Dalgalar-3: Su Dalgaları

Su Dalgaları

Durgun su yüzeyinde oluşturulan şekil değişikliğinin ortam boyunca yayılması ile elde edilen dalgalardır.

Su dalgaları hem enine hem de oyuna yer değiştirir.
Su molekülleri yaklaşık olarak dairesel hareket yapar.
Tepelerdeki tanecikler dalganın yayılma yönünde hareket ederken, çukurdaki tanecikler ters yönde hareket eder.
Bir tam dönme sonucunda su taneciklerinin toplam yer değiştirmesi sıfır olmuş olur.
Buna karşın dalga, su yüzeyi boyunca yayılmaya devam eder.

Laboratuvarda su dalgalarını incelemek için dalga leğenleri kullanılır. Dalga tepeleri ince kenarlı mercek, dalga çukurları ise kalın kenarlı mercek gibi davranarak leğenin tabanında aydınlık ve karanlık çizgiler oluşturur.

Su dalgalarında dalgaların yayılma doğrultusu, dalga tepelerine daima diktir.

Doğrusal ve Dairesel Su Dalgaları

Doğrusal Dalgalar: Doğrusal çubuk biçimli dalga kaynağının suya batırılıp çıkarılması ile oluşturulan dalgalardır.

Doğrusal su dalgalarında dalga tepeleri ve dalga çukurları doğrusaldır.

Dairesel Dalgalar: Noktasal bir dalga kaynağının suya batırıp çıkarılması ile oluşan, her yöne genişleyen dalgalardır.

Oluşan dalga tepeleri ve dalga çukurları eş merkezli dairelerdir.

Derinliğin sabit olduğu ortamda tepe ve çukurlar arasındaki uzaklık değişmez.
Dalga, merkezden dışa doğru hareket eder ve hareket ettikçe çapı artar. En dıştaki dalgaların çapı, en içtekilerden büyüktür.

Su dalgalarını oluşturan kaynağın frekans ve periyodu, dalganın frekans ve periyoduna eşittir.

Su dalgalarının hızı ortama bağlıdır.

Derinlik artarsa dalgaların yayılma hızı artar.

Derinlik azalırsa dalgaların yayılma hızı azalır.

\(v_{derin} > v_{sig}\)

Su Dalgalarının Farklı Derinlikteki Ortamlarda Hareketi

(su dalgasının hızı)=(frekans).(dalga boyu)

Ortam değiştiren su dalgasının frekansı ya da periyodu değişmediği için dalga boyu, hız ile doğru orantılıdır.
Sığ ortamdan derin ortama geçen dalgaların hızı arttığı gibi dalga boyları da artar.
Sığ bir ortama geçilirken dalga boyu ve hız azalır.

Dalgalar sığ ortama doğru ilerlerken genliği artar.

Stroboskop

Periyodik, doğrusal su dalgalarının dalga boyunu ve hızını ölçmeye yarayan alettir.

Periyodik, doğrusal dalgaların üzerine şekildeki gibi yerleştirilen stroboskop döndürülerek her bir aralıkta ardışık dalga tepelerinin geçmesi sağlanıp dalgalara üstten bakıldığında dalgalar duruyormuş gibi görünür. Bu durumda ölçülen dalga boyu, dalgaların gerçek dalga boyuna eşitse stroboskobun yarık frekansı dalgaların frekansına eşit olur.

Stroboskobun frekansı ve yarık sayısı göz önüne alınarak dalgaların frekansı, periyodu, hızı gibi değerler hesaplanabilir.

Stroboskobun yarık sayısı N, frekansı \(f_S\) olduğunda göslenen dalgaların frekansı \(f_D\):

\(f_D=N.f_S\)

Stroboskobun dönme hızı arttırılmaya başladığında dalgalar geriye doğru gidiyormuş gibi algılanmaya başlanır.

Su Dalgalarının Yansıması

Su dalgalarının bir engele çarpıp geri dönmesidir.

Dalganın yansıması dalganın ve engelin şekline göre farklı biçimlerde gerçekleşir.

Gelen dalganın yayılma doğrultusunun engelin normali ile yaptığı açı, yansıyan dalganın yayılma doğrultusunun engelin normali ile yaptığı açıya eşittir.

Gelen dalganın yüzey normali ile yaptığı açıya gelme açısı, yansıyan dalganın yaptığı açıya yansıma a.ısı denir.
Yansıma yüzeyine çizilen dikmeye normal (N) denir.

Doğrusal Su Dalgalarının Düzlem Engelden Yansıması

Gelen ve yansıyan dalga tepelerinin engelle yaptığı açılar gelme ve yansıma açısına eşittir.

Engele önce çarpan nokta, engelden önce yansır.

Su dalgalarının yansıma sonucunda frekans ve periyodu değişmez. Bunlar kaynağa bağlıdır.

Sabit derinlikte su bulunan ideal bir ortamda yansıma sonucu dalgaların; sürat ve dalga boyu değişmez.

Doğrusal engele dik gelen doğrusal dalgalar yansıdıktan sonra yine engele dik doğrultuda gider.

Dairesel Su Dalgalarının Düzlem Engelden Yansıması

Düzlem engele gelen dairesel dalgalar, engelin arkasındaki bir noktasal kaynaktan üretiliyormuş gibi dairesel dalgalar şeklinde yansır.

Gelen dalgaların merkez noktası (K) ile yansıyan dalgaların merkez (M) noktasının engele uzaklıkları eşittir.

Parabolik Engellerden Yansıma

Parabolik engellerin iç (çukur) ve dış (tümsek) yüzeylerinden yansımalar, yansıma kanunlarına göre gerçekleşir.

Bununla birlikte gelen dalganın biçimi ve gönderildiği nokta, yansıyan dalganın biçimini belirler.

Doğrusal Su Dalgalarının Çukur Engelden Yansıması

Sabit derinlikteki bir dalga leğenine yerleştirilmiş çukur engele yayılma doğrultusu asal eksene paralel olarak gönderilen doğrusal dalgalar, engelden yansıdıktan sonra bükülerek (dairesel şekil alarak) bir noktada toplanır. Daha sonra aynı noktadan dairesel dalgalar olarak yayılmaya başlar.

Engelden yansıdıktan sonra dalgaların toplandığı nokta, engelin odağıdır.
Odak F harfi ile gösterilir.
Odaktan sonra üstteki K noktası alta, alttaki L noktası üste geçer.

Dairesel Su Dalgalarının Çukur Engelden Yansıması

Çukur engelin odağında üretilen dairesel dalgaların engelden yansayanları doğrusal hale gelir.

Dairesel dalgaların her bir noktası çukur engel üzerine dik düşerse bu noktalar kendi üzerinden geri yansır. Yansıyan dalgalar noktasal kaynağa geri döner.

Dalga kaynağı konumunda toplandıktan sonra dalganın üst noktası alta, alt noktası üste geçerek ters yönde yayılmaya devam eder.

Önce odaklanıp sonra tekrar açılma olayında dalga tepesinin uçları yer değiştirir.

Doğrusal ve Dairesel Su Dalgalarının Tümsek Engelden Yansıması

Sabit derinlikteki bir dalga leğenine yerleştirilmiş tümsek engele yayılma doğrultusu asal eksene paralel olarak gönderilen doğrusal dalgalar, engelden yansıdıktan sonra açılarak (dairesel şekil alarak) yayılır. Yayılma doğrultularının uzantıları bir noktada kesişir. Bu nokta tümsek engelin odağıdır.

Dairesel dalgaların her bir noktası tümsek engel üzerine dik düşerse bu noktalar kendi üzerinden geri yansır. Dolayısıyla küresel engelin merkezine (M) doğru yönelen dairesel dalgalar engelde yansıdıktan sonra kendi üzerinden geri döner.

Yansımalarda, dalga aynı ortamda olduğu için sürat ve frekans değişmez.

Su Dalgalarının Kırılması

Su dalgalarının bir ortamdan başka bir ortama geçerken hızlarının ve hareket doğrultularının değişmesine kırılma denir.

Gelen dalgaların yayılma doğrultularının ortamları ayıran yüzeyin normali ile yaptığı açıya gelme açısı, kırılan dalgaların yayılma doğrultularının ortamları ayıran yüzeyin normali ile yaptığı açıya da kırılma açısı denir.
Gelme ve kırılma açıları aynı zamanda gelen ve kırılan dalgaların dalga tepelerinin ortamları ayıran doğrultu ile yaptığı açılara da eşittir.

Derin Ortamdan Sığ Ortama Geçen Dalgalar

Derin ortamdan sığ ortama geçen dalgaların hızı ve dalga boyu azalır, frekans ve periyodu değişmez.

Derin ortamdan sığ ortama geçen dalgalar normale yaklaşarak kırılır.

Sığ Ortamdan Derin Ortama Geçen Dalgalar

Sığ ortamdan derin ortama geçen dalgaların hızı ve dalga boyu artar, frekans ve periyodu değişmez.

Sığ ortamdan derin ortama geçen dalgalar normalden uzaklaşarak kırılır.

Ayırıcı yüzeye dik doğrultıda gelen dalgalar ortam değiştirildiğinde doğrultuları değişmez. Dalga boyu ve hızı değişir.