Suya bir taş atarak mekanik dalgaların ne olduğunu hayal edebilirsiniz. Üzerinde görünen ve değişen oluklar ve sırtlar olan daireler mekanik dalgalara bir örnektir. Onların özü nedir? Mekanik dalgalar, elastik ortamda titreşim yayılım sürecidir.
Sıvı yüzeylerde dalgalar
Bu tür mekanik dalgalar, moleküller arası kuvvetlerin ve yerçekiminin bir sıvının parçacıkları üzerindeki etkisi nedeniyle oluşur. İnsanlar bu fenomeni uzun zamandır inceliyorlar. En dikkat çekici olanı okyanus ve deniz dalgalarıdır. Rüzgar hızı arttıkça değişirler ve yükseklikleri artar. Dalgaların şekli de daha karmaşık hale gelir. Okyanusta korkutucu boyutlara ulaşabilirler. Kuvvetin en açık örneklerinden biri, yoluna çıkan her şeyi silip süpüren tsunamidir.
Deniz ve okyanus dalgalarının enerjisi
Kıyıya ulaşıldığında, deniz dalgaları derinlikte keskin bir değişiklikle artar. Bazen birkaç metre yüksekliğe ulaşırlar. Böyle anlarda, devasa bir su kütlesinin kinetik enerjisi, etkisi altında hızla yok olan kıyı engellerine aktarılır. Sörfün gücü bazen görkemli değerlere ulaşır.
Elastik dalgalar
Mekanikte, yalnızca bir sıvının yüzeyindeki titreşimler değil, aynı zamanda sözde elastik dalgalar da incelenir. Bunlar, içlerindeki elastik kuvvetlerin etkisi altında farklı ortamlarda yayılan bozulmalardır. Böyle bir bozulma, belirli bir ortamın parçacıklarının denge konumundan herhangi bir sapmasıdır. Elastik dalgalara iyi bir örnek, bir ucunda bir şeye bağlı uzun bir ip veya kauçuk borudur. Sıkıca çeker ve ardından ikinci (sabitlenmemiş) ucunda yanal keskin bir hareketle bir rahatsızlık yaratırsanız, ipin tüm uzunluğu boyunca desteğe nasıl "koştuğunu" ve geri yansıdığını görebilirsiniz.
Mekanik dalgaların kaynağı
İlk pertürbasyon, ortamda bir dalganın görünmesine yol açar. Fizikte dalganın kaynağı olarak adlandırılan bazı yabancı cisimlerin hareketinden kaynaklanır. İp sallayan bir kişinin eli olabileceği gibi suya atılan bir çakıl taşı da olabilir. Kaynağın etkisinin kısa süreli olması durumunda, ortamda genellikle soliter bir dalga belirir. “Rahatsız edici” uzun salınım hareketleri yaptığında, dalgalar birbiri ardına görünmeye başlar.
Mekanik dalgaların oluşma koşulları
Bu tür bir salınım her zaman oluşmaz. Görünüşleri için gerekli bir koşul, özellikle esnekliği önleyen kuvvet ortamının bozulma anında ortaya çıkmasıdır. Komşu parçacıkları birbirlerinden uzaklaştıklarında birbirine yaklaştırmaya, yaklaştıklarında ise birbirlerinden uzaklaştırmaya eğilimlidirler. Uzak cisimlere etki eden elastik kuvvetlerParçacığın tedirginliğinin kaynağı, onları dengeden çıkarmaya başlar. Zamanla, ortamın tüm parçacıkları tek bir salınım hareketinde yer alır. Bu tür salınımların yayılması dalgadır.
Elastik bir ortamda mekanik dalgalar
Elastik bir dalgada aynı anda 2 tür hareket vardır: parçacık salınımları ve pertürbasyon yayılımı. Boyuna dalga, parçacıkları yayılma yönü boyunca salınan mekanik bir dalgadır. Enine dalga, orta parçacıkları yayılma yönü boyunca salınan bir dalgadır.
Mekanik dalgaların özellikleri
Uzunlamasına bir dalgadaki pertürbasyonlar, seyrekleşme ve sıkıştırmadır ve enine bir dalgada bunlar, ortamın bazı katmanlarının diğerlerine göre kaymalarıdır (yer değiştirmeleridir). Sıkıştırma deformasyonuna elastik kuvvetlerin görünümü eşlik eder. Bu durumda, kesme deformasyonu, yalnızca katılarda elastik kuvvetlerin ortaya çıkmasıyla ilişkilidir. Gazlı ve sıvı ortamlarda, bu ortamların katmanlarının kaymasına bahsedilen kuvvetin görünümü eşlik etmez. Özellikleri nedeniyle boyuna dalgalar herhangi bir ortamda yayılabilirken, enine dalgalar yalnızca katılarda yayılabilir.
Sıvıların yüzeyindeki dalgaların özellikleri
Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar ne uzunlamasına ne de eninedir. Daha karmaşık, sözde boyuna-enine bir karaktere sahiptirler. Bu durumda, sıvı parçacıkları bir daire içinde veya uzun elipsler boyunca hareket eder. Bir sıvının yüzeyindeki ve özellikle büyük salınımlar sırasındaki parçacıkların dairesel hareketlerine, yavaş fakat sürekli olmaları eşlik eder.dalga yayılımı yönünde hareket eder. Kıyıda çeşitli deniz ürünlerinin ortaya çıkmasına neden olan sudaki mekanik dalgaların bu özellikleridir.
Mekanik dalga frekansı
Elastik bir ortamda (sıvı, katı, gaz) parçacıklarının titreşimi uyarılırsa, aralarındaki etkileşim nedeniyle u hızıyla yayılır. Bu nedenle, salınan bir cisim gaz veya sıvı bir ortamdaysa, hareketi bitişik tüm parçacıklara iletilmeye başlayacaktır. Sıradakileri sürece dahil edecekler vb. Bu durumda, ortamın kesinlikle tüm noktaları, salınan cismin frekansına eşit olarak aynı frekansta salınmaya başlayacaktır. Dalganın frekansıdır. Başka bir deyişle bu değer, dalganın yayıldığı ortamdaki noktaların salınım frekansı olarak nitelendirilebilir.
Bu işlemin nasıl gerçekleştiği hemen belli olmayabilir. Mekanik dalgalar, salınım hareketinin enerjisinin kaynağından ortamın çevresine aktarılmasıyla ilişkilidir. Sonuç olarak, dalga tarafından bir noktadan diğerine taşınan periyodik deformasyonlar ortaya çıkar. Bu durumda ortamın parçacıkları dalga ile birlikte hareket etmezler. Denge konumlarına yakın salınım yaparlar. Bu nedenle mekanik bir dalganın yayılmasına maddenin bir yerden başka bir yere taşınması eşlik etmez. Mekanik dalgaların farklı frekansları vardır. Bu nedenle, aralıklara bölündüler ve özel bir ölçek oluşturdular. Frekans hertz (Hz) cinsinden ölçülür.
Temel Formüller
Hesaplama formülleri oldukça basit olan mekanik dalgalar, üzerinde çalışılması gereken ilginç bir nesnedir. Dalga hızı (υ), ön hareketinin hızıdır (o anda ortamın salınımının ulaştığı tüm noktaların odağı):
υ=√G/ ρ, burada ρ ortamın yoğunluğudur, G esneklik modülüdür.
Hesaplarken, bir ortamdaki mekanik bir dalganın hızını, ortamın dalga sürecine dahil olan parçacıklarının hareket hızıyla karıştırmayın. Örneğin, havadaki bir ses dalgası moleküllerinin ortalama titreşim hızı 10 m/s iken, ses dalgasının normal koşullardaki hızı 330 m/s'dir.
Dalga cephesi birçok biçimde gelir, bunların en basitleri:
• Küresel - gaz veya sıvı ortamdaki dalgalanmalardan kaynaklanır. Bu durumda dalganın genliği, kaynaktan uzaklaştıkça uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır.
• Düz - dalga yayılma yönüne dik olan bir düzlemdir. Örneğin kapalı bir piston silindirinde salındığında meydana gelir. Düzlem dalga, neredeyse sabit bir genlikle karakterize edilir. Bozulma kaynağından uzaklaştıkça hafif azalması gaz veya sıvı ortamın viskozite derecesi ile ilişkilidir.
Dalga boyu
Dalga boyunun altında, o zaman içinde cephesinin hareket edeceği mesafe anlaşılmaktadır.ortamın parçacıklarının salınım periyoduna eşittir:
λ=υT=υ/v=2πυ/ ω, burada T salınım periyodu, υ dalga hızı, ω döngüsel frekans, ν ortam noktalarının salınım frekansıdır.
Mekanik dalganın yayılma hızı tamamen ortamın özelliklerine bağlı olduğundan, bir ortamdan diğerine geçiş sırasında uzunluğu λ değişir. Bu durumda, salınım frekansı ν her zaman aynı kalır. Mekanik ve elektromanyetik dalgalar, yayıldıklarında enerji aktarılır, ancak madde aktarılmaz.
