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
Başka bir gezegendeki bir astronot, 0,9 m uzunluğundaki bir basit sarkacın küçük salınımlar için periyodunun 2 s olduğunu buluyor. O gezegendeki yerçekimi ivmesi g değerini bulun.
L = 0,9 mT = 2 s
g = m/s²
2.Yaylar ve sarkaçlarZor
k = 480 N/m olan uzamamış düşey bir yayın alt ucuna 1,7 kg’lık bir kütle bağlanıyor ve durgun hâlden bırakılıyor. g = 9,81 m/s² alın. Kütlenin en büyük hızı vmax değerini bulun.
m = 1,7 kgk = 480 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
3.Dalgalar, ses ve optikOrta
Küçük bir kaynak sesi her yöne eşit olarak yayar. Ondan 5 m uzaklıkta düzey 95 dB’dir. Soğurma ve yansımaları yok sayarak 25 m uzaklıktaki düzeyi, β2, bulun.
β1 = 95 dBr1 = 5 mr2 = 25 m
β2 = dB
4.Dalgalar, ses ve optikZor
Bir optik lifin çekirdeği n₁ = 1,48, kılıfı n₂ = 1,47’dir. Havadan gelen ışığın lifin ucuna girip yine toplam iç yansımayla iletilebileceği, lif eksenine göre en büyük açıyı, θa, bulun.
n1 = 1,48n2 = 1,47n0 = 1,00
θa = °
3Çözeltiler
1.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: g = 8,883 m/s²
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.
g için çözün
g = 4π²·L/T² = 4π²·0,9/2² = 8,883 m/s²
Cevap
g = 8,883 m/s²
2.Yaylar ve sarkaçlar
Cevap: vmax = 0,5838 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 = 1,7·9,81/480 = 0,03474 m = A
En büyük hız
Hız dengede en büyüktür.
ω = √(480/1,7) = 16,8 rad/s
vmax = A·ω = 0,03474·16,8 = 0,5838 m/s
Cevap
vmax = 0,5838 m/s
3.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: β2 = 81,02 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 = (5/25)² = 0,04
Yeni düzey
β₂ = 95 + 10·log₁₀(0,04) = 81,02 dB
Cevap
β2 = 81,02 dB
Uzaklığın her ikiye katlanması düzeyi yaklaşık 6 dB düşürür.
4.Dalgalar, ses ve optik
Cevap: θa = 9,89 °
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.
Kılıftaki kritik açı
sin θc = 1,47/1,48 = 0,9932 → θc = 83,34°
Sayısal açıklık
NA = √(1,48² − 1,47²) = 0,1718
Kabul açısı
θa = arcsin(0,1718) = 9,89°
Cevap
θa = 9,89°
ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics