TÜBİTAK-BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ (FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ VE MATEMATİK) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI LİSE-1 (ÇALIŞTAY 2011) GRUP ADI: IŞIK HIZI

Transkript

1 TÜBİTAK-BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ (FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ VE MATEMATİK) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI LİSE-1 (ÇALIŞTAY 2011) GRUP ADI: IŞIK HIZI PROJE ADI IŞIK HIZININ HESAPLANMASI PROJE EKİBİ Erhan ŞAHİN Kadri ANDAÇ Kemal SAKMAN PROJE DANIŞMANLARI Prof.Dr.Bilal GÜNEŞ Prof.Dr. HakanKÖÇKAR ÇANAKKALE-2011

2 PROJENİN AMACI Her evde hazır bulunan araç gereçler kullanılarak ışık hızının basit bir yolla hesaplanması. GİRİŞ Maddenin fiziksel yapısındaki atomik etkileşim sonucu meydana gelen aynı zamanda dalgalar halinde yayılan elektromanyetik dalga şeklindeki enerji türü ışık olarak tanımlanabilir. Işık, kaynağından çıktıktan sonra bütün yönlere dağılır ve dalgalar şeklinde ilerler nm. dalga boyları arası dalgaboyu gözle görülebilir ancak bilimsel terminolojide gözle görünmeyen dalga boylarına da ışık denilebilir. Işığın özellikleri, radyo dalgalarından gamma ışınlarına kadar gidebilen, elektromanyetik dalganın boyuna göre değişir. Herhangi bir dalganın iki temel özelliği dalga boyu ve frekansıdır. Dalga boyu, birbirine komşu iki dalganın tepe noktaları arasındaki mesafedir. Frekans ise belli bir noktadan belli bir zaman birimi içinde geçen dalga adedidir. Dalga boyu ile frekansın çarpımı ışığın yayılma hızını verir. Yayılma hızı ise saniyede yaklaşık km dir. Bu büyüklük boşluk ortamı için yaklaşık bir değerdir. Daha yoğun ortamlarda bu büyüklük değeri değişebilir.[1]

3 Şekil 1: Elektromanyetik Spektrum [2] Mikrodalga frekansları genel olarak MHz frekans aralığını kapsar. Mikrodalgalar elektromanyetik dalga olarak yayılırlar; radarlarda, mikrodalga fırınlarında, cep telefonlarında, kablosuz Internet erişiminde, Bluetooth kulaklıklarda, mağaza güvenlik sistemlerinde, mikrodalga frekansları kullanılır. "Mikrodalga" sözü elektromanyetik dalganın dalga boyunun 1 metreden kısa olduğu frekansları tanımlar.[3] Mikrodalga teknikleri ve birçok uygulamaları askeri ekipmanların üretim ve dizaynı üzerine çabaların yoğun olduğu 2. Dünya Savaşı sırasında başlamış ve gelişmiştir. İlk mikrodalga enerjiyi üreten elektrik tüpleri İngiltere de Sir JohnRandall ve Dr. H. A. Boot tarafından 1940 yılında icat edildi. Bundan 6 yıl sonra PercySpencer adındaki Raytheon Şirketi adına radar parçaları üreten Amerikalı bir mühendis, mikrodalga laboratuarına giderken yanında götürdüğü çikolatasını laboratuardaki bir aygıtın yanına bıraktığında çikolatanın kendiliğinden çorba gibi olduğunu gördü.peki şans eseri bulunan bu yöntem yemek pişirmek için kullanılamaz mıydı? Araştırmalar bu yönde sürdürüldü ve bir yıl içinde Raytheon, sanayi mutfakları için tasarlanmış ilk mikrodalga fırını tanıttı. [4] Bir mikrodalga fırında kullanılan, yani yiyeceğin üzerine gönderilen mikrodalgalar megahertz frekansındaki radyo dalgaları boyutunda olup, frekansları FM radyo bandı frekansının yaklaşık 20 mislidir.

4 Bu frekanstaki radyo dalgalarının ilginç bir özelliği vardır. Su, yağ ve şeker tarafından çok rahat emilmelerine rağmen plastik, cam, seramik gibi malzemeler, nitrojen ve oksijen gibi gazlarca emilmezler ve tekrar gerisin geriye yansıtılırlar.[5] Elektromanyetik dalgalarda iki dalga tepesi arasında kalan uzaklık dalgaboyu (λ) olarak adlandırılır ve birim zamandaki titreşim sayısı ise frekans (f)olarak isimlendirilir. Bir dalga için, dalgaboyu ve frekans arasındaki bağıntı: V = λ.f şeklinde gösterilir. Burada V: dalganın hızı, λ: dalgaboyu ve f ise frekanstır. Elektromanyetik dalgalar söz konusu olduğunda ' V ' ışık hızı anlamına gelen ' c ' harfine eşit olur ve formülümüz; c= λ.f (1) λ: metre cinsinden ve f ise 1/saniye veya Hz cinsindendir. [6] MATERYAL VE YÖNTEM Bu projenin uygulanmasında elde edilen veriler eşitlik (1) yardımıyla hesaplanacaktır. Bu yöntemde kullanacağımız materyaller; aşağıda malzeme listesinde verilmiştir. Deneyde cm ebatlarındaki cam tepsi üzerine sırasıyla yumurta akı, çikolata kreması, patates, marsmallow, ekmek hamuru 3 10 cm.lik şerit şeklinde uygulanarak fırına konulacak ve bunun neticesinde cam üzerindeki materyalde gözlem yapılarak ölçümler yapılacaktır. Mikro dalga ışınlar fırının içinde girişim yapacağından, cam üzerindeki malzemelerde pişen ve pişmeyen kısımlar gözlenecektir. Pişen kısımlar dalganın girişim yaptığı bölgeler olacaktır. Pişen kısımların orta noktaları arasındaki mesafe her defasında cetvel yardımıyla ölçülerek, bu değerlerin ortalaması alınacak ve λ hesabı yapılacaktır. Her cam üzerindeki malzeme türünde 3 ölçüm yapılacak ve bu değerlerin ortalaması alınarak beraberinde standart sapmada bulunacaktır. Mikro dalga fırından yayılan dalganın frekansı bilindiğinden (1) eşitliğinde bulunan λ değeri ve bilinen bu f değeri yerine yazılarak ışık hızı deneysel olarak bulunmuş olacaktır.

5 Malzeme Listesi NO MALZEME ADI MİKTARI AÇIKLAMA VE TEKNİK ÖZELLİKLER 1 Mikrodalga fırın 1 Adet 2 Yumurta 10 Adet 3 Dikdörtgen borcam 2 Adet tepsi Mikrodalga fırına sığacak ebatta 4 Çikolata 500 gr 5 Peçete 1 Paket 6 Cetvel 1 Adet 30cm ebatında hassas ölçümlü 7 Pizza veya ekmek 1 kg hamuru 8 Yağlı kağıt 5 Adet 9 Patates 1 kg Özellikle iri ebatlarda 10 Bıçak 1 Adet Yemek Bıçağı 11 Sade Yaş Pasta Keki 2 Paket Mikrodalga Fırına Sığacak Ebatta 12 Marşmelov 5 Adet 13 Derin Plastik Kap 1 Adet Yapılışı İlk olarak mikrodalga fırının döner tablası çıkartılarak pişirilecek malzemenin pişme süresi boyunca hareketsiz kalması sağlanır. Yumurta akı, kek, çikolata, marşmelov, hamur ve ince dilimlenmiş patates ayrı ayrı dilimlenerek mikrodalga fırında bu maddelerin özelliklerine uygun sürelerde tutulur. Bu süreler sonunda fırından çıkarılarak pişmiş bölgeler arasındaki mesafe cetvelle ölçülür. Ölçümdeki hatayı azaltmak için ölçümler üç defa tekrarlanır. Ölçülen aralık değeri λ/2 ye eşit olacağından bu değerden dalga boyu hesaplanabilir. Oluşan mikrodalgaların frekans değeri fırının arkasında yazmaktadır. V= λ.f bağıntısında ölçtüğümüz veriler yerine konularak hesap yapıldığında ışığın hızı belirlenebilir. PROJE ZAMAN ÇİZELGESİ YAPILACAK İŞLER Malzeme Temini Deneyin yapım aşaması 08:30-19:30 Deney Çizelgeleri Oluşturma ve hesaplamaların yapılması Yapılan hesapların değerlendirilip karşılaştırma yapılması 08:30-12:30 14:30-19:30 Rapor Yazımı Ve Sunum Hazırlığı 14:30-19:30

6 KAYNAKÇA [1] [2] [3] [4] [5] [6]