10. Sınıf Fizik - 4. Ünite: Dalgalar

1. Dalgaların Temel Kavramları

Dalga, bir titreşim veya bozulmanın, enerji taşıyarak uzayda veya bir ortamda yayılmasıdır. Dalgalar, maddeleri taşımaz; sadece enerji ve bilgi taşır. Örneğin su dalgaları suyu ilerletmez, su yüzeyinde şekil değişikliği olarak yayılır.

Temel Nicelikler

Dalga tepesi: Dalganın en üst noktası (maksimum yukarı sapma).
Dalga çukuru: Dalganın en alt noktası (maksimum aşağı sapma).
Dalga boyu (λ): Ardışık iki tepe veya iki çukur arasındaki uzaklık. Birimi metredir (m).
Periyot (T): Bir tam dalganın oluşması için geçen süre. Birimi saniyedir (s). Kaynağa bağlıdır, ortam değişince değişmez.
Frekans (f): Bir saniyede oluşan dalga sayısı. Birimi hertz (Hz)’dir.
f = 1 / T
Kaynağa bağlıdır, ortam değişince değişmez.
Genlik (A): Denge noktasından tepe veya çukura olan maksimum uzaklık. Dalganın enerjisinin göstergesidir; genlik büyüdükçe taşınan enerji artar.
Dalganın yayılma sürati (v): Dalganın birim zamanda aldığı yoldur.
v = λ / T = λ · f
Sürat, ortamın özelliklerine bağlıdır; kaynaktan bağımsızdır.
Uzanım (x): Herhangi bir andaki denge noktasına olan dik uzaklık.

Dalga, ortamda ilerlerken denge konumu etrafında titreşim yapar.

2. Dalgaların Sınıflandırılması

a) Taşıdığı Enerjiye Göre

Mekanik Dalgalar

Yayılmak için maddesel ortama ihtiyaç duyar. Ses, su, yay, deprem dalgaları mekaniktir. Boşlukta yayılamazlar. Hızları ortamın esneklik ve yoğunluk özelliklerine bağlıdır.

Elektromanyetik Dalgalar

Yüklü parçacıkların ivmeli hareketi sonucu oluşur. Boşlukta da yayılabilir, maddesel ortam gerekmez. Işık, radyo dalgaları, X ışınları, mikrodalgalar örnektir. Boşluktaki hızları yaklaşık 3·10⁸ m/s’dir (ışık hızı). Maddesel ortamda hızları azalır.

b) Titreşim Doğrultusuna Göre

Enine dalgalar: Ortamın titreşim doğrultusu, dalganın yayılma doğrultusuna diktir (örneğin yay üzerinde yukarı-aşağı sallanan uç, elektromanyetik dalgalar).
Boyuna dalgalar: Titreşim doğrultusu, yayılma doğrultusuyla aynıdır (örneğin ses dalgaları, yayda sıkışma-seyrekleşme).
Hem enine hem boyuna: Su dalgaları ve bazı deprem dalgaları bu türdedir; parçacıklar hem ileri-geri hem yukarı-aşağı hareket eder.

3. Dalgaların Yayılma Süratini Etkileyen Etmenler

Dalgaların hızı, yayıldıkları ortamın fiziksel özelliklerine bağlıdır:

Mekanik Dalgalar (Ses, Su, Yay)

Ortamın esnekliği arttıkça hız artar.
Ortamın yoğunluğu arttıkça hız genellikle artar (katı > sıvı > gaz).
Ses dalgalarında sıcaklık arttıkça hız artar.
Su dalgalarında derinlik arttıkça hız artar (sığda yavaş, derinde hızlı).

Elektromanyetik Dalgalar

Boşlukta sabit ve maksimumdur (≈ 3·10⁸ m/s).
Maddesel ortamda yoğunluk arttıkça hız azalır.

Örnek: Ses, havada yaklaşık 340 m/s, suda yaklaşık 1500 m/s, çelikte yaklaşık 5000 m/s hızla yayılır. Su dalgaları kıyıya yaklaştıkça sığlaşan suda yavaşlar.

4. Periyodik Hareketler

Belirli zaman aralıklarında tekrarlanan hareketlere periyodik hareket denir. Periyot (T), bir tam döngünün süresidir; frekans (f) ise birim zamandaki döngü sayısıdır.

Basit Sarkaç

Bir iple asılı kütlenin küçük açılarla (≤10°) salınımı.

T = 2π √(ℓ / g)

ℓ: ip uzunluğu, g: yer çekimi ivmesi.
Periyot kütleye bağlı değildir.
Uzunluk arttıkça periyot artar, g arttıkça azalır.

Yay Sarkacı

Yaya bağlı kütlenin yay kuvveti etkisiyle salınımı.

T = 2π √(m / k)

m: kütle, k: yay sabiti.
Periyot yer çekiminden bağımsızdır.
Kütle arttıkça periyot artar, yay sabiti arttıkça azalır.

5. Su Dalgalarında Yansıma ve Kırılma

Yansıma

Dalga, bir engele çarptığında geri döner. Gelme açısı yansıma açısına eşittir. Dalganın hızı ve dalga boyu değişmez, sadece yön değiştirir.

Ses dalgalarında yankı olarak gözlenir; kaynak ile engel arası en az 17 m olmalıdır.

Kırılma

Dalga, derinliği farklı iki ortamın arakesitine geldiğinde hızı ve dalga boyu değişir, dolayısıyla yönü de değişir. Frekans değişmez.

Derin → Sığ

Hız ve dalga boyu azalır, dalga normale yaklaşır (kırılma açısı < gelme açısı).

Sığ → Derin

Hız ve dalga boyu artar, dalga normalden uzaklaşır.

Not: Ayırıcı yüzeye paralel gelen dalgalar yön değiştirmez, ancak hız ve dalga boyu değişir.

6. Rezonans ve Deprem

Rezonans

Rezonans, bir sistemin doğal titreşim frekansı ile dışarıdan uygulanan titreşim frekansı çakıştığında genliğin maksimum olması olayıdır.

Binaların depremde yıkılması, köprülerin rüzgârda sallanması rezonans örneğidir.
Müzik aletlerinde ses zenginleştirmek için kullanılır.

Deprem

Yer kabuğundaki kırılmalar sonucu oluşan sismik dalgalardır. Deprem dalgaları mekanik dalgalardır, hem enine (S) hem boyuna (P) bileşenler içerir.

Deprem ile İlgili Temel Kavramlar

Odak noktası: Depremin yer altında başladığı nokta.
Merkez üssü: Odak noktasının yüzeye en yakın olduğu, sarsıntının en şiddetli hissedildiği nokta.
Depremin büyüklüğü: Enerji salınımı, Richter ölçeği ile 0-9 arası sayı.
Depremin şiddeti: Yüzeydeki etkisi, Mercalli ölçeği ile I-XII arası.

Sismograf, deprem dalgalarını kaydeder. Sismik izolatörler, binaları deprem etkisinden korumak için zeminle bina arasına yerleştirilir.