Yaylar ve sarkaçlar
- Yaydaki kütle
- T = 2π·√(m/k)
- Sarkaç
- T = 2π·√(L/g)
- Açısal frekans
- ω = √(k/m) = 2π/T
- En büyük hız ve ivme
- vmax = A·ω, amax = A·ω²
- Enerji
- E = ½·k·A²
Dalgalar ve Optik: hızlı tekrar paketi
Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 4 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.
1Formüller ve yöntemler
Dalgalar, ses ve optik
- Dalga sürati
- v = fλ, T = 1/f
- İp
- v = √(T/μ), μ = m/L
- Ses düzeyi
- β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
- Noktasal kaynak
- I = P/(4πr²)
- Duran dalgalar
- ip ya da iki ucu açık boru fn = n·v/(2L); bir ucu kapalı boru fn = n·v/(4L), n tek
- Doppler etkisi
- f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
- Kırılma indisi
- n = c/v, λ = λ0/n
- Snell yasası
- n1sin θ1 = n2sin θ2
- Kritik açı
- sin θc = n2/n1
- Optik lif
- NA = sin θa = √(n1² − n2²)
- Mercekler ve aynalar
- 1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
- Çift yarık
- d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
- Kırınım ağı
- d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
- Tek yarık
- a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a
Yöntem
- Problemin türünü belirleyin: dalga sürati, ses düzeyi, duran dalga, Doppler, kırılma, mercek ya da ayna veya girişim.
- Önce bağıntıyı yazın: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) veya n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
- Birimleri çevirin: nm, mm ve cm’yi m’ye; ve açıların normalden ölçülüp ölçülmediğini denetleyin.
- İşaretleri ve makullüğü denetleyin: sanal görüntünün dᵢ < 0’dır, yaklaşan kaynak daha tiz duyulur, kapalı borunun yalnızca tek harmonikleri vardır.
2Alıştırma soruları
1.Yaylar ve sarkaçlarOrta
k = 110 N/m olan bir yaydaki 1,4 kg’lık kütle sürtünmesiz bir yüzeyde 13 cm genlikle salınıyor. Dengeden 12 cm uzaktayken hızı v değerini bulun.
m = 1,4 kgk = 110 N/mA = 13 cmx = 12 cm
v = m/s
2.Yaylar ve sarkaçlarZor
k = 340 N/m olan uzamamış düşey bir yayın alt ucuna 2 kg’lık bir kütle bağlanıyor ve durgun hâlden bırakılıyor. g = 9,81 m/s² alın. Kütlenin en büyük hızı vmax değerini bulun.
m = 2 kgk = 340 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
3.Dalgalar, ses ve optikOrta
Işık, elmas içinde (n = 2,42) hava (n = 1,00) ile düz bir sınıra doğru ilerliyor. Ötesinde tam yansıdığı kritik açıyı, θc, bulun.
n1 = 2,42n2 = 1,00
θc = °
4.Dalgalar, ses ve optikZor
İki ince mercek aynı eksen üzerinde, birbirinden 40 cm uzaklıkta duruyor: odak uzaklığı f₁ = 8 cm olan 1. mercek ve f₂ = 5 cm olan 2. mercek. Bir cisim 1. merceğin 18 cm önünde duruyor. Son görüntünün konumunu, di2, 2. merceğe göre bulun (2. merceğin ötesinde pozitif, gerçek-pozitif kuralı).
f1 = 8 cmf2 = 5 cms = 40 cmdo = 18 cm
di2 = cm
3Çözeltiler
1.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: v = 0,4432 m/s
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Açısal frekans
ω = √(110/1,4) = 8,864 rad/s
x’teki hız
v = ω·√(A² − x²) = 8,864·√(0,13² − 0,12²) = 0,4432 m/s
Cevap
v = 0,4432 m/s
2.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: vmax = 0,7524 m/s
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Denge ve genlik
x₀ = m·g/k = 2·9,81/340 = 0,05771 m = A
En büyük hız
Hız dengede en büyüktür.
ω = √(340/2) = 13,04 rad/s
vmax = A·ω = 0,05771·13,04 = 0,7524 m/s
Cevap
vmax = 0,7524 m/s
3.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: θc = 24,41 °
Geometrik optik: bir sınırda n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (Snell yasası); açılar normalden ölçülür ve n = c/v. Daha yavaş bir ortama geçerken ışın normale doğru kırılır. Daha yoğun bir ortamdan (n₁ > n₂) kritik açının θc = arcsin(n₂/n₁) ötesinde ışığın tamamı yansır: toplam iç yansıma. İnce mercekler ve küresel aynalar 1/f = 1/do + 1/di denklemine uyar; büyütme m = −di/do’dır. İşaret kuralı: yakınsak mercek ve çukur ayna için f > 0 (f = R/2), ıraksak mercek ve tümsek ayna için f < 0; gerçek görüntü için di > 0, sanal görüntü için di < 0 ve ters görüntü için m < 0.
90°’de kırılma
sin θc = n₂/n₁ = 1,00/2,42 = 0,4132
Kritik açı
θc = arcsin(0,4132) = 24,41°
Cevap
θc = 24,41°
4.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: di2 = 6,214 cm
Geometrik optik: bir sınırda n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (Snell yasası); açılar normalden ölçülür ve n = c/v. Daha yavaş bir ortama geçerken ışın normale doğru kırılır. Daha yoğun bir ortamdan (n₁ > n₂) kritik açının θc = arcsin(n₂/n₁) ötesinde ışığın tamamı yansır: toplam iç yansıma. İnce mercekler ve küresel aynalar 1/f = 1/do + 1/di denklemine uyar; büyütme m = −di/do’dır. İşaret kuralı: yakınsak mercek ve çukur ayna için f > 0 (f = R/2), ıraksak mercek ve tümsek ayna için f < 0; gerçek görüntü için di > 0, sanal görüntü için di < 0 ve ters görüntü için m < 0.
1. merceğin görüntüsü
1/di1 = 1/8 − 1/18 → di1 = 14,4 cm
2. mercek için cisim
do2 = 40 − 14,4 = 25,6 cm
Son görüntü
1/di2 = 1/5 − 1/25,6 → di2 = 6,214 cm
Cevap
di2 = 6,214 cm
ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics