Ses dalgaları ve temel özellikleri

Ses nedir? Bir an durun ve düşünün. En iyisi bir örnekle düşünmek. Bir davula tokmakla vurulduğunda ne olur? Davulun yakınındaysanız davuldan kulağınıza sesin ulaştığını hissedersiniz. Peki kulağınıza ulaşan ne tam olarak? Davulun yakınındaki hava taneciklerinin kendileri mi ulaşıyor, yoksa bu tanecikler yanındakileri titreştirip bir dalga mı oluşturuyorlar? İkinci açıklama doğru olan. Zaten başlığımız da ses dalgaları değil mi? Ses dalgalarına akustik dalgalar da denir.

Dalgaların temel özelliklerini incelerken, mekanik dalgaların yayılmak için bir ortama ihtiyaç duyduklarını öğrenmiştik. Ayrıca dalgaların titreşme ve yayılma doğrultularına göre enine ve boyuna dalga olarak sınıflandığını da biliyoruz. Ses dalga, mekanik ve boyuna dalgadır. Aşağıdaki resimde bunu görüyoruz.

Resimdeki hoparlör bir odanın içindeki tanecikleri titreştiriyor, bu taneciklerde hemen yanı başlarındaki tanecikleri titreştiriyor. Taneciklerin titreşim doğrultusu ile dalganın yayılma doğrultusu aynı, işte bu nedenle ses boyuna bir dalgadır diyoruz. Ayrıca tanecikler olmasa titreşecek bir ortam da olmaz ve ses yayılamaz. Ses yayılmak için maddesel bir ortama ihtiyaç duyar, bu nedenle mekanik dalgadır. Eğer maddesel ortam yoksa ses yayılamaz. Örneğin, havası boşaltılmış bir kabın içine çalan bir telefon koysanız, sesini duyamazsınız. Ayrıca uzay boşluğunda da ses yayılamaz.

Ses dalgalarının yayıldığı maddesel ortamın mutlaka hava gibi gaz olması gerekmez. Katılarda ve sıvılarda da ses dalgaları yayılır. Tren raylarına kulağınızı dayarsanız (sakın böyle bir mantıksızlık yapmayın sırf örnek olsun diye yazıyorum) kilometrelerce ötedeki trenin tekerlerinin sesini duyabilirsiniz. Denizde daldığınızda iki taşı birbirine vurursanız taşların sesini de duyarsınız. Hatta ses dalgaları en hızlı katılarda, sonra sıvılarda, en yavaş da gazlarda yayılır. Ayrıca ses dalgalarının yayılma hızı ortamın sıcaklığına da bağlıdır.

Ses dalgalarını görselleştirmenin iyi bir yolu onları basınç dalgaları olarak düşünmektir. Aşağıdaki resimde yukarıdaki resim için basıncın konuma göre değişiminin grafiği gösteriliyor. Her noktada basınç önce artıyor, sonra azalıyor, böylece düzenli bir titreşim yapıyor.

Ses dalgaları bir ortamda yayılırken; ortamın parçacıkları, dalganın hareket doğrultusu boyunca sıkışır ve genleşir. Sıkışma ve genleşme basıncın artması veya azalması ile olur. Kulağımız bu basınç değişimlerini hisseder ve ses algılarız.

Ses yüksekliği (perdesi) ve Ses şiddeti

Sesin yüksekliği veya perdesi sesin ne kadar ince veya kalın olduğuyla ilgilidir. Sesin yüksekliği (perdesi) ses dalgasının frekansına bağlıdır. Frekansı düşük olan ses dalgalarını kalın, frekansı yüksek olan ses dalgalarını ince sesler olarak algılarız. Ses kaynağı ortamın taneciklerini ne kadar sık titreştiriyorsa sesi o kadar ince algılarız. Örneğin, bebeklerin ağlarkenki sesleri incedir, yani frekansı yüksektir. Yetişkin bir adamın sesi ise genellikle bebeğin ağlamasına göre kalındır, frekansı daha düşüktür.

Sesin şiddeti ise ses dalgalarının genliğinin ne kadar büyük olduğuyla ilgilidir. Televizyonun sesini kısarsanız ses şiddetini düşürürsünüz; açarsanız ses şiddetini büyütürsünüz.

Ses dalgalarının çeşitleri

İnsan kulağı, frekansı 20 Hz ile 20000 Hz arasında olan sesleri duyabilir. Bu frekans aralığına işitilebilir bölge denir. Ses dalgaları frekanslarına göre üçe ayrılır:

1. İşitilebilir Ses Dalgaları: İnsan kulağının duyarlılık sınırları içinde olan ses dalgalardır. Bu sesler müzik aletleri veya ses tellerimiz gibi değişik yollarla oluşturulabilir.
2. Ses Altı (infrasonik) Dalgalar: İşitilebilir sınırın altındaki frekanslarda olan ses dalgalardır. Örneğin deprem dalgaları ses altı dalgalardır.
3. Ses Üstü (ultrasonik) Dalgalar: İşitilebilir sınırın üstündeki frekanslarda olan dalgalardır. Örneğin, köpekleri çağırmak için kullanılan düdüklerin seslerini biz duyamasak da köpekler duyulabilir.

Tını

Sesin tınısına sesin rengi de denir. Bir şarkıyı aynı notalarla bir gitarla çalarsanız kulağınıza farklı gelir, bir bağlamayla çalarsanız farklı gelir. Müzik aletlerinin arasındaki fark tını farkıdır. Sesin tınısına göre kaynağını (müzk aletini) ayırt edebiliriz. Müzik aletlerinin tınılarının farklı olması yapıldıkları malzemeden ve geometrilerinden kaynaklanır.

Yankı

Ses dalgalarının bir engele çarpıp yansımasına yankı denir. Örneğin, büyük boş bir odada bağırırsanız kısa bir süre sonra kendi sesinizin yankısını yani yansımasını duyarsınız. Aradaki zaman farkı sesinizin kaynağı olan boğazınızdan odanın duvarlarına çarpıp geri dönmesi esnasında geçen süreden kaynaklanır.

Rezonans

Dalgaların ve titreşim hareketinin ortak özelliklerini öğrendik. Şimdi bu ortak özellikleri kullanarak rezonans adı verilen doğa olayını anlamaya çalışacağız. Bir salıncakta bir çocuğu bir defa itip bırakırsanız salıncak biraz sallanır sonra durur. Eğer salıncağı rastgele zamanlarda sallarsanız salıncak yalpalar ama hızlanmaz. Ama eğer salıncağı, salıncağın size doğru geldiği en üst noktada iterseniz, bir kaç itişten sonra salıncağın hızlandığını görürsünüz. Salıncağın gidip gelme süresi doğal periyodudur (ya da doğal frekansıdır). Eğer siz kuvveti salıncağın periyodu ile aynı zamanda uygularsanız, salıncağın sallanma şiddetini (genliğini) artırırsınız. Salınım yapan bir sistemin doğal frekansı ile aynı frekansta kuvvet uygulanarak salınımın genliğinin artması olayına rezonans denir.

Salıncakla ses dalgasının ne ilgisi var diye sorabilirsiniz. İkisi de salınım yapıyor. Aşağıdaki videoda bir kadeh, kadehin doğal frekansıyla aynı frekansa sahip ses dalgalarına maruz bırakılıyor. Kadehte oluşan yüzey dalgaları, ses dalgaları tarafından yükseltiliyor ve sonunda cam kadeh parçalanıyor.

Rezonans müzik aletlerinde sıkça kullanılır. Gitar veya keman gibi telli çalgılarda tellerin titreşimi, ses odası adı verilen gövdede rezonans oluşturarak sesin şiddetinin artmasını sağlar.

Ses Dalgalarının Bilim ve Teknolojide Kullanım Alanları

• Ultrason cihazı, ses üstü (yüksek frekanslı) dalgalar ile içorganların görüntülenmesinde kullanılır.
• Sonar veya ekolokasyon, denizcilikte deniz altındaki balıkların, denizaltıların ve yer şekillerinin görüntlenmesini sağlar.
• Ses dalgaları böbrek taşlarını kırmakta da kullanılıyor.

Ses dalgaları ile ilgili kazanımlar

2017 – 10.3.4.1. Ses dalgaları ile ilgili temel kavramları örneklerle açıklar.

• Ses kirliliği ve gürültü kavramlarına değinilir.
• Vızıltı ve uğultu kavramlarına değinilir.
• Yükseklik, şiddet, tını, rezonans ve yankı kavramları ile sınırlı kalınır.

2017 – 10.3.4.2. Ses dalgalarının tıp, denizcilik, sanat ve coğrafya alanlarında kullanımına örnekler verir.