E-I. Şekil 2: E-I deney düzeneği

Transkript

1 Sarmal yapıdan kırınım (Diffraction due to Helical Structure) Giriş Foto 51 olarak bilinen Roselind Franklin in laboratuvarında çekilmiş DNA nın X- ışını kırınım (diffraction) görüntüsü (Şekil 1), DNA nın çift sarmal (double helix) yapısının Watson ve Crick tarafından 1952 yılında keşfedilmesinin temelini oluşturmuştur. Bu deney görünür ışık kullanarak çift sarmal (helix) yapının kırınım desenini anlamanıza yardımcı olacaktır. Amaç Optik kırınım kullanılarak sarmal (helix) yapıların geometrik parametrelerinin belirlenmesi. Sayfa 1 / 6 (Toplam puan: 10) Şekil 1: Foto 51 Alet listesi Şekil 2: deney düzeneği [1] Tahta platform [11] Plastik mandal [2] Lazer ışık kaynağı (tabanı ve tutucusu ile birlikte) [12] Yuvarlak siyah yapışkanlar (stickers) [3] DC güç kaynağı (lazeri beslemek için) [13] Kurşun kalem [4] Örnek tutucu (oturduğu tabanı ile birlikte) [14] Dijital kumpas (tutucusuyla birlikte) [5] Sol yansıtıcı (ön yüzü ayna kaplanmış) [15] Plastik cetvel (30 cm) [6] Sağ yansıtıcı (ön yüzü ayna kaplanmış) [16] Mezura (1.5 m) [7] Perde (10 cm x 30 cm) (tabanı ve tutucusu ile birlikte) [17] Desen işaretleme kağıtları [8] Düzlem ayna (10 cm x 10 cm) [18] Lazer korunma gözlüğü [9] Örnek I (Sarmal (helix) yay) [19] Fener (pilli) [10] Örnek II (cam plaka üzerine basılmış çift-sarmal-benzeri yapıda desen) Not: [1], [3], [14], [15], [16] ve [18] numaralı aletler deney I de de kullanılacaktır.

2 Sayfa 2 / 6 Aletlerin tanıtımı Tahta platform [1]: Bir çift kılavuz kızak, lazer, yansıtıcılar, perde ve örnek tutucusu platform sabitlenmiştir. Lazer ışık kaynağı (temeli ve tutucusuyla) [2]: Dalgaboyu ) olan metal tutucuda sabitlenmiş lazer kaynağı tabanına top-eklem (Şekil. 3 te [20]) ile X-Y-Z yönlerinde ayarlanmasını sağlayacak şekilde bağlanmıştır. Lazerin gövdesi tepesindeki vida ile döndürülebilir ve sabitlenebilir. Lazer merceği (Şekil 3 teki kırmızı ok ile gösterildiği gibi) çevrilerek demet odaklanabilir ve temiz ve net bir kırınım deseni elde etmek üzere kullanılır. DC güç kaynağı [3]: Ön panelde yüksek/alçak (high/low) şiddet anahtarı, lazer kaynağı bağlama soketi ve üç USB soketi bulunmaktadır. Arka tarafta güç düğmesi ve ana güç kablosu vardır (Şekil 4 iç resim). Şekil 3: Lazer kaynağı ve örnek tutucusu. [20] Top-eklem (Ball-joint). Şekil 4: DC güç kaynağı Şekil 5: Sol yansıtıcı ve perde Örnek tutucu (oturduğu tabanı ile birlikte) [4]: Tepedeki sıkıştırıcı vidayı kullanarak örnekleri örnek tutucu içine sabitleyin (Şekil 3). Örnek tutucu yatay, düşey olarak ayarlanabilir ve döndürülebilir. Sol yansıtıcı [5]: Sol yansıtıcı platforma sabitlenmiştir (Şekil. 5). Çarpı, X, işaretlenmiş tarafı kullanmayınız. Sağ yansıtıcı [6]: Sağ yansıtıcı platforma sabitlenmiştir ve çıkartılabilir (Deney I için çıkartılacaktır). Çarpı, X, işaretlenmiş tarafı kullanmayınız. Perde (tutucusu ile birlikte) [7]: Top-ekleme oturtulmuş perdenin tabanı her yönde döndürülerek ayarlanabilir (Şekil 5). Perde Şekil 2 ya da Şekil 6 da gösterildiği şekilde gerektiği gibi sabitlenmelidir.

3 Sayfa 3 / 6 Örnek I [9]: Sarmal yay (beyaz akrilik dairesel plakalara oturtulmuştur). Örnek II [10]: Çift sarmal (double-heliks-like) deseni cam plaka üzerine basılmış ve plaka dairesel tutacağa sabitlenmiştir. Dijital kumpas (tutucusu ile birlikte) [14]: Dijital kumpas tutucuya sabitlemiştir (Tutucu deney I için gerekli olacaktır). Açma/kapama (On/Off) anahtarı, okunan değeri sıfırlama anahtarı, mm/inç seçicisi, kilitleme vidası ve sağ ucu hareket ettirme düğmesi vardır. Dijital kumpas desenin işaretlendiği kağıt üzerindeki ölçümleri yapmak için kullanılacaktır. Desen-işaretleme kağıtları [17]: Verilen Şekil 6: Perdenin alternatif konumu (Şekil 2 ile karşılaştırınız.) desen-işaretleme kağıtları ikiye katlanıp plastik mandallarla perdeye tutturulur. Kırınım desenini dikdörtgen kutu içine işaretlediğinizden emin olunuz. Kuram Dalgaboyu olan lazer ışını dik açıyla çapı olan silindirik tel üzerine tele dik yönde kırınıma uğramaktadır. Perde üzerinde oluşan ışık şiddeti deseni Şekil 7 de gösterilmiştir. Şekil 7: Çapı olan tek bir silindirik telden oluşan kırınım deseninin şeması. Şekil 8: İki silindirik telden oluşan kırınım deseninin şeması. Işık şiddetinin dağılımı gelme açısı nın fonksiyonu olarak aşağıda verilmiştir. ) ) * + Merkez nokta parlaktır ve ) sıfır olan açılar için ışık şiddeti yok olur. Yani şiddet dağılımı inci minimum noktasına denk gelen açısı aşağıdaki ifadeden bulunur. Burada merkez noktanın ( ) iki tarafını temsil etmektedir. Birbirine parallel ve birbirine d mesafede iki özdeş telden oluşan kırınım deseni (Şekil 8) iki deseninin (tek bir telden oluşan kırınım ve iki tel dolayısıyla oluşan girişim) birleşimidir. Ortaya çıkan şiddet dağılımı aşağıdaki gibi ifade edilir: ) ) [ ] Burada verilir.

4 Sayfa 4 / 6 Uzak bir D mesafesine yerleştirilen perdede oluşan minimum noktaları, kırınım sonucu ve girişim sonucu ( ) konumlarında gözlenir (burada ). Benzer şekilde dört özdeş tel için (Şekil 9) toplam şiddet dağılımı, her bir telden oluşan kırınım ve tel çiftlerinden oluşan girişimin birleşmesidir. Dolayısıyla, ve ye bağlıdır. Başka bir deyişle, üç farklı şiddet deseninin birleşimi gözlemlenmektedir. Şekil 9: Dörtlü tel grubu Başlangıç ayarları 1. Lazer kaynağını açınız ve iki yansıtıcıyı lazer noktası perdeye düşecek şekilde ayarlayınız. 2. Plastik cetveli kullanarak lazer tutucusunu ve yansıtıcıları lazer ışını tahta platforma paralel olacak şekilde ayarlayınız. 3. Lazer noktasının perdenin ortasına yakın olmasını sağlayınız. 4. Lazer kaynağını kapatınız. Desen işaretleme kağıdını perdeye mandallayınız. 5. Verilen düzlem aynayı plastik mandalları kullanarak perdeye tutturunuz ve lazeri tekrar açınız. 6. Perdenin konumunu ayarlayarak lazer ışınının yolunu geri izleyip lazer kaynağı üzerine geri düşmesini sağlayınız. Hizalama tamamlandıktan sonra aynayı kaldırınız. 7. Bulunduğunuz kübik odanızdaki ışıkları ihtiyaç duyduğunuzda açıp kapatabilirsiniz. Deney Bölüm A: Sarmal yayın geometrik parametrelerinin belirlenmesi Örnek I, yarıçapı ve diş aralığı olan sarmal bir yay şekli verilmiş ve kalınlığı olan homojen bir telden oluşmaktadır (Şekil 10(a)). Yandan dik bir şekilde bakıldığında izdüşüm görüntüsü açısıyla keşisen aralıklı iki parallel tel kümesi olarak Şekil 10(b) de gösterilmiştir. Şekil 10: (a) Sarmal yayın tipik görünümü (b) Yandan dik açıyla bakıldığında şematik çizim Yay dik olacak şekilde Örnek I i örnek tutucusuna yerleştiriniz. Desen işaretleme kağıdında temiz ve net görünen çarpı, X, şeklinde bir kırınım deseni elde ediniz.

5 Sayfa 5 / 6 Bu amaçla aşağıdaki ayarlamaları yapabilirsiniz: - lazer ışını odağı (mercek döndürülerek) - ışın yönü (lazerin gövdesini çevirerek yay sarmalında sadece iki turun aydınlatılmasını sağlayınız.) - lazer şiddeti (güç kaynağının yüksek/alçak (high/low) anatarını kullanarak) - ortam aydınlığı (kübik odanın ışığını açıp kapatarak) Eğer merkez maksimum çok parlak ise dairesel siyah yapışkanları desen işaretleme kağıdına yapıştırarak şaçılmayı azaltabilirsiniz. Görevler Tanım Puan Verilen kurşun kalemi [13] kullanarak ve uzunluklarını belirlemek amacıyla merkez A1 noktanın iki tarafındaki ışık şiddeti minimumlarının uygun konumlarını desen-işaretleme kağıdı 0.7 üzerinde işaretleyiniz. Desen-işaretleme kağıtlarınızı P-1, P-2 etiketleriyle isimlendiriniz. uzunluğunu belirlemek amacıyla uygun uzunlukları dijital kumpas ile ölçünüz ve Tablo A1 e A2 kaydediniz. A3 Uygun bir grafik çiziniz. Grafiğin başlığını Graph A1 olarak etiketleyiniz. Grafiğin eğiminden 0.7 A4 uzunluğunu belirlemek amacıyla uygun uzunlukları ölçünüz ve Tablo A2 ye kaydediniz. 0.8 A5 Uygun bir grafik çiziniz. Grafiğin başlığını Graph A2 olarak etiketleyiniz. Grafiğin eğiminden 0.6 A6 Çarpı, X, şeklindeki desenden açısını belirleyiniz. 0.2 A7 yi ve cinsinden ifade ediniz ve nin değerini hesaplayınız. 0.2 A8 yi ve cinsinden ifade ediniz ve nin değerini hesaplayınız ( i ihmal ediniz). 0.2 Bölüm B: Çift-sarmal-benzeri desenin geometrik parametrelerinin belirlenmesi Çift sarmalın iki tur dönmesi Şekil 11(a) da gösterilmektedir. Şekil 11(b) bu çift sarmalın yandan dik açıyla bakıldığındaki iki boyutlu izdüşümüdür. Her bir sarmalın kalınlığı dir, diş aralığı açısıyla verilmektedir ve iki tur arasındaki dik uzunluk dir. İki sarmal arasındaki uzunluk dir. Örnek II, cam plaka üzerine işlenmiş çift-sarmal-benzeri desenden oluşmaktadır (Şekil 12). Bu yapının kırınım deseni çift sarmal yapıya benzemektedir. Bu bölümde, Örnek II nin geometrik parametrelerini belirleyeceksiniz. Şekil 11: (a) Çift sarmal yayın tipik görünümü (b) Yandan dik açıyla bakıldığında görüntünün şematik çizimi.

6 Sayfa 6 / 6 Şekil 12: Çift-sarmal-benzeri desenli Örnek II Örnek II yi örnek tutucusuna yerleştiriniz. Perdeye yeni bir desen-işleme kağıdı tutturunuz. Temiz ve net görünen çarpı, X, şeklinde bir kırınım deseni elde ediniz. Görevler Tanım Puan ve uzunluklarını belirlemek amacıyla merkez noktanın iki tarafındaki ışık şiddeti B1 minimumlarının uygun konumlarını desen-işaretleme kağıdı üzerinde işaretleyiniz. Birden 1.1 fazla desen-işaretleme kağıdı kullanabilirsiniz. B2 uzunluğunu belirlemek amacıyla uygun uzunlukları ölçünüz ve Tablo B1 e kaydediniz. B3 Uygun bir grafik çiziniz. Grafiğin başlığını Graph B1 olarak etiketleyiniz. Grafiğin eğiminden B4 uzunluğunu belirlemek amacıyla uygun uzunlukları ölçünüz ve Tablo B2 ye kaydediniz. 1.2 B5 Uygun bir grafik çiziniz. Grafiğin başlığını Graph B2 olarak etiketleyiniz. Grafiğin eğiminden yi bulunuz. B6 uzunluğunu belirlemek amacıyla uygun uzunlukları ölçünüz ve Tablo B3 e kaydediniz. 1.6 B7 Uygun bir grafik çiziniz. Grafiğin başlığını Graph B3 olarak etiketleyiniz. Grafiğin eğiminden B8 Çarpı, X, şeklindeki desenden açısını belirleyiniz. 0.2