TYT SU DALGALARI

TYT su dalgaları konusu; dalga leğeninde oluşan doğrusal ve dairesel dalgaları, su derinliğinin dalga hızına etkisini, engellerde yansımayı, stroboskopla ölçümü ve farklı derinlikler arasındaki kırılmayı birlikte ele alır. Bu konudaki soruların çoğu yalnız şekle bakarak değil, “kaynak neyi belirler, ortam neyi değiştirir?” ayrımı kurularak çözülür. Dalga hareketi ve yay dalgaları konusundaki v=λf bağıntısı burada su derinliğiyle birleştirilir.

SU DALGALARININ OLUŞUMU VE TEMEL BÜYÜKLÜKLER

Dalga Leğeni ve Su Yüzeyinin Görünümü

Tabanı saydam olan sığ bir kaba dalga leğeni denir. Su yüzeyinde oluşan tepe ve çukurlar, leğenin üstünden gönderilen ışığı farklı biçimde kırdığı için alt taraftaki perdede aydınlık ve karanlık çizgiler hâlinde görülebilir. Böylece çok hızlı hareket eden su yüzeyi, üstten bakılan bir dalga cephesi haritasına dönüştürülür.

Su dalgası ilerlerken suyun bütünü kaynakla birlikte taşınmaz. Yüzeydeki küçük bir tanecik yaklaşık dairesel ya da eliptik bir yörünge izleyebilir; dalga ise enerjiyi başka bir noktaya taşır. Bu nedenle su dalgasını yalnız “enine” ya da yalnız “boyuna” diye düşünmek, yüzey hareketinin bütününü açıklamaz.

Doğrusal ve Dairesel Su Dalgaları

Suya periyodik olarak dokunan düz bir cetvel, birbirine paralel doğrusal dalga cepheleri üretir. Tek bir noktaya dokunan kaynak ise merkezden dışarı yayılan dairesel dalga cepheleri oluşturur. Sabit derinlikte ve sabit kaynak frekansında ardışık cepheler arasındaki uzaklık, yani dalga boyu, her yönde eşittir.

Derinlik, Hız, Frekans ve Dalga Boyu

TYT düzeyindeki dalga leğeni modelinde su derinliği arttıkça dalga daha hızlı, derinlik azaldıkça daha yavaş ilerler. Frekans ve periyot kaynağın özelliğidir; dalga başka derinliğe geçtiğinde kaynak değişmediği için f ve T değişmez. Bu durumda v=λf bağıntısına göre hızın büyük olduğu derin bölgede dalga boyu da büyüktür.

Stroboskopla Frekans ve Dalga Boyu Ölçümü

Hızlı ilerleyen dalga cephelerini ayrı ayrı görebilmek için üzerinde eşit aralıklı yarıklar bulunan döner bir disk, yani stroboskop kullanılır. Göz, her yarıktan geçtiğinde su yüzeyini kısa aralıklarla görür. Ardışık görüntülerde aynı fazdaki tepe aynı yerde görünürse dalgalar duruyormuş gibi algılanır.

En basit durgun görünüm koşulunda, N yarıklı disk saniyede f_s tur atıyorsa saniyedeki görüntü sayısı N·f_s olur ve dalga frekansı buna eşittir. Dalga boyu cetvelle ölçüldükten sonra hız v=λf ile bulunur.

Dalga Leğenine Üstten ve Yandan Bakış

Dalga leğenine yandan bakıldığında su yüzeyinin tepe ve çukurları görülür. Üstten bakışta ise aynı fazdaki noktaları birleştiren dalga cepheleri çizgiler hâlinde görünür. Ardışık iki tepe çizgisi arasındaki dik uzaklık dalga boyudur. Doğrusal kaynak paralel cepheler, noktasal kaynak merkezden dışarı yayılan dairesel cepheler oluşturur.

Derin bölgeden sığ bölgeye geçişte hız ve dalga boyu azalır, ancak kaynağın frekansı değişmez. Bu nedenle üstten görünüşte cephe çizgileri sığ bölgede birbirine yaklaşır. Şekilde çizgilerin sıklığı yalnız başına “frekans arttı” anlamına gelmez; aynı kaynak kullanılıyorsa değişen büyüklük dalga boyudur.

Stroboskop, belirli aralıklarla yanıp sönen ışıkla dalga desenini kesikli zamanlarda gösterir. Stroboskop frekansı dalga frekansına eşitse aynı fazdaki görüntüler üst üste gelir ve dalga duruyormuş gibi algılanır. Frekanslar birbirine yakın fakat eşit değilse desen yavaşça ileri veya geri gidiyormuş gibi görünebilir. Gerçek dalga hızı değişmemiştir; değişen, gözlenen ardışık örneklerin faz farkıdır.

SU DALGALARININ YANSIMASI

Düz Engelde Yansıma

Doğrusal dalgalar düz engele ulaştığında aynı ortamda geri döner. İlerleme doğrultusu ile engele çizilen normal arasındaki gelme açısı i, yansıma açısı rye eşittir. Dalga aynı derinlikte kaldığı için yansıma sırasında hız, frekans, periyot ve dalga boyu değişmez; yalnız ilerleme doğrultusu değişir.

Dairesel Dalgaların Düz Engelden Yansıması

Noktasal kaynaktan çıkan dairesel dalgalar düz engelden yansıdığında yine dairesel görünür. Yansıyan cephelerin merkezi, gerçek kaynağın engele göre simetriği olan sanal kaynak noktasıdır. Bu yöntem, düz aynadaki görüntü mantığına benzer: sanal kaynak engelin arkasındadır fakat dalga enerjisi gerçekte o noktadan çıkmaz.

Çukur ve Tümsek Engellerde Yansıma

Çukur engel dalga enerjisini toplayabilir. Asal eksene paralel gelen doğrusal dalgalar yansıdıktan sonra odakta birleşir; odaktan gönderilen dairesel dalgalar ise doğrusal cepheler hâlinde yansır. Merkezden gönderilen dairesel dalgalar kendi üzerlerinden dönerek yeniden merkezde toplanır. Tümsek engel ise gelen dalgaları dağıtır; yansıyan cephelerin uzantıları engelin arkasındaki sanal odakta kesişiyormuş gibi görünür.

DERİNLİK DEĞİŞİMİ VE SU DALGALARININ KIRILMASI

Derin ve Sığ Ortamın Karşılaştırılması

Dalga leğeninin tabanına cam levha konulduğunda levhanın üzerindeki su daha sığ, diğer bölüm daha derin olur. Aynı kaynağın dalgaları derin bölümde daha hızlı ve daha büyük dalga boylu; sığ bölümde daha yavaş ve daha küçük dalga boyludur. Bu karşılaştırmada genliğin nasıl değişeceği yalnız derinlik bilgisinden kesin olarak söylenemez.

Kırılmanın Oluşumu ve Yönü

Dalga cephesinin bir ucu diğerinden önce farklı derinliğe girerse iki uç bir süre farklı hızlarla ilerler. Cephe bu nedenle döner ve dalganın ilerleme doğrultusu değişir; bu olaya kırılma denir. Derinden sığa geçen dalga yavaşladığı için normale yaklaşır. Sığdan derine geçen dalga hızlandığı için normalden uzaklaşır.

Dik Geçiş ve Paralel Sınırlar

Dalga ilerleme doğrultusu ayırıcı yüzeyin normaline paralelse cephenin her noktası yeni derinliğe aynı anda girer. Bu durumda dalga yön değiştirmez; ancak hız ve dalga boyu değişir. Derinlikleri aynı iki dış bölgenin arasında farklı derinlikte ve paralel yüzeyli bir şerit varsa dalga şeritte kırılır, çıkışta ilk doğrultusuna paralel hâle gelir. Yine de yanlamasına bir kayma oluşabilir.

Eğik Sınırda Kırılmanın Geometrisi

Bir dalga cephesinin bir ucu sığ bölgeye önce ulaştığında bu uç yavaşlar, diğer uç bir süre daha derin bölgede hızlı ilerler. Cephe bu hız farkı nedeniyle döner. İlerleme doğrultusu dalga cephesine dik olduğundan, derinden sığa geçişte ışın normale yaklaşır; sığdan derine geçişte normalden uzaklaşır. Kırılma yönünün ezberlenmesi yerine cephenin hangi ucunun önce yavaşladığını düşünmek, karmaşık şekillerde daha güvenilir sonuç verir.

Sınıra dik gelen dalgada cephenin bütün noktaları yeni ortama aynı anda girer. Hız ve dalga boyu değişmesine karşın doğrultu değişmez. Paralel iki derinlik sınırından geçen dalga, ikinci geçişte ilk derinliğine dönüyorsa çıkış doğrultusu başlangıç doğrultusuna paralel olur; arada yalnız yanal bir kayma oluşabilir.

Birden fazla bölgenin yer aldığı şekillerde cephe aralıkları doğrudan hız sırasını verir: aynı kaynak için büyük dalga boyu büyük hız, büyük hız da daha derin su demektir. Frekans bütün bölgelerde aynıdır. Genlik ise derinlik bilgisiyle tek başına kesin sıralanamaz; enerji kayıpları veya kaynak bilgisi gerekir.

Çukur ve Tümsek Engellerde Özel Işınlar

Çukur engelin merkezinden çıkıyormuş gibi ilerleyen dairesel dalgalar engele dik ulaşır ve geldikleri yoldan geri döner. Eksen doğrultusunda gelen doğrusal dalgalar ise çukur engelden yansıdıktan sonra odakta toplanan dairesel dalgalara dönüşür. Odaktan gelen dairesel dalgalar da yansıma sonrasında doğrusal cepheler oluşturur. Bu tersinirlik, ışık aynalarındaki özel ışınlara benzer.

Tümsek engelde yansıyan cepheler açılarak dağılır. Geriye doğru uzantıları engelin arkasındaki sanal bir merkezden çıkıyormuş gibi görünür. Engel biçimi değişse de her küçük temas noktasında normal, yüzeye diktir ve gelme açısı yansıma açısına eşittir.

Kaynak, Engel ve Derinlik Etkilerinin Ayrılması

Bir su dalgası sorusundaki ilk ayrım, kaynağın değişip değişmediğidir. Kaynak sabitse frekans ve periyot sabit kalır. Dalga cepheleri arasındaki uzaklık hız ve derinlik sırasını; sınırın türü ise yansıma ya da kırılma modelini belirler. Genlik, hız, frekans ve dalga boyu bu bilgilerden sonra birbirinden ayrı değerlendirilir.