DERSİN KODU:EBP 104 DERSİN ADI: TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ BÖLÜM: 1 DERS HOCASI: PROF.DR.HÜSEYİN ÜNVER 1
BÖLÜM 2: DALGALAR VE SES Bölüm Hedefi Bu bölümde dalga hareketinin tanımı, dalga çeşitleri, dalgalarda yayılma hızı, elektromanyetik dalgalar ve ses dalgaları gibi kavramlar üzerinde durulacaktır. Ses dalgaları, sarmal bir yaydaki dalgalara benzeyen mekanik dalgalar, yer sarsıntısı ya da deprem dalgaları, ses hızını geçen uçakların oluşturduğu şok dalgaları,televizyon ve telsiz sinyalleri, X ışınları gibi dalgaları içeren elektromanyetik dalgalar ile yayılır. Görülüyor ki dalga hareketi, doğa olaylarının pek çoğunda ortaya çıktığı gibi, televizyon,bilgisayar ve cep telefonu gibi teknoloji harikalarının üretilmesine neden olmuştur. Bu bakımdan dalga hareketi hakkında bilgi sahibi olmakta fayda vardır. Radyo ve televizyonun nasıl çalıştığını anlamak için, elektromanyetik dalgaların doğası ve kaynağı ile onların boşlukta nasıl yayıldıklarını bilmek gerekir. Konuşma dilindeki dalga kelimesi su ve suyun hareketini çağrıştırır. Dalga hareketi kavramının fizikte önem kazanması ise 17. yüzyılda,ışığın bir dalga olduğu varsayımıyla başlamıştır. Uzun çalışmalar sonucunda, dalga kavramının evrende temel bir rolü olduğu anlaşılmıştır. Bu bölümde dalga hareketinden ve dalga çeşitlerinden söz edilecektir. 2
1. DALGALAR VE SES 1.1. Dalga Hareketinin Tanımı Şekil 1.1 Dalga örneği Durgun su yüzeyine bir taş atıldığında, merkezi taşın düştüğü yer olan ve giderek açılan iç içe halkalar oluştuğu gözlenir.suya atılan taş, durgun su yüzeyinde bir çöküntü, bir şekil bozulması yaratır. Bu şekil bozulması, taşın değdiği yerden itibaren molekülden moleküle aktarılır. Böylece, olduğu yerde kalmayıp çevreye yayılan bir sarsıntı elde edilir. Oluşturulan bu sarsıntılara dalga hareketi, sarsıntılardan bir tanesine de atma denir. Eğer atmalar eşit zaman aralıkları ile oluşturulursa, oluşan dalga hareketine peryotlu dalga denir. Atmaların oluşturulduğu noktaya da dalga kaynağı denilmektedir. 3
* Dalga hareketinde madde sürüklenmediğine göre yayılan nedir? Bu durumu aşağıdaki örnekle açıklayabiliriz; Futbol karşılaşması yapılan bir stadyumda seyirciler bazen tezahürat için sırayla oturup kalkarlar. Böylece bir uçtan bir uca yayılan hoş bir hareket gözlenir. İnsan kütlesi sanki dalgalanıyor gibi olur. Bu olaya Meksika dalgası adının verildiğini duymuşsunuzdur. Burada bir uçtan öbür uca yayılan şey insanlar değil, onların yaptığı oturup kalkma hareketidir. Her bir seyirci kendine sonra geldikçe kalkar oturur, ama tribündeki yeri değişmez. Gergin bir yayın ucu sarsılırsa, yay boyunca ilerleyen bir sarsıntı (şekil değişikliği) elde edilir. * Acaba dalga hareketi her ortamda oluşur mu? Bir kap içindeki ekmek hamurunun ortasında elimiz ile bir çöküntü oluşturduğumuzu düşünelim. Bu çöküntü olduğu yerde kalır, çevreye yayılmaz. Demek ki, dalga hareketi her ortamda oluşmamaktadır. 4
*Peki dalga hareketinin oluşabileceği ortamların özelliği nedir? Durgun su yüzeyi, su moleküllerinden oluşmuş gergin bir zar gibidir. Su yüzeyindeki dalgalar bu zarda oluşan şekil değişikliğinin yayılmasından başka bir şey değildir. Gergin bir yayda oluşturulan şekil değişikliğinin yayılmasıyla, su yüzeyinde oluşturulan şekil değişikliğinin yayılması benzer olaylardır. Gergin yaylarda oluşturulan bir şekil değişikliği, yayın esnekliği nedeniyle düzelmeye çalışır. Fakat düzelirken, önceki şekil değişikliği yayın diğer sarımlarına geçer. Böylece sarsıntı ilerletilmiş olur. O halde, dalga hareketinin oluşabildiği ortamlar esnek ortamlardır. Bütün bu açıklamalardan yola çıkarak, dalga hareketinin tanımım şöyle yapabiliriz; Esnek bir ortamda oluşturulan şekil değişikliğinin bu ortamda noktadan noktaya yayılmasına dalga hareketi denir. 5
Dalgalar esnek olmayan bir ortamda yayılırken genliği gittikçe küçülerek söner. Yani, belli bir süre sonra dalga kaybolur. Top suya düştüğü zaman su moleküllerini içeri doğru itecektir. Ancak bir süre sonra dışarı çıkmak zorunda kalacaktır. Bu eylemi devam edecek ve olduğu yerde aşağı yukarı oynayacaktır. Bu hareket yanındaki su moleküllerini de etkileyecek ve onlar da oynamaya başlayacaktır. Suda oluşan dalgaları dairesel ya da doğrusal olmak üzere iki kısımda inceleyelim. Şekil 1.2 ve Şekil 1.3 deki kesikli çizgiler dalgaların belirli bir zaman sonraki durumunu göstermektedir. Şekillerin bozulmaması dalga üzerindeki bütün noktaların hızlarının aynı olduğunu gösterir. Doğrusal ve dairesel dalgaları oluşturmada suyun uyarılma şekli değişiktir. Su bir noktasından uyarılırsa, uyarma noktası merkez olmak üzere dairesel atmalar oluşur(şekil 1.2). Su yüzeyi bir düz cetvel ile yatay olarak uyarılırsa, doğrusal atmalar oluşur (Şekil 1.3). Şekil 1.3 Doğrusal dalga Şekil 1.2 Dairesel dalga 6
1.2 Dalga Çeşitleri Genel anlamda dalgalar mekanik dalgalar ve elektromanyetik dalgalar olarak iki kısımda incelenebilir. Mekanik dalgalar, sadece bir ortamda yayılabilen ses, su ve örgü titreşimleri gibi basınç dalgalarıdır. Elektromanyetik dalgalar ise,elektrik alan ve manyetik alan bileşenlerine sahip, boşlukta da yayılabilen, kozmik ışınlar, gamma ışınları, X-ışınları, morötesi dalgalar, görünür ışık, kızılötesi dalgalar, mikrodalgalar, TV ve radyo dalgalarıdır. 7
Şekil 1.4 Enine dalga Şekil 1.5 Boyuna dalga Dalgalar oluşum ve yayılma doğrultulanına göre, enine dalgalar ve boyuna dalgalar olmak üzere iki bölümde incelenir. Dalganın yayıldığı ortamın taneciklerinin titreşim hareketinin doğrultusu, atmaların doğrultusuna dik ise bu tür dalgalara enine dalgalar (Şekil 1.4), ortamın taneciklerinin titreşim hareket doğrultusu ile atmaların yayılma doğrultusu aynı ise bu tür dalgalara boyuna dalgalar (Şekil 1.5) denir. Su, ışık ve radyo dalgalan enine dalgalara, ses ise boyuna dalgaya örnektirler. 8
1.3 Dalgalarda Yayılma Hızı Gergin bir yayın ucu eşit zaman aralıkları ile yukarı çekilip, tekrar yerine getirilirse oluşan atmalar eşit aralıklarla birbirini takip ederler. Yayın ucunda birim zamanda oluşan atma sayısına frekans denir. Yani frekans birim zamandaki titreşim sayısıdır, f ile sembolize edilir. SI birim sisteminde frekansın birimi saniye-¹ veya Hertz (Hz) dir. Ardı ardına iki atma arasında geçen zamana peryot denir. T ile gösterilir ve birimi SI birim sisteminde saniye (s) dir. Bir periyotluk zaman içinde alınan yola dalgaboyu denir. Diğer bir deyişle, iki tepe ya da iki çukur arasındaki uzaklıktır (Şekil 1.6). ƛ (lamda) ile gösterilir ve birimi SI birim sisteminde m dir. Atmanın tepe yüksekliğine genlik denir. Şekil 1.6 da A genliği gösterilmektedir. Periyot ve frekans arasındaki ilişki, T=1/f şeklinde ifade edilir ve bütün periyodik hareketlere uygulanır. Şekil 1.6 Yayılan dalga 9
Hareket sabit hızlı olduğundan, Yol=hız. zaman ƛ= v. T eşitliği elde edilir. son iki eşitlikten, ƛ = v / f denklemi elde edilir. Oluşturulan dalgaların yayılma hızı sabittir. Hız değerinin genelde kaynak frekansına ve atmalarının genliğine bağlı olmadığını söyleyebiliriz. Hız, ortamın özelliklerine bağlıdır. O halde kaynağın frekansı değiştirilirse, oluşturulan dalganın dalgaboyu değişecektir. 10
Örnek Sarmal bir yayda saniyede 1O atma oluşturuluyor. Ardı ardına gelen iki atma arası 8cm bulunuyorsa, atmaların yayılma hızını bulunuz. Çözüm Ardı ardına gelen iki atma arası uzaklık dalgaboyuna eşit olduğundan, ƛ= 8cm dir. Sarmal yayda saniyede oluşturulan atma ise frekansa eşittir. Yani, f = 1O s-¹ dir. O halde, v = ƛ f = (8cm ) (1O s-¹ ) = 80cm/s olarak atmaların yayılma hızını buluruz. 11
Dalganın dalga kaynağından çıkarak, aynı anda ulaştığı noktaların belirlediği yüzeye dalga cephesi denir (Şekil 1.7). Durgun su yüzeyine atılan taşın oluşturduğu yüzey dalgalarının t anındaki dalga cephesi, merkezi taşın düştüğü nokta olan x = v t yarıçapına sahip çemberdir. Burada v, dalganın suda ilerleme hızıdır. Gergin bir telde atmanın yayılma hızı, ile tanımlanır. Burada F, teli geren kuvvet; m, telin kütlesi ve L telin boyudur. Şekil 1.7. Merkezinde dalga kaynağı bulunan xı ve x2 yarıçaplı küre yüzeyleri birer dalga cephesidir. 12
Örnek Noktasal bir ses kaynağından çıkan ses dalgalarının t= 1s anındaki dalga cephesini bulunuz. Dalga 2040 m ilerledikten sonra ulaştığı noktalar hangi dalga cephesi üzerinde bulunur? (Sesin havadaki yayılma hızı 340 m /s dir.) Çözüm Ses kaynağından çıkan dalgalar t= 1s de, x= vt (340 m/s ) (1 s ) = 340 m yol alırlar. t= 1s deki dalga cephesi ses kaynağından 340 m uzaktaki noktaların geometrik yeridir. Benzer olarak, bu dalganın 2040 m yol aldıktan sonra anındaki dalga cephesin e ulaştığını bulunur. 13
1.4 Stroboskop Nedir? Stroboskop, dalganın frekansını ölçmede kullanılan alete denir. Şekil 1.8 Stroboskop üzerinde eşit aralıklarla açılmış delikler vardır. Alet çevrilirken bu delikler arasından dalgaları gözleriz. Bir dalga öncekinin yerine geldiğinde, delik de bir öncekinin yerine gelirse, dalgaları duruyor gibi görürüz. N stroboskobun delik sayısı ve n stroboskobun saniyede dönme sayısı olmak üzere, dalganın frekansı f=nn ile verilir. 14
Örnek 10N luk kuvvetle gerilmiş bir yayın metresi 5 g geliyor. Bu yayda oluşturulan dalgaların yayılma hızı kaç m/s dir? Çözüm Yayın kütlesi m = 5g = 5 x 10 -³ kg ve uzunluğu L=1m olduğunu dikkate alarak yayılma hızı şeklinde hesaplanır. 15
1.5 Elektromanyetik Dalgalar Elektromanyetik dalganın oluşması için değişken elektrik alanlar ve manyetik alanlar elde edilmelidir. Yani, alan şiddetindeki artış ve azalış birbirini takip etmeli ve bu olay periyodik olarak sürdürülmelidir. O halde, elektromanyetik dalgayı üretecek yük, sabit hızla değil, değişken hızla hareket etmelidir. Bu hareket bir yükün basit harmonik hareket yapmasıdır. Yani, yük salınarak ivmeli hareket yapmalıdır. Bu durumda şiddeti artıp azalan, değişken elektrik ve manyetik alanlar oluşacaktır. Böylece oluşan elektrik ve manyetik alanlar sinüzoidal (sinüs dalgası gibi) olarak ortamda yayılacaktır. 16
1.6 Elektromanyetik dalgaların özelliklerini kısaca şöyle sıralayabiliriz: i)elektromanyetik dalgalar ivmelendirilmiş yükler yoluyla yayılır. ii) Elektromanyetik dalgalar sabit hızla yayılır. Boşlukta c ışık hızı ile yayılmaktadırlar. Kırılma indisi n olan ortama girdiğinde ise bu dalgaların hızı, V=c/n olur. iii) Elektromanyetik dalgalarda, elektrik ve manyetik alanlar birbirine diktir. iv) Elektromanyetik dalgaların yayılması için ortam gerekmez. v) Elektromanyetik dalgalar, elektrik ve manyetik alanlardan etkilenmezler. 17
Frekans ve dalgaboyuna göre sıralanmış elektromanyetik dalgaların hepsine elektromanyetik spektrum denir. Şekil 1.9 Elektromanyetik spektrum 18
Şimdi de elektromanyetik spektrumda gruplandırılan ışınlarla inceleyelim; * Görünen Dalgalar (Görünür Işık): Işık diye tanımlanan elektromanyetik spektrumun bu küçük bölümünü insan görebilir. Bu bölümde mor ile başlayan ve kırmızıyla biten renkler vardır. Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık olarak 4000A ile 7000A arasında değişir. *Morötesi Dalgalar (Ultraviyole Işınlar): Morötesi ışınlar, yüksek voltajda hızlandırılan elektronların atom içerisinde büyük enerji değişimlerine sebep olduğu sırada yayılır. Yaklaşık olarak 6A ile 4000A arasında değişen Dalga boylarına sahiptirler. Güneş önemli bir morötesi ışık kaynağıdır. Kısa dalga boylu morötesi ışınlar zararlı olabilirler. *Kızılötesi Dalgalar (İnfrared): Bütün sıcak ve soğuk maddeler tarafından oluşturulurlar. Atomlar tarafından emildiklerinde maddeyi ısıtırlar, onun için de ısı radyasyonu ya da ısı dalgası adını da alırlar. Spektrumda görünür ışığın kırmızı renginin bittiği yerden başladığı için kızıl ötesi adını almıştır. Dalga boyları yaklaşık 1mm den, kırmızı rengin dalgaboyu olan 7000A a kadar değişebilir. Günlük hayatta, kızılötesi fotoğrafçılık, fizik tedavi, ev ve hastanelerin ısıtılması, kızılötesi ışınların uygulama alanlarıdır. 19
* Gama (ɤ) Işınları : Işık hızında yayılan Gama ışıması bir çeşit elektromanyetik dalgadır. Atom çekirdeğinden gelen radyoaktif radyasyonlardır ve genelde çekirdekteki anlık değişimlerden sonra yayılırlar. Gama ışınımının dalgaboyu yaklaşık 1A ile A arasındadır. Bu büyüklükler atom ve çekirdek boyutunda olduğundan, atom çekirdeği hakkında bilgilerin bir kısmı gama ışınları sayesinde elde edilir. * X -Işınları (Röntgen Işınlan ): Bu ışınlar fotoğraf filmine etkir, flüoresan parıldamaya neden olur. X-ışınlarının dalgaboyu, atom boyutlarında olup yaklaşık, 10³A ile A arasında değişir. Bu ışınları üretmek için, yüksek potansiyel farkı ile hızlandırılan elektronlar metal levhaya çarptırılır. Metal levhaya çok hızlı çarpan elektronlar, ani bir yavaşlama ile ivmeli hareket yapmış olur ve etrafa yayılan elektromanyetik dalgalar X-ışınlandır. Bu ışınlarla atomun elektron yapısı ve kristal oluşumları hakkında bilgi edinilmektedir. X-ışınlan yumuşak maddelerin içine girebilirler. Bu nedenle tıpta oldukça geniş ve faydalı bir uygulama alanı vardır. 20
1.7 Ses Dalgaları Su, katı, hava gibi ortamlarda insan kulağının algılayabileceği basınç değişimleri ses olarak tanımlanır. Bir ses çatalı (diyapozon) kollarına vurulduğunda belirli frekansta titreşir (Şekil 1.10). Böylece çevresindeki hava moleküllerinin sıklaşıp seyrelmesiyle ses dalgaları oluşur. Şekil 1.10 Sesin oluşması 21
Ses dalgaları, en önemli boyuna dalga örnekleridir. Bu dalgalar, herhangi bir ortamda (yani gazlar, katılar ve sıvılar), ortamın özelliklerine bağlı olan bir hızla yayılırlar. Ses dalgası, bir ortamda yayılırken; ortamın parçacıkları, dalganın hareket doğrultusu boyunca yoğunluk ve hacim değişiklikleri üreterek titreşir. Ses boşlukta yayılmaz. Yani, ses dalgalarının iletilebilmesi için mutlaka bir ortama gerek vardır. Ses her ortamda farklı bir hızla yayılır. Şekil 1.11-Sesin çeşitli ortamlardaki yayılma hızı. 22
Frekanslarına göre, ses dalgaları üç gruba ayrılır: *İşitilebilir dalgalar, insan kulağının duyarlılık sınırları içinde olan ses dalgalandır. Bu dalgalar 20 Hz ile 20.000 Hz frekansları arasındadır. Bu sesler, değişik yollarla yaratılabilir: müzik aletleriyle, boğazdaki ses telleriyle ve hoparlör ile. *İnfrasonik (Sesaltı) dalgalar, işitilebilir boyutun altındaki frekansta olan boyuna dalgalardır. Deprem dalgaları bu dalgalara örnektir. *Ultrasonik (Ses üstü) dalgalar, işitilebilir mertebenin üstünde frekansları olan boyuna dalgalardır. Örneğin, bu dalgalar, bir kuartz kristaline, alternatif elektrik alanın uygulanmasıyla elde edilebilir. Gücü, bir halden diğerine dönüştüren herhangi bir aygıt, transduser (dönüştürücü) olarak adlandırılır. Mikrofon ve kuartz kristal gibi, seramik ve manyetik fonograf pikaplar da ses dönüştürücülerine ait genel örneklerdir. Bazı dönüştürücüler, ultrasonik dalgalar yaratabilirler. Böyle aygıtlar, ultrasonik temizleyicilerde ve sualtı denizciliğinde kullanılır. 23
1.8 SES DALGALARININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Fizyolojik özellikler ölçü aletinin değil, insan kulağının yaptığı değerlendirmedir. **Ses Şiddeti (volümü): Ses dalgasının ses yayılma doğrultusuna dik bir düzlem içindeki 1 cm² yüzeye 1 saniyede verdiği ses enerjisidir. Başka bir deyişle, ses dalgasının 1 m² lik kesitindeki ses gücüdür. Birimi watt tır. **Ses Şiddeti Seviyesi:İki büyüklük arasındaki farktır. Birimi desibel dir. İnsan kulağının sezebileceği asgari ses şiddeti 1dB dir. **Ses Basıncı: Her ses dalgası bir P basınç değeriyle nitelendirilmektedir. Birimi Bar dır. Bu basınç, atmosferik basınçtan farklı olarak, uzayda ses dalgası tarafından oluşturulmaktadır. Ses basıncı ile ses şiddeti arasında karesel bir bağ vardır. Ses basıncı iki, üç, dört misli arttırılırsa, ses şiddeti sırayla dört, dokuz, on altı misli artacaktır. 24 Şekil 1.12 Şekil 1.13
**Ses Şiddeti: Ses dalgalarının bir santimetrekarelik yüzeydeki güçlerine denir. Birimi watt/cm²dir. Ses şiddeti, dalganın frekansına ve dalga genliğinin karesine bağlıdır. Şiddet sebebiyle ses kuvvetli veya zayıf olarak duyulur. İnsan kulağı 1016 watt/cm²ile 104 watt/cm² şiddet değerleri arasındaki sesleri duyabilir. **Sesin Yüksekliği: Sesin frekansıdır. İnsan kulağı frekansı yaklaşık 20 ile 20.000 Hz. olan sesleri işitebilir. Sesin frekansına bağlı olarak yüksekliği tarif edilir. İnce seslerin frekansları büyük, kalın seslerin ise frekansları küçük değerlerdedir. Frekansları, 20 den küçük olan seslere İnfrasonik, 20.000 den büyük olanlara ise Ultrasonik denir. Sesin frekansı kaynağın hareketine bağlı olarak kayma gösterir. (Doppler Olayı) **Sesin Kalitesi (Timbre of Sound) Tını ve Harmonikler : Ses kaynakları, genellikle ana ses denilen (en kalın) sesle birlikte, frekansları ana sesin frekansının tam katları olan tâli sesler çıkarırlar. Bu tâli seslere ana sesin harmonikleri denir. Bu sesler etrafa ana sesle birleşmiş olarak yayılırlar. Tını, bir sesin kulağa tesiridir. Farklı kaynaklardan çıkan sesler aynı yükseklik ve şiddette olsalar da tınıları farklıdır. 25
Ses dalgaları da kırılma, yansıma ve girişim özelliklerini gösterirler. Kırılma olayı ortam değişikliğiyle olur. Havanın sıcaklık, yoğunluk durumuna göre sesin yayılma hızı değişir. Soğuk havada ses hızı azalır. Ses sıcak havadan soğuk havaya geçerken yayılma doğrultusunu değiştirir. Yayılan ses dalgaları duvar, kayalık gibi sert düz yüzeylere çarpınca doğrultularını değiştirirler. Bu olay yansımadır. Yansıma olayında sesin özellikleri değişmez. Yansımış dalgalar tekrar geriye dönerse ikinci bir ses meydana gelir. Bu sese yankı denir. Yankı ilk sesten yaklaşık 0,1 sn den daha az bir zamanda gelirse kulak bu sesi, ikinci sesin devamı gibi işitir, buna ise çınlama denilmektedir. İlk ses ile yankı arasındaki zaman farkından yansıtıcı engelin uzaklığı hesap edilebilir. Gemicilikte deniz derinlikleri bu yolla ölçülmektedir. Yarasalar da etraflarındaki engelleri ses dalgaları ile fark ederler. Şekil 1.14 Ses dalgaları girişimle birbirini kuvvetlendirip, zayıflatabilirler. Girişim yapan dalgalar arasındaki yol farkının, dalga boyunun yarısına eşit olması şartını sağlayan yerlerde yok edici girişim olur, böyle yerlerde ses işitilmez. 26
**Vuru (Batman) olayı: Genlikleri hemen hemen eşit ve frekansları biraz farklı olan iki kaynağın verdiği ses dalgalarının üst üste binmesi neticesinde, frekansı iki frekansın farkına eşit olan ses yükselmeleri meydana gelmesidir. Vuru olayında ses periyodik olarak azalıp, çoğalır. 1.9 DOPPLER OLAYI Sabit frekanslı ses üreten bir kaynaktan yayılan sesin, yayılması sırasında frekans değerinde bir değişiklik olmaz. Ancak ses kaynağı ya da ses algılayıcısı hareketli ise bu durum değişir. Ses kaynağının hareketli olması durumunda ya da sesi duyan kişinin hareketli olması durumunda sesin frekansı, kaynaktan çıkan frekanstan farklı olarak algılanır. Bu duruma doppler olayı denir. Doppler olayında değişen dalga boyudur. Ancak dalga boyu ile frekans ters orantılı olduğundan, gözlemci dalga kaynağının frekansını da değişmiş gibi algılar. Doppler olayı hareketli kaynağın hızının ses hızından yavaş olduğu durumlarda gözlenir. Kaynak hareket etmiyorsa dalgalar kaynak etrafında simetriktir. 27
Frekansı f olan bir kaynak, özellikleri değişmeyen bir ortamda ƛ dalga boylu v hızıyla hareket eden dalgalar yayıyorsa; ƛ = v / f dir. Kaynak ortama göre hızıyla hareket ederse, hareket yönündeki dalgalar sıkışırken zıt yöndeki dalgalar seyrekleşir. Şekil 1.15 Şekil 1.16 Bu durumda hareket yönünde bulunan bir gözlemcinin işittiği ses yüksek frekanslı, harekete zıt yönde bulunan gözlemcinin işittiği ses ise düşük frekanslı olacaktır. 28
Şekil 1.17 29
1.10 Cep Telefonu Sistemleri Birçok insan için iletişimin kesintisiz olması gerekir. Cep telefonları ve araç telefonları bu ihtiyaçtan doğmuştur. Bu amaçla ülke küçük hücrelere (bölgelere) ayrılır. Her bir hücre içinde düşük güçlü hem alıcı hem de verici olarak çalışan bir radyo istasyonu bulunur. Hücrelerin büyüklükleri şehir içinde 2 km ve şehir dışında ise 30 km ye kadar çıkabilir. Bu radyo istasyonlarının frekansları 900 MHz civarında seçilmiştir. Bir cep telefonu cihazı, küçük bir alıcı-verici radyodan başka bir şey değildir. Bir telefon numarası yazıp evet ya da gön der tuşuna basıldığında, özel bir sinyal üretilir. Bu sinyal en yakın hücresel radyo istasyonu tarafından yakalanır. Bu hücresel radyo istasyonlarının birçok sayıda cep telefonu cihazıyla iletişim kurabilecek kanalları vardır. Cep telefonundan alınan özel sinyalden hemen sonra hücresel radyo istasyonu otomatik olarak boş olan kanalın frekansını cep telefonu cihazına bildirir. Böylece bu frekansta iki yönlü bir iletişim başlamış olur. Bu hücresel radyo istasyonları elektronik çevirici merkezine bağlıdır. Elektronik çevirici merkezinde taşıyıcı dalga kaldırılarak konuşmanın normal telefon hattına bağlanması sağlanır. Bu noktadan itibaren bağlantı aynen sabit bir telefon bağlantısında olduğu gibidir. Gelen konuşma da aynı taşıyıcı frekansı kullanır. Fakat bu defa, hücresel radyo istasyonundan cep telefonuna gönderilir. 30
Telefon cihazının içerisinde yayılan ses hızı, elektronik devrelerin yapısına bağlı ve karmaşıktır. Ancak ses, telefonların antenleri arasında "ses hızı" ile değil, "ışık hızı" ile yol alır. Ahize denilen mikrofona konuşulduğunda, ses burada elektromanyetik dalgaya çevrilir. Karşı tarafın telefonunda sese çevrilene kadar yolculuğunu elektromanyetik dalga olarak yapar. Elektromanyetik dalganın hızı ışık hızına eşittir. Cep telefonunda da normal telefon hattına bağlanıldığından, elektromanyetik dalga üzerine bindirilmiş ses, telefonlar arasında ışık hızı ile hareket eder. Şekil 1.18 Şekil 1.19 31
Soru 1 Saniyede 6 kez oluşturulan su dalgalarında ardı ardına gelen 3 dalga tepesi arası uzaklık 12cm olarak ölçülmüş olup, bu dalganın periyodunu, dalga boyunu ve yayılma hızını bulunuz. Çözüm 32
Soru 2 Saniyede 10 kez oluşturulan su dalgalarında ardı ardına gelen bir tepe ile bir çukur arası uzaklık 2cm ise, dalganın periyodunu, dalga boyunu ve yayılma hızını bulunuz. Çözüm 33
Soru 3 Düzgün aralıklarla 5s de 30 kez suya batırılan çubuğun oluşturduğu su dalgalarında ardı ardına gelen 6 dalga tepesi arası uzaklık 20cm ölçülüyor. Oluşturulan bu su dalgalarının sudaki yayılma hızı kaç cm/s olur? Çözüm 34
Soru 4 Sarmal bir yayın 1m si 0,5kg gelmektedir. Bu yay kaç N luk bir kuvvet ile gerilmeli ki, atmaların bu yaydaki yayılma hızı 6m/s olsun? Çözüm 35
Soru 5 Frekansı 15s-¹ olan dalga kaynağından çıkan dalgalar 450m/s hızla ilerleyerek bir K noktasından L noktasına 2s de ulaştığına göre, KL uzaklığı dalga boyunun kaç katıdır? Çözüm 36
Soru 6 Periyodu 0,5s olan sesin yüksekliği nedir? Çözüm 37
Soru 7 Alüminyum bir blok içersinde 5100m/s hızla ilerleyen bir ses dalgası, bloğu 0,2s içinde terk etmektedir. Alüminyum bloğun uzunluğunu bulunuz. Çözüm 38
Soru 8 Alüminyum bir blok içersinde 5100m/s hızla ilerleyen bir ses dalgası, bloğu 0,2s içinde terk etmektedir. Alüminyum bloğun uzunluğunu bulunuz. Çözüm 39
Soru 9 Tipik bir deprem dalgasının hızı 8km/s olduğuna göre, minimum dalga boyu kaç m olur? Çözüm 40
Soru 10 Birbirinden 10000 km uzaklıktaki iki kişi telefon ile konuşmaktadır. Birinin söylediği bir kelime diğerine ne kadar sürede ulaşacaktır? Çözüm 41