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 = 280 N/m olan bir yaydaki 2,5 kg’lık kütle pozitif yönde 14 cm çekiliyor ve t = 0’da durgun hâlden bırakılıyor. t = 0,65 s anında hızı v değerini (işaretiyle) bulun.
m = 2,5 kgk = 280 N/mA = 14 cmt = 0,65 s
v = m/s
2.Yaylar ve sarkaçlarZor
k = 130 N/m olan bir yaydaki kütle sürtünmesiz bir yüzeyde 18 cm genlikle salınıyor. Kütle dengeden 13 cm uzaktayken yayda depolanan enerji U değerini bulun.
k = 130 N/mA = 18 cmx = 13 cm
U = J
3.Dalgalar, ses ve optikOrta
400 Hz’lik bir kaynak, durgun bir gözlemciye doğru 15 m/s ile hareket ediyor. Ses sürati 343 m/s’dir. Gözlemcinin duyduğu frekansı, f′, bulun.
f = 400 Hzv = 343 m/svs = 15 m/s
f′ = Hz
4.Dalgalar, ses ve optikZor
Duran bir park sensörü, 20 m/s ile yaklaşan bir arabaya doğru 40 kHz’lik ultrason gönderiyor. Sensöre geri dönen yankının frekansını, f″, bulun (ses sürati 343 m/s).
f = 40 kHzu = 20 m/sv = 343 m/s
f″ = Hz
3Çözeltiler
1.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: v = −0,8314 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 = √(280/2,5) = 10,58 rad/s
ω·t = 10,58·0,65 = 6,879 rad
Hız
v = −A·ω·sin(ω·t) = −0,14·10,58·sin(6,879) = −0,8314 m/s
Cevap
v = −0,8314 m/s
2.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: U = 1,099 J
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.
Toplam enerji
E = ½·k·A² = ½·130·0,18² = 2,106 J
x’teki yay enerjisi
U = ½·k·x² = ½·130·0,13² = 1,099 J
Cevap
U = 1,099 J
3.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: f′ = 418,3 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.
Doppler formülü
f′ = f·(v + vo)/(v − vs) = 400·(343 + 0)/(343 − 15)
f′ = 418,3 Hz
Cevap
f′ = 418,3 Hz
4.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: f″ = 44954 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′ = 40000·(343 + 20)/343 = 42332 Hz
Yankının frekansı
f″ = f′·343/(343 − 20) = 44954 Hz
Cevap
f″ = 44954 Hz
ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics