SU DALGALARININ HIZININ ÖLÇÜLMESİ
10. sınıflar fizik dersi konusu. Su dalgalarının hızının ölçülmesi. Stroboskobun yapısı ve çalışması. Stroboskop ile dalga hızının ölçülmesi. Konu anlatımı ve çözümlü örnekler.
Su Dalgalarının Hızı
Su dalgalarının hızı da yay ve ip dalgalarının hızı gibi alınan yolun geçen zaman bölünmesiyle bulunabilir.
Bir dalga, bir dalga boyu kadar yolu 1 periyotta alır. X yerine λ, t yerine T yazarsak
| V = | λ | olur. 1/T = f olduğundan, |
| T |
V = λ.f yazılabilir.
Yukarıdaki dalga hızı hesaplama yöntemleri su dalgalarının hızının, periyodunun ve frekansının bulunmasında kullanışlı değildir.
Çünkü dalganın oluşma anı ile aldığı yolu takip ederek doğru biçimde ölçmek zordur.
Su dalgalarının hızını ölçmek için kullanışlı bir alet yapılmıştır, Stroboskop.
Stroboskop, üzerinde yarıklar bulunan dairesel biçimli bir ince bir metal veya plastik ile onun tutunmasını ve dönmesini sağlayan yardımcı öğelerden meydana gelir. Bu daire kendi ekseni etrafında dönebilecek biçimde bir mile konumlandırılır.
Bir stroboskop dalga üzerine yerleştirilir ve stroboskop üzerindeki yarıklardan dalgaların geçişi gözlenir. Eğer stroboskop dalga hızına eşit bir hızda döndürülürse, dalgalar duruyormuş gibi gözlenir. Dalgalar duruyormuş gibi gözlendiği anda dalgaların hızı bulunabilir.
Stroboskop üzerindeki yarıkların arasındaki mesafeler eşittir. Stroboskop dalga hızına eşit hızda döndürüldüğünde dalga duruyormuş gibi izlenir. Bu arada geçen dalga sayısı ve süre hesaplanarak dalga hızı bulunabilir.
Stroboskobun periyoduna Ts, üzerindeki yarık sayısına n diyelim.
Bir stroboskopta gözümüzün önünde geçen yarık sayısına stroboskobun yarık frekansı denilir ve fy ile gösterilir.
Stroboskobun saniyedeki devir sayısına stroboskobun frekansı denilir ve fs ile gösterilir.
Stroboskop bir tam devir yaptığında izlediğimiz noktada üzerindeki yarıkların sayısı kadar yarık geçer, n tane yarık varsa bu sürede n tane yarık geçer.
Buna göre fy = n.fs olur. Yani 10 yarıklı bir stroboskop bir tam dönüş yaptığında bir noktadan 10 yarık geçer.
Stroboskop 1 saniyede 1 tur atıyorsa ve üzerinde 10 yarık varsa izlediğimiz bir noktada 1 saniye içinde 10 yarık geçecektir.
Dalgalar duruyormuş gibi göründüğünde dalgaların frekansı ile yarıkların göz önünden geçme frekansı birbirine eşit olacağından,
fD = fy
fy= n.fs
fD = n.fs olur.
Yani dalgaların frekansı stroboskobun frekansı ile üzerindeki yarık sayısının çarpımına eşittir.
Örnek:
Ardışık iki dalga tepesi arasındaki mesafe 50 cm olan bir su dalgası, 10 yarıklı bir stroboskop ile izleniyor. Dalgalar ilk kez stroboskopta hareketsiz duruma geldiğinde stroboskop dakikada 180 devir yapmaktadır. Buna göre dalga hızı kaç m/s dir?
Çözüm:
Dakikada 180 devir yapan stroboskobun 1 saniyedeki devir sayısını bulalım.
1 dk = 60 s
60 saniyede 180 devir
1 saniyede f devir
Stroboskop saniyede 3 devir yapmaktadır. Su dalgasının frekansını bulalım.
fD = n.fs
fD = 10.3
fD = 30 Hz
Dalganın frekansı 30 s-1 dir, şimdi hızını hesaplayalım.
V = λ.f
λ = 50 cm = 0,5 m
V = 0,5.30
V = 15 m/s
Örnek:
Şekilde bir kapta ilerleyen dalgalar görülmektedir. İlk ve son dalga arasındaki mesafe 150 cm’dir. 6 yarıklı bir stroboskop alarak bu dalgaların hızını ölçmeye çalışan bir kişi stroboskop ile bu dalgaların hızını izlemeye başlıyor. Stroboskop 3 devir/s hızla dönerken dalgalar ilk kez hareketsiz görünüyor.
Buna göre dalgaların hızı kaç m/s dir?
Çözüm:
Bu kez periyot hesabı ile gidelim.
Stroboskobun periyodu aşağıdaki gibi bulunur.
Td = Dalga periyodu
6 dalga tepesi arasındaki mesafe 150 cm’dir. 2 dalga tepesi arasındaki mesafe, 150/5 = 30 cm olur. λ = 30 cm’dir.
V = 60 cm/s
V = 0,6 m/s
Su Dalgaları
Su Dalgalarında Kırılma
SANATSAL BİLGİ
17/12/2019