teknolojinin bilimsel ilkeleri
advertisement
9 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ Adem ÇALIŞKAN Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Mekanik dalgalar Temelde taneciklerin boyuna titreşimlerinden kaynaklanırlar. Yayılmaları için mutlaka bir ortama ihtiyaç gösterirler. Dalgalar hareket doğrultusu boyunca titreşirler. Yayılma bağıntısı dir. Örnek: Ses dalgaları, su dalgaları vb. Elektromagnetik dalgalar Elektrik yüklerinin ivmelendirilmesi sonucu oluşurlar. Yayılma doğrultuları ve alanlarına diktir. Yayılma bağıntısı ve taşıdıkları enerji dir. Yayılma için ortama gerek yoktur. Polarize olurlar, yansıma ve kırılma bağıntılarına uyarlar. Adem ÇALIŞKAN 2 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Mekanik dalgalar Adem ÇALIŞKAN 3 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Ses dalgaları Titreşim etkisiyle cisimlerde oluşan dalgalardır.Ses dalgaları günlük hayatta insanların birbirini duymasında, haberleşme cihazlarında taşıyıcı dalgayı modüle etmede yaygın olarak kullanılır. Ses üstü dalgaların frekansı Normal insan sesinden çok daha yüksektir. Bu dalgaları insan kulağı algılayamaz. Söz konusu dalgalar sanayide tahribatsız test muayenesinde ve tıpta görüntüleme (ultrasonografi) de kullanılır. Adem ÇALIŞKAN 4 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Örnekler Sesin havadaki hızı 340 m/s. 'dir. 20 KHz‘ lik bir ses dalgasının dalga boyunu hesaplayınız? ƒ=20 Kilo Hertz (KHz)=20000 Hertz (Hz) v= 340 m/s λ=? λ= v / ƒ = 340 / 20 000 = 0,017 m = 17 * 10-3 m Bir ses dalgasının havadaki dalga boyu λ = 5 x 10-5 metre, havadaki hızı 280 m/s. 'dir. Bu ses dalgasının frekansını hesaplayınız? ƒ= v / λ = 280 / 0,00005 = 5 600 000 Hertz = 5600 KHertz Adem ÇALIŞKAN 5 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Aerodinamik ve Ses Akım hızlarına göre aerodinamik: havaya göre hareket halinde olan cismin etrafındaki bu izafi hava akımının, ses hızının altında ve üstünde olmasına göre, aerodinamik değişik kısımlara ayrılmıştır. Ses hızının altındaki akımlara "subsonik akımlar", ses hızı civarındaki akımlara "transonik akımlar" denilmekte ve ses üstü akımlar da "süpersonik" ve "hipersonik" akımlar olarak iki kısımda incelenmektedir. Bu arada "şok dalgasından da bahsetmek gerekir. Suya atılan bir taşın meydana getirdiği dalgalar genişleyen halkalar şeklinde yayıldığı gibi, ses dalgaları da hava içinde, merkezi ses kaynağı olan ve yarıçapı ses hızına eşit bir hızla büyüyen küresel yüzeyler boyunca yayılır. Adem ÇALIŞKAN 6 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Aerodinamik ve Ses Hava içerisinde hareket eden bir uçağın hızı ses hızına yaklaştıkça yayılma hızı sabit olan ses dalgaları üst üste binmeye başlar ve tek bir dalga yüzeyinde birleşirler. "Sıkışma dalgası" yahut "şok dalgası" denilen bu dalga, uçağın uçuş yoluna yakın bölgelerde ciddi hasarlara yol açacak kadar yüksek enerjiye sahip olur. Bundan dolayı süpersonik uçuşlar köy, kasaba gibi meskun bölgeler üzerinden, ancak yüksek irtifalardan geçmek şartı ile yapılabilir. Sesten hızlı uçuş ile meydana gelen şok dalgası, yer yüzeyinde bir patlama sesi olarak duyulur. Uçak, ses hızının çok üstünde uçuyorsa, bu ses bize ulaştığında uçak sesin geldiği yerden çok daha uzak, daha ileride bir yerde olacaktır. Adem ÇALIŞKAN 7 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Aerodinamik ve Ses Yunus balığının Ultrason dalgaları yayması Bir yunus, zifiri karanlıktaki suda kendinden 3 km uzakta yan yana duran iki ayrı metal parayı birbirinden ayırt edebilir. Bunu gözleri ile yapmaz. Kafatasının altında bulunan mükemmel tasarlanmış sonar sistemi, ona bu gibi hassas saptamalar yapma imkanını tanır. Böylece cisimlerin şekli, büyüklüğü, hızı ve yapıları hakkında çok detaylı bilgiler edinebilir. Adem ÇALIŞKAN 8 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Aerodinamik ve Ses Yunus balığının Ultrason dalgaları yayması Bir yunusun bu sonar sistemi kullanmayı öğrenmesi zaman alabilir. Tecrübeli bir yunus için yolladığı birkaç "sinyal" sonuç almasına yeterken, gençlerin objeleri tanımlamak için yıllarca deneme yapmaları gerekebilir.Yunuslar sonarlarını sadece çevreleri hakkında bilgi edinmek için kullanmaz. Bazen 3-4 tane yunus bir balık sürüsünün etrafında yüzer. Bu esnada hepsi birden yüksek ses dalgaları yayar. Bu dalgalar balıkları sersemletecek kadar şiddetlidir. Yunusların bundan sonra yapacakları tek iş, sersemleyen balıkları rahatlıkla avlayıp yemektir. Yetişkin bir yunus, insan kulağının algılayamayacağı büyüklükte (20.000 Hertz ve üstü) ses dalgaları yayar. Bu dalgalar kafasının ön kısmı hizasında yer alan ve "kavun" olarak adlandırılan bir bölgeden kaynaklanır. Hayvan kafasını hareket ettirerek dalgaları istediği yöne doğru kanalize edebilir. Sonar dalgası bir engelle karşılaştığı zaman, hemen yansıyarak geri döner. Alt ağız, alıcı görevi yaparak yankıyı iç kulağa yollar. Alt ağız ile iç kulak arasındaki sinüs boşlukları ise, "lipit" adı verilen bir yağ bileşiği ile doludur. Bu yağ, alınan dalganın iç kulağa taşınması amacıyla oraya yerleştirilmiştir. İç kulak da verileri beyne gönderir. Bu veriler beyinde analiz edilir ve yorumlanır. Adem ÇALIŞKAN 9 Mekanik ve Elektromanyetik Dalga Hareketi Aerodinamik ve Ses Yıldırım ve ses dalgaları Bir yıldırım, saatte 96.000 km hızla iner. İlk çakma birleşme noktasına ya da yüzeye 20 milisaniyede, dönüş çakması ise buluta 70 mikro saniyede ulaşır. Şimşek toplam yarım saniye kadar sürer. Şimşek sırasında oluşan gök gürültüsünün nedeni ise, şimşek kanalının çevresindeki havanın bir anda ısınmasından kaynaklanır. Bunun sonucunda hava ses üstü hızla genleşir ama birkaç metre sonra şok dalgası normal bir ses dalgasına dönüşür. Ses dalgaları daha sonra ortamdaki hava ve yüzey şekillerince biçimlenir. Birbirini izleyen patlama ve çatırdamaların sebebi de budur. Adem ÇALIŞKAN 10
