puanlabs
Ücretsiz başla

AYT Dalga Mekaniği (Kırınım, Girişim, Doppler) konu anlatımı

Fizik · sınavda ortalama 1 soru çıkıyor

Fizik laboratuvarı

Olayı gözünde canlandır, büyüklükleri ve birimleri takip et.

8 bölüm · ~16 dk · 14 etkileşim

Hadi başlayalım! Bu konu 8 bölüm, yaklaşık 16 dakika. Arada sana küçük sorular soracağım.

Dalga mekaniği, dalgaların engel ve yarıklarla karşılaştığında gösterdiği kırınım, iki dalganın üst üste binmesiyle oluşan girişim ve kaynak ile gözlemcinin bağıl hareketinden doğan Doppler olayı konularını kapsar. AYT Fizik'te bu konudan genellikle 1 soru gelir; su dalgaları (dalga leğeni), ışıkta çift yarık (Young deneyi), tek yarıkta kırınım ve Doppler olayı en sık işlenen başlıklardır.

1Ortak anahtar: yol farkı ve dalga boyu

İlk bölüm! Temeli burada atıyoruz, acele etme.

Tüm başlıkların ortak noktası yol farkı ve dalga boyu ilişkisidir.

Temel dalga bağıntısı: v = λ·f (v: yayılma hızı, λ: dalga boyu, f: frekans). Dalganın frekansı kaynağa bağlıdır ve ortam değişince değişmez; hız ortama bağlıdır, dalga boyu ise v = λ·f ile ikisine göre ayarlanır. Su dalgaları sığ bölgede yavaşlar; f sabit kaldığından λ kısalır.

Örnek 1: Derin ve sığ bölge0 / 3 adım

Bir dalga leğeninde frekansı 20 Hz olan kaynak, dalga boyu 3 cm olan dalgalar üretiyor. Dalgaların yayılma hızı kaç cm/s'dir? Dalgalar hızının 40 cm/s olduğu sığ bölgeye geçerse dalga boyu ne olur?

    2Kırınım

    Önemli yerleri altını çizer gibi oku.

    Kırınım, dalgaların bir yarıktan geçerken ya da bir engelin kenarından dolanırken yayılmasıdır.

    • Kırınım, yarık genişliği (w) dalga boyuna yakın veya ondan küçük olduğunda belirgindir. w küçüldükçe ya da λ büyüdükçe kırınım artar.
    • Kırınımda dalganın frekansı, hızı ve dalga boyu değişmez; yalnızca yayılma doğrultuları değişir.
    Hesapla bakalımBir şık seç

    Bir dalga leğeninde doğrusal su dalgaları bir yarıktan geçerek kırınıma uğruyor.

    Kırınımın daha belirgin olması için aşağıdakilerden hangisi yapılmalıdır?

    3Su dalgalarında girişim

    Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.

    Aynı fazlı iki noktasal kaynak, dalga boyu λ olan dalgalar üretsin.

    Katar ve düğüm çizgileri
    Yapıcı girişim (katar çizgisi, dalga katarı)|PK₁ − PK₂| = n·λn = 0, 1, 2, ...; n = 0 orta dikmedeki merkez çizgisi
    Yıkıcı girişim (düğüm çizgisi)|PK₁ − PK₂| = (n − ½)·λn = 1, 2, 3, ...; λ/2 ise 1. düğüm, 3λ/2 ise 2. düğüm
    • İki kaynak arasındaki uzaklık d ise çizgi sayısı yol farkının d'den küçük olması koşuluyla bulunur.
    • Kaynaklar zıt fazlıysa koşullar yer değiştirir; merkez çizgisi düğüm çizgisi olur.
    Örnek 3: Hangi çizgi?0 / 4 adım

    Dalga leğeninde aynı fazda titreşen iki noktasal kaynağın ürettiği dalgaların boyu 2 cm'dir. P noktasının kaynaklara uzaklıkları 13 cm ve 7 cm, R noktasınınki 14 cm ve 5 cm'dir. P ve R hangi çizgiler üzerindedir?

      4Işıkta çift yarık ve tek yarık

      Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.

      Young deneyinde d yarıklar arası uzaklık, L yarık–perde uzaklığıdır; tek yarıkta w yarık genişliğidir.

      Young deneyi ve tek yarık
      Saçak aralığıΔx = λ·L / dardışık iki aydınlık ya da iki karanlık arası
      n. aydınlık saçakx = n·Δxyol farkı n·λ
      n. karanlık saçakx = (n − ½)·Δxyol farkı (n − ½)·λ
      Sıvıdaλ' = λ/nkırıcılık indisi n; saçak aralığı n kat küçülür
      Tek yarık, n. karanlık saçakw·sin θ = n·λ
      Tek yarık, merkezi aydınlık genişliği2·λ·L / wdiğer aydınlık saçaklar λ·L / w

      Tek yarıkta merkezî saçak en geniş ve en parlaktır.

      Örnek 2: Saçak konumları0 / 4 adım

      Young deneyinde dalga boyu 600 nm olan ışık kullanılıyor. Yarıklar arası uzaklık 0,3 mm, yarıklarla perde arası uzaklık 1,5 m'dir. Saçak aralığı, 3. aydınlık ve 2. karanlık saçakların merkezden uzaklıkları nedir?

        Örnek 5: Düzenek suda0 / 3 adım

        Havada yapılan bir Young deneyinde saçak aralığı 3 mm'dir. Düzenek kırıcılık indisi 43 olan suya daldırılırsa saçak aralığı kaç mm olur?

          Örnek 6: Tek yarık0 / 3 adım

          Genişliği 0,1 mm olan tek yarık, dalga boyu 500 nm olan ışıkla aydınlatılıyor. Perde yarıktan 2 m uzaktadır. Merkezi aydınlık saçağın genişliği kaç mm'dir?

            5Doppler olayı

            Yarıyı geçtin, harika gidiyorsun! 3 bölüm kaldı.

            v dalganın ortamdaki hızı, v_k kaynağın hızı, v_g gözlemcinin hızıdır.

            Ses için: f' = f · (v ± v_g) / (v ∓ v_k). Üstteki işaretler yaklaşma durumuna aittir.

            • Kaynak ile gözlemci birbirine yaklaşıyorsa algılanan frekans artar (ses tizleşir, ışık maviye kayar); uzaklaşıyorsa azalır (ses pesleşir, ışık kırmızıya kayar).
            • Gözlemci kaynağa doğru gidiyorsa payda +v_g, kaynak gözlemciye doğru geliyorsa paydada −v_k yazılır.
            • Kaynağın hareketi ortamdaki dalganın hızını değiştirmez; önündeki dalga boyunu kısaltır, arkasındakini uzatır.
            • Uygulamalar: trafik radarları, Doppler ultrasonla kan akışı ölçümü, yıldız ve galaksilerin uzaklaşma hızlarının kırmızıya kaymayla belirlenmesi.
            Örnek 4: Yaklaşan siren0 / 3 adım

            Frekansı 640 Hz olan bir siren, durgun bir gözlemciye 20 m/s hızla yaklaşıyor. Gözlemcinin duyduğu frekans kaç Hz'dir? (Sesin havadaki hızı 340 m/s)

              Hesapla bakalımBir şık seç

              Gökbilimciler uzak bir galaksiden gelen ışığın tayfındaki çizgilerin, laboratuvardaki aynı elementin tayf çizgilerine göre daha uzun dalga boylarında gözlendiğini belirliyor.

              Bu gözlemden aşağıdaki sonuçlardan hangisi çıkarılır?

              6Sık yapılan hatalar

              Takıldığın yere not al, sonra birlikte döneriz.

              Doğru mu, yanlış mı?

              • Ortam değişince dalganın frekansı da değişir.

              • 2. karanlık saçak merkezden 2Δx uzaklıktadır.

              • Yol farkı 3,5λ ise nokta 4. düğüm çizgisi üzerindedir.

              • Yarıklar birbirine yaklaştırılırsa (d küçülürse) saçaklar daralır.

              • Işık şiddeti artırılırsa saçak aralığı değişir.

              • Geniş yarık daha çok kırınım yapar.

              • Doppler olayında ses dalgasının havadaki hızı değişir.

              • Doppler formülünde yaklaşma frekansı artırmalıdır.

              7ÖSYM'de nasıl soruluyor

              Önemli yerleri altını çizer gibi oku.

              • Young deneyi değişkenleri: λ, d, L ya da ortam değiştirildiğinde saçak aralığının nasıl değiştiği; belirli bir saçağın merkezden uzaklığı ya da iki saçak arası uzaklık.
              • Yol farkı soruları: Bir noktanın hangi aydınlık/karanlık saçak veya hangi katar/düğüm çizgisi üzerinde olduğunun bulunması. Sınavda dalga leğeni şekille verilir; burada sözel anlatılmıştır.
              • Tek yarık: Merkezi saçak genişliği; yarık genişliği veya dalga boyu değişince desenin nasıl değiştiği.
              • Doppler olayı: Yaklaşan–uzaklaşan kaynak için algılanan frekans ve dalga boyu yorumu; yıldızların kırmızıya kayması; zaman zaman sayısal frekans hesabı.
              • Kırınım yorumu: Kırınımı artırmak için yapılması gerekenler; kırınımda değişen ve değişmeyen büyüklükler.
              • Öncüllü sorular: "I. Frekans artar. II. Dalga hızı değişmez. III. ..." biçiminde kavramsal yargılar.
              Hesapla bakalımBir şık seç

              Havada yapılan bir çift yarık deneyinde perdedeki saçak aralığını artırmak isteniyor.

              Aşağıdakilerden hangisi yapılırsa saçak aralığı artar?

              8Kısa tekrar

              Son bölüm! Biraz kaldı, bitirmek üzeresin.

              Hatırla0 / 9

              v = λ·f; ortam değişince , v ve λ değişir. Kırınım, yarık genişliği λ'ya belirgindir. Yapıcı girişim: yol farkı ; yıkıcı girişim: . Young: Δx = ; n. aydınlık n·Δx, n. karanlık . Sıvıda λ ve Δx . Tek yarık: merkezi aydınlık genişliği . Doppler: yaklaşma ⇒ frekans ; f' = f·(v ± v_g) / (v ∓ v_k).