Dalgalar ve Optik: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 4 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

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, 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

  1. Problemin türünü belirleyin: dalga sürati, ses düzeyi, duran dalga, Doppler, kırılma, mercek ya da ayna veya girişim.
  2. 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.
  3. Birimleri çevirin: nm, mm ve cm’yi m’ye; ve açıların normalden ölçülüp ölçülmediğini denetleyin.
  4. 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
1 kgk = 170 N/mA = 7 cmx = 5 cm

k = 170 N/m olan bir yaydaki 1 kg’lık kütle sürtünmesiz bir yüzeyde 7 cm genlikle salınıyor. Dengeden 5 cm uzaktayken hızı v değerini bulun.

m = 1 kgk = 170 N/mA = 7 cmx = 5 cm
v = m/s
2.Yaylar ve sarkaçlarZor
t (s)x (cm)t = ?3,3

Bir cisim 3,8 s periyot ve 11 cm genlikle basit harmonik hareket yapıyor. Dengeden 3,3 cm’lik bir yer değiştirmeye gitmesi için gereken en kısa süre t nedir?

T = 3,8 sA = 11 cmx = 3,3 cm
t = s
3.Dalgalar, ses ve optikOrta
60 dB?5 m10 m

Küçük bir kaynak sesi her yöne eşit olarak yayar. Ondan 5 m uzaklıkta düzey 60 dB’dir. Soğurma ve yansımaları yok sayarak 10 m uzaklıktaki düzeyi, β2, bulun.

β1 = 60 dBr1 = 5 mr2 = 10 m
β2 = dB
4.Dalgalar, ses ve optikZor
SO5 m/sf = 35 kHz

Duran bir park sensörü, 5 m/s ile yaklaşan bir arabaya doğru 35 kHz’lik ultrason gönderiyor. Sensöre geri dönen yankının frekansını, f″, bulun (ses sürati 343 m/s).

f = 35 kHzu = 5 m/sv = 343 m/s
f″ = Hz

3Çözeltiler

1.Yaylar ve sarkaçlar

Cevap: v = 0,6387 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 = √(170/1) = 13,04 rad/s

x’teki hız

v = ω·√(A² − x²) = 13,04·√(0,07² − 0,05²) = 0,6387 m/s

Cevap

v = 0,6387 m/s
2.Yaylar ve sarkaçlar

Cevap: t = 0,1843 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 = 2π/T = 2π/3,8 = 1,653 rad/s

Zaman için çözün

0,3 = sin(ω·t) → ω·t = arcsin(0,3) = 0,3047 rad
t = 0,3047/1,653 = 0,1843 s

Cevap

t = 0,1843 s
3.Dalgalar, ses ve optik

Cevap: β2 = 53,98 dB

Dalgalar: periyodik bir dalga bir periyotta bir dalga boyu ilerler; dolayısıyla v = fλ ve T = 1/f. Gerilmiş bir iplikte v = √(T/μ); burada T gerilme kuvveti, μ = m/L ise metre başına kütledir. Havada ses 20 °C’de yaklaşık 343 m/s ile, boşlukta ışık c = 3,00 × 10⁸ m/s ile yayılır. Ses yüksekliği logaritmik bir ölçekte ölçülür: β = 10·log₁₀(I/I₀) dB, I₀ = 10⁻¹² W/m²; yani şiddetin 10 katı 10 dB ekler. Noktasal bir kaynak gücünü, P, bir küre üzerine yayar: I = P/(4πr²).

Şiddet oranı

I₂/I₁ = (5/10)² = 0,25

Yeni düzey

β₂ = 60 + 10·log₁₀(0,25) = 53,98 dB

Cevap

β2 = 53,98 dB

Uzaklığın her ikiye katlanması düzeyi yaklaşık 6 dB düşürür.

4.Dalgalar, ses ve optik

Cevap: f″ = 36036 Hz

Duran dalgalar ve Doppler etkisi: iki ucu sabit bir ip ya da iki ucu açık bir boru içine tam sayıda yarım dalga boyu sığdırır: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … Bir ucu kapalı bir borunun kapalı ucunda düğüm, açık ucunda karın vardır: L = nλ/4, yalnızca tek n ile, fn = n·v/(4L). Kaynak ya da gözlemci aralarındaki doğru boyunca hareket ettiğinde f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): birbirine doğru hareket için üstteki işaretleri kullanın. Frekansları yaklaşık eşit iki dalga |f₁ − f₂| frekansıyla vurum yapar.

Arabadaki frekans

f′ = 35000·(343 + 5)/343 = 35510 Hz

Yankının frekansı

f″ = f′·343/(343 − 5) = 36036 Hz

Cevap

f″ = 36036 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics