Su Dalgaları ve Su Dalgalarında Yansıma

Denizde ya da havuzda oluşan dalgaları gözlemişsinizdir. Su dalgalarının özelliklerini nasıl inceleyebiliriz? Su dalgası için dalga hareketinin temel değişkenlerini nasıl belirleyebiliriz? Bunun için laboratuvara gidiyoruz ve dalga leğeni adını verdiğimiz bir aracı kullanıyoruz.

Dalga leğeni nedir?

Aşağıdaki resimde bir dalga leğeni görülüyor. Bu aslında gerçekten içine su doldurduğumuz bir leğen. Dört ayağı var, içine su koyduğumuz dörtgen bir leğeni var. Resimde görünmüyor ama bir de leğenin tepesine bir ışık kaynağı yerleştiriyoruz. Böylece oluşturduğumuz dalgaları leğenin altında gözleyebiliyoruz. Işık, oluşan su dalgalarının tepesine çarpıyor, bu kısımlar ince kenarlı mercek görevi görüyor ve ışığı leğenin altında topluyor. Masanın yüzeyinde görünen beyaz bölgeler dalga tepeleri, daha koyu görünen gölgeler ise dalga çukurları. Su dalgalarını incelemeyi bu görüntüler çok kolaylaştırır. Suyun yüzeyiyle değil suyun altındaki görüntüsüyle çalışmak dalgaları görmeyi zahmetsiz hale getirir.

Bu resimde dairesel dalgalar oluşturan bir dalga kaynağımız var. Bu kaynak bir elektrik motoruna bağlanmış bir boncuktan ibaret. Suya dokunup çıkıyor. Elektrik motorunun dönme devrini kontrol ederek, oluşturulan su dalgalarının frekansını kontrol edebiliyoruz.

Doğrusal ve dairesel su dalgaları

Doğrusal su dalgaları ard arda ve birbirine paralel ilerleyen dalgalardır. Bir dalga leğeninde doğrusal su dalgaları bir cetvelle suyun yüzeyine dokunularak oluşturulabilir. Doğrusal su dalgaları dalga kaynağına dik doğrultuda ilerler. Aşağıdaki resimde dalga leğeninde oluşturulan doğrusal su dalgaları gösteriliyor. Bu dalgalar sağdan sola doğru ilerliyor.

Aşağıdaki videoda doğrusal su dalgaları bu görülüyor. Video kısa mutlaka izleyin derim.

Dairesel su dalgaları ise iç içe halkalar şeklinde yayılan su dalgalarıdır. Bir dalga leğeninde dairesel su dalgaları bir kurşun kalemle veya parmağınızın ucuyla suyun yüzeyine dokunularak oluşturulabilir. Dairesel su dalgaları yarıçap doğrultusunda yani dalga kaynağının çevresinde her yönde ilerler. Aşapıdaki resimde dairesel su dalgaları görülüyor. Dalgalar kaynaktan (merkezdeki çemberden) dışarı doğru her yöne halka şeklinde yayılıyor.

Aşağıdaki videoda dairesel su dalgaları görülüyor. Bu videoyu da mutlaka izleyin, bu da kısa.

Su dalgalarına yüzey dalgası denir. Çünkü suyun yüzeyinde meydana gelen dalgalar suyun derinlerine inildikçe hissedilmez. Örneğin, deniz yüzeyinin bir kaç metre altına inen bir dalgıç yüzeydeki dalgaları hissetmez.

Su dalgalarında yansıma

Yay dalgalarının nasıl yansıdıklarını incelemiştik. Şimdi su dalgalarının nasıl yansıdıklarını inceleyelim.

Doğrusal Su Dalgalarının Düzlemsel Engellerden Yansıması

Aşağıdaki videoda doğrusal su dalgalarının, dalgaların ilerleme yönüne (normale) dik olarak yerleştirilmiş düzlemsel bir engelden nasıl yansıdığı bir dalga leğeni deneyiyle gösteriliyor. Bu videoyu izlemelisiniz.

Düzlemsel engele, normal doğrultusunda gelen doğrusal su dalgaları yine normal doğrultusunda geri yansır. Aşağıdaki resimde doğrusal bir su dalgası gösteriliyor. Dalganın sol ucunda A, ortasında B, sağ ucunda C noktası seçiyoruz. Bu noktaların tamamı aynı anda düzemsel engele dik olarak çarpıp dik olarak yansıyor.

Aşağıdaki videoda ise normalle bir açı yaparak gelen su dalgalarının düzlemsel bir engelden nasıl yansıdığı görülüyor.

Normal ile belli bir açı yaparak düzlemsel yüzeye gelen doğrusal su dalgaları, normale gelme açısına eşit yansıma açısıyla yansır.

Gelme açısı (i) = Yansıma açısı (r)

Aşağıdaki resimde doğrusal bir su dalgası açılı bir doğrusal engele doğru geliyor. Önce sol ucu yani A noktası engele çarpıp yansıyor, sonra ortası B noktası, en son da sağ ucu C noktası engele çarpıp yansıyor. Bu noktaların hepsi gelirken normalle (yüzeye dik çizdiğimiz doğru ile) yaptıkları açı yansırken normalle yaptıkları açı eşit olacak şekilde yansıyor. Bu kanunun ışığın yansımasında da geçerli olduğunu öğreneceksiniz. Daha sonra da düzlem aynada görüntü oluşumunu su dalgalarının düz engelden yansımasıyla kıyaslayacağız.

Doğrusal Su Dalgalarının Parabolik Engellerden Yansıması

Aşağıdaki videoda çukur bir yüzeye gelen doğrusal su dalgalarının nasıl yansıdığı görülüyor.

Çukur bir yüzeye gelen doğrusal su dalgaları yüzeyden yansıdıktan sonra bir noktada toplanır. Bu noktaya yansıtıcı yüzeyin odak noktası denir. Aşağıdaki resimde çukur engelden yansıyan doğrusal su dalgaları görülüyor. Küresel aynalarda odak noktasıyla tekrar karşılaşacağız. Daha sonra dalgaların çukur engelden yansımasını ışığın çukur aynadan yansımasıyla karşılaştıracağız.

Aşağıdaki videoda da tümsek bir yüzeye gelen doğrusal su dalgalarının nasıl yansıdığı görülüyor.

Tümsek bir yüzeye gelen doğrusal su dalgaları engelin arkasında, engelin odak noktasında bir kaynaktan geliyormuş gibi yansır. Aşağıdaki resimde tümsek bir engele gelen doğrusal su dalgalarının yansıması görülüyor. Bu fiziksel olay ışığın tümsek aynalardan yansımasıyla da yakından ilişkili.

Dairesel Su Dalgalarının Düzlemsel Engellerden Yansıması

Aşağıdaki videoda dairesel su dalgalarının düzlemsel bir engelden nasıl yansıdığı görülüyor.

Dairesel su dalgaları düzlemsel bir engel ile karşılaştığında sanki engelin arkasındaki bir noktadan geliyormuş gibi dairesel olarak yansır. Yansıyan dalgaların merkezinin engele uzaklığı ile gelen dalgaların merkezinin engele uzaklığına eşittir.

Dairesel Su Dalgalarının Parabolik Engellerden Yansıması

Aşağıdaki videoda dairesel su dalgalarının parabolik bir engelin odağına yerleştirildiğinde nasıl yansıdığı gösteriliyor.

Odak noktasındaki bir kaynaktan çukur şeklindeki engele gelen dairesel su dalgaları doğrusal dalgalar şeklinde yansır.

Bu da eski ama çok önemli bir video. Bunu da izleyin derim.

Su dalgaları ile ilgili kazanımlar

10.3.3.1. Dalgaların ilerleme yönü, dalga tepesi ve dalga çukuru kavramlarını açıklar.

• Kavramlar doğrusal ve dairesel su dalgaları bağlamında ele alınır.

10.3.3.2. Doğrusal ve dairesel su dalgalarının yansıma hareketlerini analiz eder.

• Öğrencilerin deney yaparak veya simülasyonlar kullanarak su dalgalarının yansıma hareketlerini çizmeleri sağlanır.
• Doğrusal su dalgalarının doğrusal ve parabolik engellerden yansıması dikkate alınır.
• Dairesel su dalgalarının doğrusal engelden yansıması dikkate alınır, parabolik engelden yansımasında ise sadece merkezden gönderilen dalgalar dikkate alınır.