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 = 200 N/m olan bir yaydaki 3,2 kg’lık kütle pozitif yönde 12 cm çekiliyor ve t = 0’da durgun hâlden bırakılıyor. t = 1,2 s anında hızı v değerini (işaretiyle) bulun.
m = 3,2 kgk = 200 N/mA = 12 cmt = 1,2 s
v = m/s
2.Yaylar ve sarkaçlarZor
500 m/s hızla giden 8 g’lık bir mermi, sürtünmesiz bir yüzeyde duran 0,5 kg’lık bir bloğa çarpıp içinde kalıyor. Blok k = 1200 N/m olan yatay bir yaya bağlıdır. Oluşan salınımın genliği A değerini cm cinsinden bulun.
m = 8 gv = 500 m/sM = 0,5 kgk = 1200 N/m
A = cm
3.Dalgalar, ses ve optikOrta
Işık, etanol içinde (n = 1,36) hava (n = 1,00) ile düz bir sınıra doğru ilerliyor. Ötesinde tam yansıdığı kritik açıyı, θc, bulun.
n1 = 1,36n2 = 1,00
θc = °
4.Dalgalar, ses ve optikZor
Bir cisim, eğrilik yarıçapı 60 cm olan çukur aynanın 15 cm önündedir. Büyütmeyi, m, bulun (ters görüntü için negatif).
do = 15 cmR = 60 cm
m =
3Çözeltiler
1.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: v = 0,05883 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 = √(200/3,2) = 7,906 rad/s
ω·t = 7,906·1,2 = 9,487 rad
Hız
v = −A·ω·sin(ω·t) = −0,12·7,906·sin(9,487) = 0,05883 m/s
Cevap
v = 0,05883 m/s
2.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: A = 16,2 cm
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.
Çarpmadan sonraki hız
V = m·v/(m + M) = 0,008·500/0,508 = 7,874 m/s
Açısal frekans
ω = √(k/(m + M)) = √(1200/0,508) = 48,6 rad/s
Genlik
A = V/ω = 7,874/48,6 = 0,162 m = 16,2 cm
Cevap
A = 16,2 cm
3.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: θc = 47,33 °
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 = 1,00/1,36 = 0,7353
Kritik açı
θc = arcsin(0,7353) = 47,33°
Cevap
θc = 47,33°
4.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: m = 2
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.
Odak uzaklığı
f = R/2 = 30 cm
Ayna denklemi
1/di = 1/f − 1/do = 1/30 − 1/15
di = −30 cm
Büyütme
m = −(−30)/15 = 2
Cevap
m = 2
ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics