BOYUNA DALGALAR: ÖZELLIKLER, FARKLILIKLAR, ÖRNEKLER - FIZIKSEL - 2025

Uzunlamasına dalgalar dalganın yönüne salınım paralel parçacıklar, burada, malzeme vasıtasıyla kendini göstermektedir. aşağıdaki görüntülerde görüleceği gibi. Bu onun ayırt edici özelliğidir.

Ses dalgaları, bir deprem sırasında ortaya çıkan belirli dalgalar ve ekseni ile aynı yönde küçük bir dürtü verildiğinde bir sarkık veya pınarda oluşan dalgalar, bu sınıf dalgalara güzel örneklerdir.

Şekil 1. Ses, havada birbirini izleyen kompresyonlar ve genişlemeler üreten uzunlamasına bir dalgadır. Kaynak: Wikimedia Commons. Pluke

Ses, bir nesne (figürün ayar çatalı, bir müzik aleti veya basitçe ses telleri gibi), moleküllerinin titreşimi yoluyla rahatsızlığı iletebilen bir ortamda titreştirildiğinde üretilir. Hava uygun bir ortamdır, ancak aynı zamanda sıvılar ve katılar da vardır.

Bozulma, ortamın basıncını ve yoğunluğunu tekrar tekrar değiştirir. Bu şekilde, enerji belirli bir v hızında hareket ederken, dalga ortamın moleküllerinde sıkışmalar ve genişlemeler (seyrekleşmeler) üretir .

Basınçtaki bu değişiklikler, sinir ağının küçük elektrik akımlarına dönüşmesinden sorumlu olan kulak zarındaki titreşimler aracılığıyla kulak tarafından algılanır. Beyne ulaştıktan sonra onları sesler olarak yorumlar.

Uzunlamasına bir dalgada, sürekli tekrar eden modele döngü denir ve süresi dalganın periyodudur. Referans alınan büyüklüğe göre ölçülen maksimum yoğunluk olan genlik de vardır, ses durumunda ortamdaki basıncın değişimi olabilir.

Bir diğer önemli parametre dalga boyudur: birbirini izleyen iki sıkıştırma veya genişleme arasındaki mesafe, bkz. Şekil 1. Uluslararası Sistemde dalga boyu metre cinsinden ölçülür. Son olarak, enerjinin ne kadar hızlı yayıldığını gösteren hızı (Uluslararası Sistem için metre / saniye cinsinden) var.

Okyanus dalgalarında uzunlamasına dalgalar nasıl görünür?

Suda yaşayan bir cisimde dalgalar, birden çok nedenden (basınç değişiklikleri, rüzgarlar, diğer yıldızlarla yerçekimi etkileşimleri) üretilir. Bu şekilde deniz dalgaları şu şekilde sınıflandırılabilir:

- Rüzgar dalgaları

- Gelgitler

- Tsunamiler

Bu dalgaların tarifi oldukça karmaşıktır. Genel hatlarda, derin sularda dalgalar uzunlamasına hareket ederek, başlangıçta anlatıldığı gibi ortamın periyodik sıkıştırmalarını ve genişlemelerini üretir.

Bununla birlikte, uzunlamasına dalgaların ve enine dalgaların özelliklerini birleştiren baskın sözde yüzey dalgaları olduğundan, deniz yüzeyinde işler biraz farklıdır. Bu nedenle, su ortamının derinliklerinde hareket eden dalgalar, yüzeyde hareket edenlerden büyük ölçüde farklıdır.

Deniz yüzeyinde yüzen bir kütüğün bir tür ileri geri veya yavaşça dönen hareketi vardır. Nitekim kıyıda dalgalar kırıldığında, dalganın boylamsal bileşenleri hakimdir ve kütük onu çevreleyen su moleküllerinin hareketine tepki verirken, yüzeye de gelip giderken gözlenir.

Şekil 2. Yüzeydeki deniz dalgaları, kısmen uzunlamasına dalga karakteristiğine sahip kısmen de enine dalgalardır. Kaynak: Kaynak: en.wikipedia'da Vargklo

Derinlik ve dalga boyu arasındaki ilişki

Üretilen dalganın türünü belirleyen faktörler şunlardır: suyun derinliği ve deniz dalgasının dalga boyu. Belirli bir noktadaki suyun derinliği d olarak adlandırılırsa ve dalga boyu λ ise, dalgalar şu durumlarda boylamsaldan yüzeysele geçer:

Yüzeyde su molekülleri, derinlik arttıkça kaybettikleri dönme hareketleri kazanır. Su kütlesinin tabanla sürtünmesi, bu yörüngelerin şekil 2'de gösterildiği gibi eliptik olmasına neden olur.

Plajlarda kıyıya yakın sular daha huzursuzdur çünkü orada dalgalar kırılır, su parçacıkları dipte yavaşlar ve bu da sırtlarda daha fazla su birikmesine neden olur. Daha derin sularda ise dalgaların nasıl yumuşadığı algılanır.

D >> λ / 2 olduğunda, derin su dalgalarına veya kısa dalgalara sahip olduğumuzda, dairesel veya eliptik yörüngeler boyut olarak küçülür ve uzunlamasına dalgalar baskındır. Ve d << λ / 2 ise dalgalar yüzey sularından veya uzun dalgalardan gelir.

Kayma dalgaları ile farklılıklar

Hem uzunlamasına hem de enine dalgalar, yayılmaları için bir malzeme ortamı gerektiren mekanik dalgalar kategorisine girer.

İkisi arasında yapılan ana ayrım başlangıçta belirtilmişti: enine dalgalarda, ortamın parçacıkları dalganın yayılma yönüne dik hareket ederken, uzunlamasına dalgalarda aynı yönde salınırlar ve ardından bozulma gelir. Ancak daha ayırt edici özellikler var:

Enine ve boyuna dalgalar arasında daha fazla fark

- Enine bir dalgada, uzunlamasına olanlarda sıkıştırmalara ve genişlemelere eşdeğer olan tepeler ve vadiler ayırt edilir.

- Diğer bir fark, uzunlamasına dalgaların polarize olmamasıdır, çünkü dalganın hızının yönü, salınan parçacıkların hareketiyle aynıdır.

- Enine dalgalar herhangi bir ortamda ve hatta elektromanyetik dalgalar gibi bir vakumda yayılabilir. Öte yandan, sertlikten yoksun sıvıların içinde, parçacıkların birbirlerinin yanından kaymaktan ve rahatsızlık gibi, yani boylamasına hareket etmekten başka seçeneği yoktur.

Sonuç olarak, okyanus ve atmosferik kütlelerin ortasından çıkan dalgalar boylamsaldır, çünkü enine dalgalar, karakteristik dikey hareketlere izin vermek için yeterli sertliğe sahip ortam gerektirir.

- Boyuna dalgalar, içinden yayıldıkları ortamda basınç ve yoğunluk değişikliklerine neden olur. Öte yandan, enine dalgalar ortamı bu şekilde etkilemez.

Boyuna ve Enine Dalgalar Arasındaki Benzerlikler

Ortak yönleri aynıdır: periyot, genlik, frekans, döngü, faz ve hız. Tüm dalgalar yansıma, kırılma, kırınım, girişim ve Doppler etkisine maruz kalır ve ortam yoluyla enerji taşır.

Tepeler ve çukurlar bir enine dalgayı ayırt etse de, boylamsal dalgadaki sıkışmalar tepe noktalarına ve vadilere genişlemelere benzerdir, öyle ki her iki dalga da sinüs veya sinüzoidal dalganın aynı matematiksel tanımını kabul eder.

Boyuna dalga örnekleri

Ses dalgaları en tipik boylamsal dalgalardır ve en çok çalışılan dalgalardır, çünkü bunlar iletişimin ve müzikal ifadenin temeli olduklarından, insanların yaşamlarındaki önemlerinin nedenidir. Ayrıca ses dalgalarının tıpta hem teşhis hem de tedavi açısından önemli uygulamaları vardır.

Ultrason tekniği, tıbbi görüntülerin elde edilmesinin yanı sıra diğer uygulamaların yanı sıra böbrek taşlarının tedavisi için iyi bilinmektedir. Ultrason, bir elektrik alanı uygulandığında uzunlamasına bir basınç dalgası oluşturabilen bir piezoelektrik kristal tarafından üretilir (ayrıca basınç uygulandığında bir akım üretir).

Uzunlamasına bir dalganın neye benzediğini gerçekten görmek için, helezon yaylardan veya kayan yaylardan daha iyi bir şey olamaz. Yaya küçük bir dürtü vererek, dönüşler boyunca kompresyonların ve genişlemelerin dönüşümlü olarak nasıl yayıldığını hemen gözlemlemek gerekir.

- Sismik dalgalar

Boyuna dalgalar da sismik hareketlerin bir parçasıdır. Depremler, aralarında P veya birincil dalgalar ve S veya ikincil dalgalar olan farklı dalgalardan oluşur. İlki uzunlamasına iken, ikincisinde ortam parçacıkları dalganın yer değiştirmesine çapraz bir yönde titreşir.

Depremlerde hem uzunlamasına dalgalar (birincil P dalgaları) hem de enine dalgalar (ikincil S dalgaları) ve yüzey Rayleigh dalgaları ve Aşk dalgaları gibi diğer türler üretilir.

Aslında, Dünya'nın merkezinde seyahat ettiği bilinen tek uzunlamasına dalgalar. Yalnızca sıvı veya gazlı ortamda hareket ettikleri için, bilim adamları Dünya'nın çekirdeğinin esas olarak erimiş demirden oluştuğunu düşünüyor.

- Uygulama alıştırması

Bir deprem sırasında oluşan P dalgaları ve S dalgaları Dünya'da farklı hızlarda hareket ederler, bu nedenle sismografik istasyonlara varış süreleri farklıdır (bkz. Şekil 3). Bu sayede depremin merkez üssüne olan mesafeyi üç veya daha fazla istasyondan gelen verileri kullanarak nirengi ile belirlemek mümkündür.

Şekil 3. Sismik dalgalar P ve S, hızları farklı olduğu için sismograflara farklı zamanlarda ulaşır. Kaynak: Wikimedia Commons.

Varsayalım ki v _P = 8 km / s P dalgalarının hızı, S dalgalarının hızı v _S = 5 km / s olsun. P dalgaları ilk S dalgalarından 2 dakika önce varır, merkez üssünden uzaklığı nasıl hesaplanır?

cevap

D merkez üssü ile sismolojik istasyon arasındaki mesafe olsun. Verilen verilerle , her dalganın seyahat süresi t _P ve t _S bulunabilir:

v _P = G / t _P

v _S = G / t _S

Fark Δt = t _S - t _P'dir :

Δt = D / v _S - D / v _P = D (1 / v _S - 1 / v _P )

D'nin değerini bulmak için:

D = Δt / (1 / v _S - 1 / v _P ) = (Δt. V _P. V _C ) / (v _P - v _C )

2 dakika = 120 saniye olduğunu bilmek ve geri kalan değerleri değiştirmek:

D = 120 s. (8 km / s. 5 km / s) / (8-5 km / s) = 1600 km.

Referanslar

1. Enine ve Boyuna Dalgalar Arasındaki Fark. Physicsabout.com adresinden kurtarıldı.
2. Figueroa, D. 2005. Dalgalar ve Kuantum Fiziği. Bilim ve Mühendislik için Fizik Serisi. Cilt 7. Douglas Figueroa tarafından düzenlenmiştir. Simon Bolivar Üniversitesi. 1-58.
3. Infrasound ve Ultrason. Kurtarıldı: lpi.tel.uva.es
4. Rex, A. 2011. Temel Fizik. Pearson. 263-286.
5. Russell, D. Boyuna ve Enine Dalga Hareketi. Erişim: acs.psu.edu.
6. Su Dalgaları. Alınan: labman.phys.utk.edu.