Su Dalgalarinda Kirilma

Su dalgalarının bir ortamdan derinliği farklı başka bir ortama geçmesi olayına kırılmadenir.

Dalga leğeninde derinliğin az olduğu ortama sığ denir. Dalga leğeninde her taraf su olmasına rağmen derinlik farkından dolayı o tamlar da farklı olur. Farklı derinlikte su ortamları, su dalgaları için farklı ortam özelliği gösterir. Şekil I de doğrusal bir kaynakla üretilen dalgaların sığ ortamdan derin ortama geçişi gösterilmektedir.

• Su dalgalarının hızı derinliğe bağlıdır. Derin ortamda dalgalar hızlı sığ ortamda yavaş hareket eder.
  V_Derin > V_Sığ
• Dalgaların dalga boyu derin ortamda büyük, sığ ortamda küçüktür.
  λ_Derin > λ_Sığ
• Dalgaların frekansı ve periyotu sadece kaynağa bağlıdır. Bu nedenle bir ortamdan başka bir ortama geçen dalgaların frekansı ve periyotu değişmez.
  f_Derin > f_Sığve T_Derin > T_Sığ

Şekildeki dalga leğeninde A kenarından üretilen doğrusal dalgaların B kenarına doğru, önce sığ ortamda sonrada derin ortamda ilerliyor.

Sığ ortamda dalga boyu ve hız küçük olurken derin ortamda dalga boyu ve hız büyük olur. Ancak her iki ortamda da frekans değişmez.

Aşağıda iki farklı dalga leğeninin yandan ve üstten görünümleri verilmiştir, Derinliklere göre dalga boyu hız ve frekans ilişkilerine dikkat ediniz.

Dalga leğenlerinde her zaman derinlik sabit olmayabilir. Şekil 1 deki dalga leğeninde derinlik A ucundan B ucuna gittikçe artmaktadır. Bu nedenle dalgaların hızı ve dalga boyu da kabın A ucundan B ucuna doğru artar. Dalgaların yandan görünümü Şekil II deki gibidir.

Aynı şekilde Şekil III teki gibi bir dalga leğeninde derinlik A dan B ye giderken önce artıp sonra tekrar azalmaktadır. Bu nedenle dalgaların dalga boyu önce artar sonra azalır ve üstten görünümleri Şekil IV teki gibi olur.

Derinlikleri farklı olan bölgeleri birbirinden ayıran çizgi şekildeki gibi eğrisel olabilir. Bu durumda doğrusal dalganın kenarları sığ ortama girerken yavaşlar, orta kısmı da derin ortamda kaldığı için hızlanır ve dalga eğrisel şekil alarak sığ ortama geçer. Şekil ll deki gibi bir dalga leğeninde doğrusal dalganın kenarları derin ortama girerken hızlanır. Orta kısmı sığ ortamda kaldığı için yavaşlayacağından Şekil lI deki gibi bükülerek derin ortama geçer. Şekil II de derin ortama geçen dalgalar bir noktada odaklanmaktadır.

Şekil III teki gibi verilen dalga leğeninde doğrusal dalganın ortası sığ ortama girerken yavaşlar kenarları derin ortamda olduğu için daha hızlı hareket eder ve odaklanacak şekilde bükülür. Dalga leğeninde su derinliği Şekil IV teki gibi olduğunda dalgalar yine ara kesit yüzeyinin şeklini alır.

Su Dalgalarının Mercek Şeklindeki ortamlardan Geçişi

Bir dalga leğeni içinde ince kenarlı merceğe benzer cam zeminlerle derin-sığ-derin ortamlar oluşturulabilir. Derin ortamdan gönderilen doğrusal dalgalar mercek içinden geçerken dalgalar bükülerek şekildeki gibi bir noktada odaklanır. Aynı şekilde Şekil II deki gibi oluşturulmuş dalga leğeninde derin ortamdan kalın kenarlı mercek şeklindeki sığ ortama geçerken dalga dairesel şekil alır ve sanki mercek arkasındaki bir noktadan geliyor gibi görünür.

Su Dalgalarının Ayrılması konusuna gitmek için tıklayın.

Doğrusal su dalgalarının kırılma hareketini analiz eder.
a) Öğrencilerin deney yaparak veya simülasyonlar kullanarak su dalgalarının kırılma hareketlerini çizmeleri sağlanır.
Su dalgalarının mercek şeklindeki su ortamından geçişi ile ilgili kırılma hareketlerine girilmez.
b) Dairesel su dalgalarının kırılması konusuna girilmez.
c) Su dalgalarının kırılma hareketi ile ilgili matematiksel hesaplamalara girilmez.

Doğrusal dalgalarının derin ve sığ ortamlarda kırılma hareketlerini incelemek için iki ayrı deney tasarlayabilir ve buna göre sonuçlarını analiz edebiliriz:

1)Derin ortamdan sığ ortama geçen doğrusal su dalgasının kırınımı:

Deney ortamında karşımıza çıkacak olan aşağıdaki görseli inceleyelim:

Bir dalga leğeni içinde derin ortam ile sığ ortamı ayıran yüzeye, derin ortamdan, yüzeyin normali ile a açısı yapacak şekilde bir doğrusal dalga gönderirsek dalgalar yüzeye değdiği anda kırılarak sığ ortama geçeceklerdir. Sığ ortama geçtiklerinde de aynen ışığın havadan suya geçtiğinde kırınıma uğradığı gibi normal ile a açısından küçük bir b açısı yaparak saparlar. Bunu dalgalar sığ ortama geçtiğinde normale yaklaşarak kırılır diye de ifade edebiliriz.

Derin ortamdan a açısı ile gelen dalga sığ ortamda normale yaklaşarak, normal ile b açısı yaparak yoluna devam eder.

Derin ortamda dalganın dalga boyu sığ ortamdaki dalganın dalga boyundan büyüktür.

Görseldeki n₁ ve n₂ derinlikleri gösterir ve n₁ n₂ den büyüktür.

Derin ortamda dalganın hızı sığ ortamdaki dalganın hızından büyüktür.

Derin ortamda ilerleyen dalganın, ayırıcı yüzeye değdiğinde yüzeyle yaptığı v açısı aynı dalganın sığ ortama geçen kısmının yüzeyle yaptığı i açısından büyüktür.

2)Sığ ortamdan derin ortama geçen doğrusal su dalgasının kırınımı:

Deney ortamında karşımıza çıkacak olan aşağıdaki görseli inceleyelim:

Bir dalga leğeni içinde sığ ortam ile derin ortamı ayıran yüzeye, sığ ortamdan, yüzeyin normali ile a açısı yapacak şekilde bir doğrusal dalga gönderirsek dalgalar yüzeye değdiği anda kırılarak derin ortama geçeceklerdir.

Sığ ortamda dalganın dalga boyu derin ortamdaki dalganın dalga boyundan daha küçüktür.

Sığ ortamdaki dalganın hızı derin ortamdaki dalganın hızından daha küçüktür.

Sığ ortamı sembolize eden n₁, derin ortamı sembolize eden n₂ den daha küçüktür.

Gelen dalganın ayracın yüzeyiyle yaptığı v açısı kırılan dalganın yüzeyle yaptığı i açısından küçüktür.

Sığ ortamda ilerleyen dalganın yüzeyin normaliyle yaptığı a açısı, derin ortamda kırınıma uğrayan dalganın normalle yaptığı b açısından küçüktür.

Uyarı: Yukarıdaki her iki durumda da frekansta herhangi bir değişim söz konusu değildir. Frekans kaynağa bağlıdır. Siz kaynağa hangi frekansla titreşim yaptırırsanız dalganın frekansı da o olacaktır.

NOT: Çizimler bana aittir. Kullanmak isterseniz &#;yorumlar&#; bölümüne not bırakmanız yeterlidir:)