Su Dalgalarının İlerleme Yönü, Dalga Tepesi ve Dalga Çukuru Kavramları
Durgun suya atılan küçük bir taşın, su yüzeyine düşen yağmur taneleri-
nin (Görsel 3.16) ya da seyir hâlindeki geminin hareketinin (Görsel 3.17)
su yüzeyinde meydana getirdiği şekil değişikliğine su dalgası denir.
Su dalgaları, mekanik dalgalar olup hem enine hem de boyuna dalga
özelliği gösterir. Su yüzeyinde oluşan bu dalgalar suyun alt tabakalarında
hissedilmez. Okyanus, deniz ve göllerin derinliklerindeki yaşam
yüzeyde oluşan bu dalgalardan etkilenmez.
Su dalgaları üzerindeki en yüksek noktaya dalga tepesi, dalga üzerindeki
en alt noktaya dalga çukuru denir (Şekil 3.24).
Su dalgaları, camdan yapılmış ve üzerinde aydınlatması bulunan dalga
leğenlerinde incelenir. Dalga leğeninde oluşturulan doğrusal dalgaların
üzerine ışık tutulduğunda dalga tepeleri ışığı toplarken dalga çukurları
dağıtır. Bu nedenle leğen yerleştirilen perde üzerinde dalga tepeleri
aydınlık çizgiler, dalga çukurları da karanlık çizgiler şeklinde görülür
(Şekil 3.25).
Dalgalar hareketli olduğundan ekranda oluşan aydınlık ve karanlık bölgeler
de hareket hâlindedir.
Derinliği her yerinde aynı olan bir dalga leğenindeki durgun suya düz
bir tahta çubuk yatay olarak batırıldığında doğrusal su dalgaları oluşur
(Şekil 3.26: a).
Doğrusal dalgalar birbirine paralel olarak ilerler. Dalga tepeleri düz,
dalga çukurları kesikli çizgilerle gösterilir (Şekil 3.26: b).
Derinliği her yerde aynı olan bir dalga leğeninde noktasal bir kaynağın
oluşturduğu dalgalar, merkezinde dalga kaynağı bulunan dairesel dalgalar
Şekil 3.27’deki gibi yayılır. Dairesel dalgalara üstten ışık tutulduğunda
leğenin altındaki perdede dalga tepeleri aydınlık, dalga çukurları
karanlık halkalar şeklinde görülür. Dairesel dalgaların üzerindeki her nokta, dalganın merkezinden dışa
doğru ve yarıçap doğrultusunda hareket eder. Bu nedenle dairesel
dalgaların ilerleme yönü merkezinden dışa ve her yöne çizilen doğrularla
gösterilir.
Doğrusal ve Dairesel Su Dalgalarında Yansıma
Yay dalgalarının bir engelden yansıması gibi su dalgaları da engele
çarptığında yansır. Su dalgalarında yansıma olayı engelin şekline göre
farklılık gösterir.
Doğrusal Su Dalgalarının Doğrusal Engelden Yansıması
Doğrusal su dalgalarının doğrusal engellerden nasıl yansıdığını incelemek
için “Doğrusal su dalgalarının doğrusal engellerden yansıması”
deneyini yapınız.
Dalgalar engele paralel değil de açılı geliyorsa dalga engele ilk değdiği
noktadan itibaren yansımaya başlar. Gelen dalganın engelle yaptığı
açı ve yansıyan dalganın engel ile yaptığı açı eşittir. Gelen dalganın
engelle yaptığı açıya gelme açısı (i), yansıyan dalganın engelle yaptığı
açıya yansıma açısı (r) denir. Dalga geldiği açıyla yansır (i = r)
(Şekil 3.29). Dalga tümüyle yansıdığında doğrusal su dalgası olarak
engelden uzaklaşır (Şekil 3.30).
“Doğrusal su dalgalarının parabolik engelden yansıması” deneyinde
görüldüğü gibi parabolik engelin çukur yüzeyine gelen doğrusal su
dalgaları, engelden yansıdıktan sonra bükülerek dairesel dalgalar şeklinde
bir noktada toplanır. Toplanan dalgalar, bu noktada sanki noktasal
bir dalga kaynağı varmış gibi tekrar dairesel dalgalar şeklinde yayılır
(Şekil 3.31). Dalgaların toplandığı bu nokta, engelin odak noktası (F)
olarak tanımlanır.
Parabolik engelin tümsek yüzeyine gönderilen dalgalar, engelin
arkasındaki bir noktadan gelen dairesel dalgalar şeklinde yansır
(Şekil 3.32). Bu nokta yine parabolik engelin odak noktası (F) olarak
tanımlanır. Parabolik engeller Şekil 3.33’teki gibi tamamlandığında oluşan küresel
yüzeyin merkezi aynı zamanda parabolik engelin de merkezidir.
Bu nedenle engelin eğrilik yarıçapı küresel yüzeyin eğrilik yarıçapı
kadardır. Odak noktasının uzaklığı, parabolik engelin yarıçapının yarısı
kadardır.
Dairesel su dalgalarının merkezi olan K noktasının engele uzaklığı
ile engelden yansıyan dairesel su dalgalarının merkezi olan
K′ noktasının engele olan uzaklığı birbirine eşittir.
Parabolik engelin eğrilik merkezine yerleştirilmiş noktasal dalga kaynağının
oluşturduğu dairesel dalgalar engelin çukur yüzeyinden yansıdıktan
sonra tekrar dairesel dalgalar olarak parabolik engelin merkezinde
toplanır ve dairesel dalgalar olarak yayılır (Şekil 3.35).
Su Dalgalarının Farklı Derinliklerdeki Ortamlardan Geçişi
Yay ortamında oluşturulan yay dalgalarının kalın yaydan ince yaya
ya da ince yaydan kalın yaya geçişi sırasında hızındaki değişimin nasıl
olduğu verilmişti. Bir ortamdan derinliği farklı bir ortama geçen su dalgalarının
hızının ve dalga boyunun nasıl değiştiğini incelemek için “Su
dalgalarının farklı derinlikteki ortamlardan geçişi” deneyini yapınız.
“Su dalgalarının farklı derinlikteki ortamlardan geçişi” deneyinde de
görüldüğü gibi su dalgaları, derin ortamda sığ ortama göre daha hızlı
ilerler ve bunun sonucunda sığı ortama geçen su dalgalarının dalga
boyu azalır. Dalgaların frekansı dalga kaynağına bağlı olduğu için
ortam değiştiren dalgaların frekansı değişmez.
Su dalgalarının hızı sadece ortamın derinliğine bağlıdır. Ortam değiştiren
periyodik dalgaların hızı değiştiği için dalga boyları da değişir.
Ortam derinliği azaldıkça dalgaların hızı azalır ve dalga boyu küçülür
(Şekil 3.39).
Dalga leğeninde oluşturulan su dalgaları hareketli olduklarından dalga
boylarını ölçmek için dalgaların duruyormuş gibi görülmesi gerekir.
Dalgaların duruyormuş gibi algılanmasını sağlamak için kullanılan,
üzerinde eşit aralıklarla yarıklar bulunan ve kendi ekseni etrafında
döndürülebilen dalga boyunun ölçülmesinde kullanılan deney aleti-
ne stroboskop denir (Şekil 3.40). Stroboskop kendi ekseni etrafında
döndürülerek üzerindeki yarıkların frekansı ile dalgaların frekansı eşitlenmeye
çalışılır. Frekanslar eşitlendiğinde dalgalar duruyormuş gibi
algılanır ve böylece dalga boyu ölçülür.
İlerleyen doğrusal su dalgalarına, orta noktasından geçen sabit
bir eksen etrafında dönen stroboskobun arkasından bakıldığında
Şekil 3.41’deki gibi A dalgasıyla 1. yarığın çakıştığı aynı düşey doğrultuda,
B dalgası ile 2. yarık çakışırsa dalgalar duruyormuş gibi görünür.
Doğrusal Su Dalgalarının Kırılma Hareketi
Su dalgalarının bir ortamdan derinliği farklı bir ortama geçerken ilerleme
doğrultusunu değiştirmesi olayına su dalgalarında kırılma denir.
Su dalgalarında kırılma olayını incelemek için “Doğrusal su dalgalarında
kırılma hareketi” deneyini yapınız.