin su ile temas ettiği noktayı merkez alan ve her yöne eşit hızlarla yayılan dalgalar elde ederiz. Bu dalgalar dairesel su dalgalarıdır. Kalemin ucunu değil de kendisini suyun içine batırıp çıkarırsak bu durumda bir doğrultuda eşit hızlarla yayılan dalgalar elde ederiz. Bu dalgalar doğrusal su dalgalarıdır. Laboratuvar ortamında su dalgaları ve bu dalgaların özellikleri dalga leğeni adı verilen bir araç ile incelenir. Dalga leğeni, tabanı cam ve kenarları suyu tutacak şekilde hazırlanmış bir araçtır.

Dalga leğenine üstten ışık tutulunca su üzerindeki dalgalar mercek gibi davranarak kabın alt tarafında aydınlık ve karanlık bölgeler oluşturur. Bu da dalga özelliklerini incelememizi kolaylaştırır.

Su Dalgalarının Özellikleri

Su dalgalarının özelleri maddeler halinde kısaca şöyle sıralanabilir:

  • Tepe ve çukur noktalardan oluşurlar.
  • Ortam değişmezse hızları değişmez.
  • Ortam değiştiğinde frekansları ve periyotları sabit kalır.
  • Ortamın derinliği değişince hızı ve dalga boyu değişir.
  • Su dalgaları üzerine bir ışık demeti gönderilirse tepe noktalar ışınları kırarak bir noktada toplar (ince kenarlı mercek gibi davranırlar).
  • Çukur noktalar ise ışınları dağıtır (kalın kenarlı mercekler gibi davranırlar).
  • Su dalgaları üzerine bir ışık demeti gönderilirse tepe noktalarının altında aydınlık, çukur noktalarının altında ise karanlık noktalar oluşur.

Su dalgası denince birçoğumuzun aklına deniz dalgaları gelir. Bu dalgaların nasıl oluştuğunu hiç düşündünüz mü?

Deniz dalgalarının kaynağı rüzgârlardır. Bu dalgalar incelendiğinde deniz kıyısının şekli ne olursa olsun dalgaların hep kıyıya paralel gelip çarptıklarını görürsünüz. Deniz yüzeyine çarpan rüzgâr, suyun hareketlenmesini sağlar. Ancak dalgaların sahile arka arkaya paralel bir şekilde gelip çarpmalarının sebebi rüzgâr değildir. Açık denizde dalgalar, bizim sahilden seyrettiğimiz gibi düzgün değillerdir. Rüzgâr bir yönden ve düzgün şekilde esmez. Hava şartlarıyla birlikte karışık yönlerden su yüzeyine çarpan hava, düzensiz dalgalar oluşturur. Bu düzensiz dalgalar sahile değişik açılarla yaklaşırlar.

Sahile yaklaşan dalga, sanki bunu hissetmiş gibi kırılıp köpürmeden önce aniden yönünü değiştirir ve düzgün paralel çizgiler halinde sahile vurur.

Dalgalar kıyıya (sığ yerlere) yaklaştıkça, dalganın suyun altında kalan kısmı dibe sürtmeye başlar. Dibe değen bu kısmın hızı azalır. Örneğin sağa doğru bir açıyla kıyıya gelen dalganın önce sol tarafı kıyıya ulaşır ve deniz dibi tarafından frenlenir. Bisikletle giderken sol ayak yere değdirildiğinde nasıl bisiklet yavaşlar ve sola dönerse dalga boyunca da aynı şey olur.

Dalganın diğer kısımları da aynı derinliğe ulaşıp dibe değdikçe dalga tamamen yüzünü sola yani kıyıya doğru döndürür. Bu hareket, bütün dalga boyunca ve daha sonra arkadan gelen dalgalarda devam eder. Kıyıya iyice yaklaşan dalgada alttaki kısım artık hareket edemez. Üstteki kısım çelme takılmış bir insan gibi kapaklanır ve köpükler oluşur. Dalga sönene kadar bu durum devam eder. Sönen dalganın suları, geri denize çekilir. Denizde oluşan dalgaların büyüklüğü denizin derinliğine ve rüzgârın şiddetine bağlıdır.

Su dalgalarını şekillerine göre doğrusal su dalgaları ve dairesel su dalgaları olmak üzere iki grupta incelemek mümkündür.

Doğrusal Su Dalgaları

Doğrusal su dalgaları, düz bir çubuğu suya değdirdiğimizde oluşur. Dalgaların yüksek olan kısımlarına tepe (T), alçak olan kısımlarına ise çukur (Ç) denir. Dalgalar her zaman dalga tepelerine dik olarak ilerler.

Dairesel Su Dalgaları

 

Dairesel su dalgaları, noktasal kaynaklarla oluşturulur. Dalga leğenine kalemin ucunu değdirdiğimizde ya da bir taş bıraktığımızda dairesel su dalgası oluşur. Yayılma doğrultusunda dalganın şekli bozulmadığından dalga tepesinin hızı her doğrultuda aynıdır.

şekillerine göre dalga çeşitleri

Su Dalgalarının Yansıması

Su dalgalarının yansıması farklı geometrik alanlarda farklı cereyan eder. Genel olarak aynı mantığıyla düşünmemiş gerekir. Engel su dalgasını benzediği ayna gibi yansıtır.

Doğrusal Su Dalgalarının Düz Engelden Yansıması

Doğrusal su dalgalarının düzlem engelde yansıması, ışığın düzlem aynada yansımasıyla benzerlik gösterir.

doğrusal su dalgalarının düz engelden yansıması

Normal: Yüzeye çizilen dikmedir.

Gelme açısı (θg): Gelen atmanın yüzeyin normali ile yaptığı açıdır.

Yansıma açısı (θy): Yansıyan atmanın yüzeyin normali ile yaptığı açıdır.

Yansıma kanunlarına göre gelme açısı yansıma açısına eşittir. Yüzeyin normali ile θ açısı yapacak şekilde gelen dalgalar aynı açı ile yansırlar. Dalganın hızı (V), dalga boyu (λ) ve frekansı (f) değişmez.

Dairesel Su Dalgalarının Düz Engelden Yansıması

K noktasından dairesel yayılan su dalgaları düz engele çarptığında yansır. Yansıyan dalgalar sanki engelin arkasındaki K noktasına eşit uzaklıktaki, K’ noktasından geliyormuş gibi davranır.

dairsel su dalgalarının düz engelden yansıması

Doğrusal Su Dalgalarının Çukur Engelde Yansıması

Doğrusal su dalgalarının çukur engelden yansıması çukur aynaya paralel gelen ışının yansımasına benzer. Odak noktası F olan çukur engele gelen doğrusal dalgalar yansıdığında odakta toplanır. Daha sonra yayılır.

doğrusal su dalgalarının çukur engelden yansıması

Doğrusal Su Dalgalarının Tümsek Engelde Yansıması

Doğrusal dalgalar, odak noktası F olan tümsek engele geldiğinde odaktaki dairesel su dalgası kaynağından yayılıyormuş gibi yansırlar. Bu yansıma, asal eksene paralel gelen ışığın tümsek aynada yansımasına benzer.

doğrusal su dalgalarının tümsek engelden yansıması

Dairesel Su Dalgalarının Çukur Engelde Yansıması

Bu durum için 5 tane ayrı seçenek mevcuttur.

1. Kaynak merkezin dışındaysa

Kaynak merkezin dışında ise dalgalar çukur engelden yansıdıktan sonra odak ile merkez arasında toplanacak şekilde yansır.

kaynak merkezin dışındaysa

2. Kaynak merkezdeyse

Kaynak merkezdeyse dalgalar çukur engelden yansıdıktan sonra merkezde toplanacak şekilde yansır.

kaynak merkezin dışındaysa

3. Kaynak odakla merkez arasındaysa

Kaynak odak ile merkez arasında ise dalgalar çukur engelden yansıdıktan sonra merkezin dışında toplanacak şekilde yansır.

kaynak odakla merkez arasındaysa

4. Kaynak odaktaysa

Kaynak odakta ise çukur engele dairesel olarak gelen dalgalar, engelden doğrusal olarak yansır. Bu durum, çukur aynanın odağından gelen ışının, asal eksene paralel olarak yansımasına benzer.

kaynak odaktaysa

5.  Kaynak odakla tepe noktası arasındaysa

Kaynak odakta ise çukur engele dairesel olarak gelen dalgalar, engelden doğrusal olarak yansır. Bu durum, çukur aynanın odağından gelen ışının, asal eksene paralel olarak yansımasına benzer.

kaynak odakla tepe noktası arasındaysa

Dairesel Su Dalgalarının Tümsek Engelde Yansıması

Dairesel dalgalar tümsek engelde, engelin odağı ile tepe noktası arasındaki bir noktadan geliyormuş gibi yansır.

dairesel su dalgalarının tumsek engelde yansıması

Su Dalgalarının Hızı

Dalga leğenindeki çubuk, eşit zaman aralıklarında suya batırılıp çıkartıldığında doğrusal ve periyodik dalgalar üretilmiş olur.

Periyot (T)

Bir tam dalganın oluşması için geçen süreye periyot denir. Ardı ardına gelen iki tepe (TT) arası veya iki çukur (ÇÇ) arası tam bir dalgadır.

Dalganın T’den T’ye veya Ç’den Ç’ye gelene kadar geçen süre eşittir ve bu dalganın periyoduna eşittir. Birimi saniye (s) dir.

Frekans (f)

Bir saniyede oluşturulan dalga sayısına frekans denir. Birimi = 1/s = s-1 = Hertz (Hz) dir. Periyotla frekans arasında her zaman, f.T = 1 eşitliği vardır.

Dalga Boyu (λ)

Ardı ardına gelen iki dalga tepesi ya da çukuru arasındaki uzaklığa dalga boyu denir. Birimi metre (m) veya santimetre (cm) dir.

Dalganın Hızı (V)

Bir tam dalga oluştuğunda dalganın aldığı yol λ, geçen süre T olduğundan, dalganın hızı, V = λ.f eşitliği ile bulunur.

Yorumlar
Sen de Yaz