Yağmur damlası düşer, halkayı hemen görürsün — sesini biraz sonra duyarsın
Aynı damla iki ayrı dalga başlatır: suda bir su dalgası, havada bir ses dalgası. İkisi de aynı şey değil. Bu sayfada dalgalar iki ayrı ölçüte göre sınıflandırılıyor: taşıdığı enerjiye göre (mekanik / elektromanyetik) ve titreşim doğrultusuna göre (enine / boyuna / hem enine hem boyuna).
Dalgalar, taşıdığı enerjiye ve titreşim doğrultularına göre iki şekilde sınıflandırılır. Önce birincisi. Buradaki tek soru şu: dalga ilerlemek için madde mi arıyor, yoksa hiçbir şeyin olmadığı boşlukta da gidebiliyor mu?
Enerjiyi taşımak için katı, sıvı, gaz, plazma gibi maddesel bir ortama ihtiyaç duyan dalgalara mekanik dalgalar denir.
Esnek yüzeylere kuvvet uygulanarak oluşturulan mekanik dalgalar boşlukta ilerleyemez.
Örnekleri: ses, yay, su ve deprem dalgaları.
Havası boşaltılmış bir fanusun içindeki zil çalışır ama sesi duyulmaz — çünkü sesi taşıyacak hava yoktur. Aynı fanusun içindeki lambanın ışığı ise görülür.
Yüklü parçacıkların ivmeli hareketleri sonucunda oluşan ve hem boşlukta hem de maddesel bir ortamda ilerleyebilen dalgalara elektromanyetik dalgalar denir.
Elektromanyetik dalgalar boşlukta yaklaşık 3 · 108 m/s büyüklüğündeki ışık hızı ile yayılır.
Örnekleri: radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi ışınlar, görünür bölge, morötesi ışınlar, x ışınları, gama ışınları.
Güneş’in ışığı bize boşluktan geçerek gelir. Arada hava yok; olsaydı zaten Güneş ile Dünya arasında hava bulunmuyor.
Mekanik dalgalar günlük hayatta birçok alanda kullanım alanına sahiptir. Örneğin Mimar Sinan eserlerinde ses dalgalarının özelliklerinden yararlanmıştır. Osmanlı Dönemi’nin büyük mimarlarından biri olan Mimar Sinan, eserlerinde hem estetiği hem de işlevselliği ön planda tutarak sesin dengeli bir şekilde yayılmasını sağlayan akustik çözümler geliştirmiştir.
Mimar Sinan’ın ustalık eseri olarak kabul edilen Selimiye Camisi, akustik açıdan da başarılı yapılardan biridir. Bu camide hem imamın sesi caminin her köşesinde net bir şekilde duyulur hem de kubbe yapısı sayesinde yankı en düşük seviyede tutulur.
Aşağıdaki canlandırmada iki özdeş fanus var. Düğmeyle içindeki havayı boşalt: zil susar, lamba yanmaya devam eder. Mekanik ile elektromanyetik dalganın farkı tam olarak burada.
Elektromanyetik dalgaların dalga boyu ve frekanslarına göre sıralandığı çizelgeye elektromanyetik dalga spektrumu adı verilir.
Elektromanyetik spektrum, düşük enerjili radyo dalgalarından çok yüksek enerjili gama ışınlarına kadar geniş bir aralığı kapsar. Spektrumda dalga boyu küçüldükçe enerji artar.
İnsan gözü elektromanyetik spektrumdaki çok küçük bir aralıktaki dalgaları görebilir ve bu bölgeye görünür bölge adı verilir.
Düşük frekanstan yüksek frekansa doğru sıra: radyo dalgaları → mikrodalgalar → kızılötesi ışınlar → görünür bölge → morötesi (ultraviyole) ışınlar → x ışınları → gama ışınları.
Spektrumda soldan sağa gittikçe frekans artar, dalga boyu küçülür ve enerji artar. Bu üçü hep birlikte değişir; birini bilirsen ötekileri de bilirsin. Radyo dalgası en uzun dalga boylu, en düşük enerjili; gama ışını en kısa dalga boylu, en yüksek enerjilidir.
Ama hepsinin boşluktaki sürati aynıdır: yaklaşık 3 · 108 m/s. Gama ışını radyo dalgasından daha hızlı değil, daha enerjilidir. Bu ikisini karıştırmak sınavda en sık yapılan hatadır.
Bölgelerden birine tıkla: nerede kullanıldığı ve neden orada kullanıldığı yazsın, spektrumdaki yeri de işaretlensin.
Görünür bölge, elektromanyetik spektrumun insan gözüyle algılanabilen aralığıdır. Dalga boyları yaklaşık 380 nm (nanometre) ile 700 nm arasında değişir. Bu aralıkta farklı dalga boylarındaki ışınlar farklı renklerde görülür. En kısa dalga boyu mor ışığı, en uzun dalga boyu ise kırmızı ışığı oluşturur.
Cisimlerden yayılan veya yansıyan görünür bölgedeki ışınlar cisimlerin görülebilmesini sağlar. İnsan gözü, bu spektrumun dışındaki dalgaları (ultraviyole, kızılötesi vb.) algılayamaz.
İkinci ölçüt bambaşka bir soru soruyor. Dalganın ilerleme doğrultusu ile ortamdaki parçacıkların titreşim doğrultusu arasındaki açıya bakılır. Titreşim doğrultusu, bir dalganın titreşiminin hangi yönde gerçekleştiğini ifade eder.
Titreşim doğrultusu ile ilerleme doğrultusu birbirine dik olan dalgalara enine dalgalar denir.
Bir yaya yukarı yönde kuvvet uygulandığında yayın tüm noktaları dalganın ilerleme doğrultusuna dik doğrultuda titreşir.
Örnekleri: yayda oluşan dalgalar, elektromanyetik dalgalar ve deprem dalgaları.
Titreşim doğrultusu ile ilerleme doğrultusu birbirine paralel olan dalgalara boyuna dalgalar denir.
Yay dalgasının bir bölümü sıkıştırılıp bırakıldığında bu bölüm yay boyunca ilerler. Yay halkalarının yer değiştirme doğrultusu, sıkışan bölgenin ilerleme doğrultusuna paraleldir.
Örnekleri: yay ve deprem dalgalarının bazıları ile ses dalgaları.
Titreşim doğrultuları yayılma doğrultularına aynı anda hem dik hem de paralel olan dalgalardır.
Örnekleri: deprem dalgalarının bir bölümü ve su dalgaları.
Denizdeki bir şamandıra sadece yukarı-aşağı gitmez; küçük bir daire çizer. Hem düşey hem yatay bileşen olduğu için su dalgası bu üçüncü gruba girer.
Aşağıdaki canlandırmada aynı yay iki farklı biçimde sallanıyor. Turuncu noktaları izle: enine dalgada yukarı-aşağı, boyuna dalgada sağa-sola gidiyorlar. İkisinde de dalga sağa doğru ilerliyor.
Bir dalga ya mekanik ya elektromanyetiktir — ve aynı anda ya enine, ya boyuna, ya da her ikisidir. Bunlar birbirinin alternatifi değil, iki ayrı sorunun cevabıdır.
Ses dalgası: mekanik + boyuna. Işık: elektromanyetik + enine. Su dalgası: mekanik + hem enine hem boyuna. Deprem dalgası: mekanik, ve hem enine hem boyuna yayılabilir.
“Dalgalar, taşıdığı enerjiye göre enine ve boyuna dalgalar olarak sınıflandırılır” cümlesi yanlıştır: enine/boyuna ayrımı taşıdığı enerjiye göre değil, titreşim doğrultusuna göredir. Sınavda bu cümle çok sık sorulur.
Aşağıdaki tabloda her dalga iki ölçüte göre birden işaretli. Arama kutusuna bir dalga adı ya da bir özellik yaz, listeyi daralt.
Tıbbi görüntüleme amacıyla yapılan taramalarda uzun süre x ışınlarına maruz kalan bir hastanın hücreleri zarar görebilir ancak kişinin uzun süre güneş ışığına maruz kalması hücrelerine aynı düzeyde zarar vermez. Bu durum x ışınlarının hangi fiziksel özelliklerinin görünür ışığa göre daha yüksek olmasından kaynaklanır?
Çözüm: X ışınlarının zararlı etkileri, görünür bölge ışınlarına göre daha yüksek frekansa sahip olmasından kaynaklanır. X ışınları, yüksek enerjileri nedeniyle hücrelerdeki atomları iyonlaştırabilir ve bu durum DNA hasarı, hücre ölümü gibi olumsuz etkilere yol açabilir. Görünür ışık ise daha düşük enerjiye ve daha uzun dalga boyuna sahip olduğundan hücrelerde iyonlaştırıcı etki oluşturmaz ve genellikle onlara zarar vermez.
Aşağıdaki olaylarda oluşan dalgaların türü ve titreşim doğrultusu nedir?
Derya: “Uzaydaki yıldızlardan yayılan ışıkların dünyaya ulaşması zaman aldığı için
yıldızların geçmişteki hâllerini görebiliriz.”
Arda: “Havası boşaltılmış bir balon içinde telefondan çıkan ses duyulmaz ancak
telefonun ekranındaki ışık yanar.”
Çözüm: Derya’nın örneği, ışığın boşlukta yayılabildiğini gösteriyor — yıldız ile Dünya arasında maddesel ortam yok. Arda’nın örneği aynı şeyi iki dalgayı yan yana koyarak gösteriyor: hava boşaltılınca ses (mekanik) yayılamıyor, ışık (elektromanyetik) yayılmaya devam ediyor. Aradaki temel fark maddesel ortama ihtiyaç duyup duymamalarıdır.
Rastgele bir dalga ya da olay gelir; doğru sınıfı seçersin. Yanlışta gerekçe hemen görünür.
Telefonun kulaklığına radyo dalgasıyla (elektromanyetik) bağlanır, kulaklık da sana ses dalgasıyla (mekanik) müzik verir. Aynı şarkı iki farklı dalga türünü sırayla kullanır. Kulaklığı çıkarınca ses biter; ama kulaklık hâlâ bağlıdır — çünkü bağlantı havaya ihtiyaç duymuyor.
Kara yolu trafiğinde seyir hâlindeki araçların süratini ölçen radarlarda mikrodalgalar kullanılmaktadır. Servis otobüsünün geçtiği yoldaki radar kutusu, gözle görülmeyen bir elektromanyetik dalga gönderip geri dönenini ölçer. Hız sınırını aşan aracı bu yüzden hiçbir sürücü “göremeden” yakalar.
Kızılötesi ışınlar; termal kameralarda, temas etmeden sıcaklık ölçümü yapabilen termometrelerde, gece görüş kameralarında kullanılır. 2020’de dünyayı etkisi altına alan COVID vakalarının tespiti için havalimanı, alışveriş merkezi gibi kapalı mekânlarda vücut sıcaklıklarının uzaktan ölçülmesi amacıyla bu cihazlardan yararlanılmıştır.
Alışveriş merkezi, havaalanı gibi yerlerde çanta ve valizlerin kontrolünü sağlayan x-ray cihazlarında x ışınlarından yararlanılmaktadır. Konsere ya da maça girerken çantanı koyduğun bant, içeriyi açmadan gösterir; çünkü x ışını çantanın kumaşından geçer, metalden geçemez.
Morötesi ışınlar; diş dolgusu yapımı, su arıtma sistemleri, bazı cilt hastalıklarının tedavisi gibi alanlarda kullanılır. Dolgu yaptırırken dişçinin dişine tuttuğu mavi ışık budur: dolguyu saniyeler içinde sertleştirir. Aynı ışınlar bakterileri öldürme ve cisimleri dezenfekte etme özelliğine sahip olduğu için hastane, okul, otel gibi halka açık alanlarda da kullanılır.
Maçta bileğini burktuysan hastanede çekilen film, x ışınlarıyla alınır: tıpta teşhis ve tedavi amacıyla kullanılan röntgen ve bilgisayarlı tomografi cihazları, x ışınları sayesinde görüntüleme imkânı sunar. Teknisyenin odadan çıkması boşuna değil — x ışınları yüksek enerjilidir.
Stadyumda tezahürat ses dalgasıdır: mekanik ve boyuna. Kapalı tribünde ses daha gür duyulur, çünkü yansıyıp geri gelir. Aynı olaydan yararlanan Mimar Sinan, Selimiye’de kubbeyi sesi dağıtacak biçimde tasarlamıştır.
Fiber optik sistemlerde verilere daha hızlı ve kolay bir şekilde ulaşmak amacıyla kızılötesi ışınlarından yararlanılmaktadır. Evdeki modeme gelen ince cam kablonun içinde giden şey elektrik değil ışık; modem sonra bunu mikrodalgaya çevirip odaya yayar.
Radyo teleskoplarının antenleri gökten gelen radyo dalgalarını yakalayıp ses veya veri sinyallerine çevirir. Gözünle gördüğün yıldızlar yalnızca görünür bölgeyi gösterir; teleskoplar spektrumun geri kalanını okuyabildiği için evrenin gözle görünmeyen kısmını da haritalar. Gama ışınları, gezegenlerin atmosferlerindeki elementlerin varlığının ve oranlarının ortaya koyulmasında kullanılır.
Mekanik ve elektromanyetik dalgalar, elektromanyetik spektrum ve enine-boyuna dalga ayrımı üzerine test
Dalgalar, taşıdığı enerjiye ve titreşim doğrultularına göre iki şekilde sınıflandırılır.
Taşıdığı enerjiye göre: mekanik · elektromanyetik
Titreşim doğrultusuna göre: enine · boyuna · hem enine hem boyuna
Bir dalga her iki listeden birer etiket alır; ikisi birbirinin alternatifi değildir.
Enerjiyi taşımak için katı, sıvı, gaz, plazma gibi maddesel bir ortama ihtiyaç duyan dalgalardır. Boşlukta ilerleyemez.
Örnek: ses, yay, su, deprem dalgaları.
Yüklü parçacıkların ivmeli hareketleri sonucunda oluşan ve hem boşlukta hem de maddesel bir ortamda ilerleyebilen dalgalardır.
Boşlukta yaklaşık 3 · 108 m/s ışık hızıyla yayılır. Hepsinin boşluktaki sürati aynıdır.
Düşük frekanstan yükseğe: radyo dalgaları → mikrodalgalar → kızılötesi → görünür bölge → morötesi → x ışınları → gama ışınları.
Spektrumda dalga boyu küçüldükçe enerji artar.
Görünür bölge: yaklaşık 380 nm – 700 nm. En kısa dalga boyu mor, en uzun dalga boyu kırmızı ışığı oluşturur.
Enine: titreşim doğrultusu ile ilerleme doğrultusu dik. Yay dalgaları, elektromanyetik dalgalar, deprem dalgaları.
Boyuna: titreşim doğrultusu ile ilerleme doğrultusu paralel. Ses dalgaları, yay ve deprem dalgalarının bazıları.
Hem enine hem boyuna: aynı anda hem dik hem paralel. Su dalgaları ve deprem dalgalarının bir bölümü.
Radyo: anten, radyo vericileri, radyo teleskopları. Düşük enerjili olduğundan
canlı hücreler üzerinde zararlı etkileri yoktur.
Mikrodalga: modem, GPS, uydu, uzaktan kumanda, mikrodalga fırın, trafik radarı.
Kızılötesi: termal kamera, temassız termometre, gece görüş, hızlı kurutma, fiber
optik.
Morötesi (UV): dezenfeksiyon, diş dolgusu, su arıtma, cilt tedavisi, solaryum.
X ışını: röntgen, tomografi, x-ray çanta kontrolü, kolon dayanıklılığı, kaynak
denetimi.
Gama: PET cihazı, radyoterapi, gezegen atmosferlerinin incelenmesi.
Yüksek enerjileri sebebiyle canlılar açısından hayati risk oluşturabilir.