LİNEER DALGA TEORİSİ. Page 1

Benzer belgeler
Akışkanların Dinamiği

AKIġKAN PARTĠKÜLLERĠNĠN KĠNEMATĠĞĠ

Akışkanların Dinamiği

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

Birinci Mertebeden Adi Diferansiyel Denklemler

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

AKM 205 BÖLÜM 3 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

Elastisite Teorisi Düzlem Problemleri için Sonuç 1

Dalga hareketleri esas olarak düzenli genellikle periyodik ve problem en basit düzeye

İleri Diferansiyel Denklemler

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin dönüşümünde? işareti yerine gelecek sayıyı bulunuz.

Akışkan Kinematiği 1

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

İleri Diferansiyel Denklemler

NÖ-A NÖ-B. Şube. Alınan Puan. Adı- Soyadı: Fakülte No: 1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin eşit olduğunu gösteriniz. 1/6

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

HİDROLİK. Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU

Bernoulli Denklemi, Basınç ve Hız Yükleri Borularda Piezometre ve Enerji Yükleri Venturi Deney Sistemi

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

İnşaat Mühendisliği Bölümü Uygulama VIII ÇÖZÜMLER

Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU Erzurum Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

SORULAR. x=l. Şekil-1

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ. Doç. Dr. Tahsin Engin. Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

İleri Diferansiyel Denklemler

Akışkanlar Mekaniği Yoğunluk ve Basınç: Bir maddenin yoğunluğu, birim hacminin kütlesi olarak tanımlanır.

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ II FİNAL SINAVI Numara: Adı Soyadı: SORULAR-CEVAPLAR

AERODİNAMİK KUVVETLER

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I BERNOLLİ DENEYİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

(b) Model ve prototipi eşleştirmek için Reynolds benzerliğini kurmalıyız:

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

Selçuk Üniversitesi. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi. Kimya Mühendisliği Bölümü. Kimya Mühendisliği Laboratuvarı. Venturimetre Deney Föyü

Fizik 101: Ders 23 Gündem

9.14 Burada u ile u r arasındaki açı ve v ile u θ arasındaki acının θ olduğu dikkate alınarak trigonometrik eşitliklerden; İfadeleri elde edilir.

Fiziksel Sistemlerin Matematik Modeli. Prof. Neil A.Duffie University of Wisconsin-Madison ÇEVİRİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU 2012

HATA VE HATA KAYNAKLARI...

DENEY 1. İncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi

Diferansiyel denklemler uygulama soruları

AÇIK KANAL HİDROLİĞİ

VANTİLATÖR DENEYİ. Pitot tüpü ile hız ve debi ölçümü; Vantilatör karakteristiklerinin devir sayısına göre değişimlerinin belirlenmesi

AKM 205 BÖLÜM 2 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

Elektromanyetik Dalga Teorisi

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz

FİZİK 4. Ders 10: Bir Boyutlu Schrödinger Denklemi

BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-5

Ders #2. Otomatik Kontrol. Laplas Dönüşümü. Prof.Dr.Galip Cansever

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Potansiyel Engeli: Tünelleme

Kütlesel kuvvetlerin sadece g den kaynaklanması hali;

2. SUYUN BORULARDAKİ AKIŞI

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

YAVAŞ DEĞİŞEN ÜNİFORM OLMAYAN AKIM

BÖLÜM 6 LAPLACE DÖNÜŞÜMLERİ

Kaynaklar Shepley L. Ross, Differential Equations (3rd Edition), 1984.

Bahar. Su Yapıları II Hava Payı. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi n aat Mühendisli i Bölümü 1

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

Bölüm 8: Borularda sürtünmeli Akış

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği ( 1. ve 2. Öğretim ) Bölümü Dinamik Dersi (Türkçe Dilinde) 1. Çalişma Soruları / 24 Eylül 2017

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

İdeal Akışkanların 2 ve 3 Boyutlu Akımları

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

KAYMA GERİLMESİ (ENİNE KESME)

KAYMALI YATAKLAR. Kaymalı Yataklar. Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. Erzurum Teknik Üniversitesi. Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

İleri Diferansiyel Denklemler

8.04 Kuantum Fiziği Ders XII

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

Alınan Puan NOT: Yalnızca 5 soru çözünüz, çözmediğiniz soruyu X ile işaretleyiniz. Sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR ve ÇÖZÜMLER

Zemin Gerilmeleri. Zemindeki gerilmelerin: 1- Zeminin kendi ağırlığından (geostatik gerilme),

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Tek Boyutlu Potansiyeller: Potansiyel eşiği

BATMIŞ YÜZEYLERE GELEN HİDROSTATİK KUVVETLER

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

Prof. Dr. Osman SİVRİKAYA Zemin Mekaniği I Ders Notu

DERS ÖĞRETİM PROGRAMI FORMU

Ders. 5 Yer Tepki Analizleri

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Basınç sensörlerinin endüstride kullanımı

VENTURİMETRE DENEYİ 1. GİRİŞ

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

Zeminlerin Sıkışması ve Konsolidasyon

Bölüm 5: Sonlu Kontrol Hacmi Analizi

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

elde edilir. Akışkan dinamiğinde değişik akım tipleri vardır. Bunlar aşağıdaki gibi tanımlanabilir (Ayyıldız 1983).

1) Bir sarkacın hareketini deneysel olarak incelemek ve teori ile karşılaştırmak. 2) Basit sarkaç yardımıyla yerçekimi ivmesini belirlemek.

2. Basınç ve Akışkanların Statiği

Diferensiyel denklemler sürekli sistemlerin hareketlerinin ifade edilmesinde kullanılan denklemlerdir.

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

GEMİ DİRENCİ ve SEVKİ

Transkript:

LİNEER DALGA TEORİSİ Giriş Dalgalar, gerçekte viskoz akışkan içinde, irregüler ve değişken geçirgenliğe sahip bir taban üzerinde ilerlerler. Ancak, çoğu zaman akışkan hareketi neredeyse irrotasyoneldir. Bunun nedeni, viskoz etkilerin genellikle yüzeye ve tabana yakın bölgelerdeki ince "sınır tabaka" larda yoğunlaşmasıdır. Su da sıkıştırılamaz bir akışkan olarak kabul edilebileceği için dalgalar için de bir hız potansiyeli ve akım fonksiyonu mevcuttur. Dalgaların gerçek davranışı, mühendislik uygulamalarına adapte edilmek amacıyla basitleştirilebilir. Küçük genlikli dalgalarda (yani dalga yüksekliğinin, dalga boyu ve su derinliğine oranla çok küçük olması durumunda) lineer teori kullanılabilir. Lineer teoride yapılan kabuller şunlardır; - Sıvı viskozitesiz ve sıkıştırılamayan cinsten, yoğunluk sabit - Yüzey gerilimi ihmal edilebilir - Coriolis etkisi ihmal edilebilir - Basınç serbest yüzeyde üniform ve sabit - Dalga diğer su hareketlerinden bağımsız - Dalga iki boyutlu ve küçük genliğe sahip Lineer dalga teorisi, potansiyel teoriye ait basit bir sınır değer problemidir. Sınır Değer Problemleri Birçok klasik fizik problemi ve mühendislik alanındaki çoğu analitik problem sınır değer problemi olarak karşımıza çıkar. n.erdem.unal@gmail.com Page 1

Temel Diferansiyel Denklemler İrrotasyonel hareket ve sıkıştırılamaz akışkan kabulleri yapılırsa, süreklilik denklemini sağlayacak aşağıdaki gibi bir hız potansiyeli mevcuttur. Φ: hız potansiyeli Ψ: akım fonksiyonu u. veya. Sıkıştırılamaz ve irrotasyonel akışlar için Laplace denklemi akım fonksiyonuna da uygulanabilir. Sıkıştırılamaz akışkana ait hız değerlerinin irrotasyonalite şartında yerine konmasıyla bu kez akım fonksiyonu için Laplace denklemi elde edilir. w u veya Bu denklem tüm akışkan için geçerlidir. Eğer hareket rotasyonel ancak sürtünmesiz olursa temel denklem şu hali alır; ( : vortisite) Sınır Şartları Aşağıda çözümü verilecek olan lineer dalga teorisi, daha önce de bahsedildiği gibi potansiyel teoriye ait basit bir sınır değer problemidir. Dolayısıyla, elde edilecek olan çözümlerin dalga hareketindeki sınır şartlarını gerçeklemeleri gerekir. Bu sınır şartları; - Dinamik su yüzeyi sınır şartı - Kinematik su yüzeyi sınır şartı - Yatay taban sınır şartı şeklindedir. Dinamik Su Yüzeyi Sınır Şartı Sabit yüzeyler için sınır şartını tanımlamak nispeten daha kolaydır. Sabit yüzeyler basınç değişimlerine karşı koyabilirler. Ancak hava-su arayüzeyinde olduğu gibi "serbest" yüzeyler basınç değişimlerine karşı koyamazlar ve basıncın üniform olarak kalması için tepki verirler. Dinamik serbest su yüzeyi şartı olarak adlandırılan sınır şartı da herhangi bir serbest yüzey veya ara yüzeyde basınç dağılımını tanımlamak için gereken şarttır. Serbest yüzeyin yer değiştirmesinin ilginç yanlarından biri üst sınırın önceden bilinmemesidir. Serbest yüzeydeki basıncın dalga boyunca üniform olması için gerekli dinamik serbest yüzey sınır şartı için serbest yüzeye, z=η(x,t)'ye, pη=sabit olacak şekilde Bernoulli denklemi uygulanır. 1 p V gz C ( t ) t burada, edilirse; p sabittir ve genellikle geyc basıncı, p = olarak alınır. Verilen bağıntıdaki lineer olmayan z için g t 1 V terimi de ihmal elde edilir. Lineer dalga teorisi, dalga yüksekliğinin dalga boyuna nazaran çok küçük olduğu varsayımına dayanır. Buna göre, yukarıdaki denklemin, serbest su yüzeyi yerine durgun su yüzünde geçerli olduğunu kabul etmekte bir sakınca yoktur. Böylece; denklemi ile dinamik su yüzeyi sınır şartı elde edilmiş olur. 1 g t z= n.erdem.unal@gmail.com Page

Kinematik Su Yüzeyi Sınır Şartı Bir dalganın serbest su yüzeyi F(x,y,z,t)=η(x,y,t)-z= olarak tanımlanabilir. Burada η(x,y,t) serbest yüzeyin z= yatay düzleminden olan mesafesidir. Serbest su yüzeyinde sıvının bu yüzeyi terkedemediği ve serbest su yüzeyinde her nokta için sıvı normal hızının yüzey normal hızına eşit olduğu kabulü yapılırsa, kinematik su yüzeyi sınır şartı tanımlanmış olur. Bu da, serbest su yüzeyi denkleminin hareketi takiben alınmış türevinin sıfıra eşitlenmesine denktir. Buna göre kinematik su yüzeyi şartı ; d ( z) dt veya t olur. Lineer teoriye uygun olarak, lineer olmayan daha küçük mertebedeki terimleri ihmal etmek suretiyle lineerleştirilmiş kinematik su yüzeyi şartı ; haline gelir. t Kinematik ve dinamik su yüzeyi sınır şartı olarak verilen iki denklem birleştirilerek tek bir su yüzeyi sınır şartı elde edilebilir ; z=η= g t z=η= Yatay Taban Sınır Şartı Suyun d derinliğinde yatay bir tabanla sınırlandırılmış olduğu kabul edilirse, taban boyunca sıvıya ait düşey hızların sıfır olması gerekir. z=-d w Sıvıya ait yoğunluğun sabit ve hareketin potansiyel olması nedeniyle ele alınan problemde süreklilik denklemi; = = = şeklinde yatay taban sınır şartı haline gelir. Lineer Dalga Teorisine Göre Dalga Karakteristikleri Bir dalga tarafından, bir dalga periyodu kadar sürede alınan mesafe dalga boyuna eşit olduğundan, dalga hızı şu şekilde verilebilir; L C T Lineer dalga teorisi ile, dalga boyu ve su derinliğine bağlı olarak verilen hız ifadesi; Dalga boyu; Açısal frekans; Periyod; C L w g gl tanh( ) L gt tanh( ) L tanh( ) L L T w n.erdem.unal@gmail.com Page 3

şeklindedir. Dalga Karakteristiklerinin Su Derinliğine Bağlı Değişimi Deniz derinliğinin değişmesiyle dalga karakteristikleri de değişime uğrar. Su sığlaştıkça dalga hızı (c) ve dalga boyu (L) küçülür, dalga periyodu (T) sabit kalır. Deniz derinliği konusu bağıl derinlik (d/l oranı) ile incelenir. Buna göre derinlik sınıflandırması şu şekildedir: Sınıflandırma d/l kd = πd/l Derin su dalgası > 1/ > π Geçiş derinliği 1/5 ile 1/ arası 1/4 ile π arası Sığ su dalgası < 1/5 < 1/4 Çeşitli dalga karakteristiklerine ait formüllerde, çok sığlaşma ve çok derinleşmeye göre, hiperbolik fonksiyonların aldığı limit değerlerde önemli basitlikler sağlanır: Fonksiyon Sığ Su Derin Su sinh(kd) kd e kd / cosh(kd) 1 e kd / tanh(kd) kd 1 Hiperbolik fonksiyonlara ait grafikler; sinh(x) Y 5 4 3 1 X -1 - -3-4 -5 sinh(x) -8-7 -6-5 -4-3 - -1 1 3 4 5 6 7 8 n.erdem.unal@gmail.com Page 4

cosh(x) 1 Y 9 8 7 6 5 4 3 1 X tanh(x) -1 cosh(x) -8-7 -6-5 -4-3 - -1 Y 1 3 4 5 6 7 8 4 3 1 X -1 - -3-4 tanh(x) -6-5 -4-3 - -1 1 3 4 5 6 Geçiş derinliği söz konusu olduğunda, yukarıda dalga karakteristikleri için verilen denklemler kullanılır. Derin su ve sığ su hali için ise hiperbolik fonksiyonların limit değerleri kullanılarak aşağıdaki bağıntılar elde edilmiştir. n.erdem.unal@gmail.com Page 5

1. Derin Su Hali (1/<d/L) Derin su hali için hız bağıntısı; gl C ve gt C Dalga boyu; Periyod;. Sığ Su Hali (d/l<1/5) gt L T L g Sığ su için verilen dalga karakteristikleri ; C g L gt n.erdem.unal@gmail.com Page 6