DENEY NO:6

Transkript

DENEY NO:6

FİZİK LABORATUARI III DENEY KILAVUZU
1
DENEY NO: 1
DENEYİN ADI: DURAN DALGALAR
DENEYİN AMACI:
Bir ip üzerinde duran dalgaları ve rezonans koşullarını gözlemek, duran dalgaların dalga
boyunun hangi parametrelere bağlı olduğunu incelemek.
DENEY BİLGİSİ:
Duran dalga, bir ortamda hareket etmek yerine, sabit bir konumda kalan dalgalardır. Bu dalga,
bir dalganın yayılmasına izin vermeyen bir engelle sınırlanmış, herhangi bir ortamda oluşabilir.
Çünkü bir ortamda yayılan dalga böyle bir sınıra geldiğinde, geri yansır. Bunun sonucu olarak
ilerleyen bir dalga treni sabit bir sınıra çarptığında, yansıyan dalga, gelen dalga ile üst üste
binerek ( süper pozisyon ) ortamda bir duran dalga deseni oluşturur. Bir cisim üzerindeki enine
sinüs dalgaları ŞEKİL 1.1’ de çizilmiştir.
Genliği sıfır olan noktalar ( düğümler ) durgun olduklarından, toplam dalgaya duran dalga adı
verilir. Bir düğüm noktası her zaman durgundur. ŞEKİL 1.1’den görüleceği gibi, bir düğümün,
komşu bir düğümden uzaklığı dalga boyunun yarısına eşittir. Sicimin yalnız iki düğüm arasında
kalan bölümü titreşir. Bu bölgenin orta noktasına, yani uzanımın en büyük değerini aldığı
noktaya karın noktası denir.
İki ucundan tutturulmuş bir gitar telini göz önüne alalım. Bu telin titreşebileceği frekansı ne
belirler? Telin iki ucunun yer değiştirmesi söz konusu olmadığından, bu uçların duran dalga
deseninde düğüm noktaları olacağı açıktır. Bu sınır koşullarını sağlayabilecek en uzun dalga,
telin iki ucu arasında hiçbir düğüm noktası olmayan, yalnızca bir karın noktası olan dalgalardır.
Telin boyu L ise, bu duran dalganın dalga boyu λ1 = 2L dır. Bu sınır koşullarını sağlayan ikinci
en uzun dalga ise, bu uç arasında yalnız bir düğüm noktası bulunan duran dalgalardır. Bu
dalganın dalga boyu λ2 = 2L/2 = L dır. Bundan sonraki en uzun dalganın dalga boyu λ3 = 2L/3
dür. Bu biçimde düşüncemizi sürdürürsek, gitar telinde oluşabilecek bütün dalga boylarının
genel olarak,
λn = 2L/n ( n = 1, 2, 3,….)
( 1.1 )
bağıntısı ile verilebileceğini görürüz.
Herhangi bir dalganın frekansı, dalganın v hızını dalga boyuna bölerek elde edilir.
Buradan, uçları sabit bir sicimdeki enine duran dalgaların titreşim frekanslarının,
fn = v/λn = nv/2L
olabileceği sonucuna varırız.
H.Ü OFMA FİZİK ÖĞRETMENLİĞİ ANABİLİM DALI
( 1.2 )
2
ŞEKİL 1.1. Bir ipte duran dalgalar
Verilen bir durumun sınır koşulları, izinli titreşim frekanslarının saptanmasında çok
önemlidir. Örneğin, sicimin bir ucunun karın noktası olma olasılığı vardır. Bu durumda değişik
bir izinli frekanslar takımı elde edilir.
3
KULLANILAN ARAÇLAR:
Değişken frekanslı mekanik dalga sürücü ve dijital frekans üretici elastik ip, makara ve kütleler.
DENEYİN YAPILIŞI:
ŞEKİL 1.2 Deney Düzeneği
ŞEKİL 1.2’ de görülen deney düzeneğinde, sabit frekanslı bir titreştirici vardır. Bu
titreştirici, bir ucu sabit bir noktaya tutturularak gerilmiş naylon ipi titreştirir. İp bir makaradan
geçirilmiş ve öteki ucuna bir ağırlık asılmıştır. İpin gerginliği ve dolayısıyla dalganın hızı, ipin
ucuna asılan ağırlık değiştirilerek ayarlanır.
Titreştiriciyi çalıştırınız ve en az altı yarım dalga oluşan bir duran dalga deseni elde
edinceye kadar, ipin ucundaki ağırlıkları arttırınız. Tam sayıda yarım dalga bölgesinden oluşan
bir duran dalga deseninde, karın noktalarının genliği oldukça büyüktür. Dolayısı ile desen
kolayca gözlenebilir.
Düğüm noktalarının arasındaki uzaklığı ölçünüz ve ipi geren ağırlıkları tartınız. Bir
eksik yani beş yarım dalga bölgesi elde edinceye kadar ipi geren ağırlıkları arttırınız. Verilen
düğüm noktalarının arasındaki uzaklığı ölçünüz ve ağırlıkları tartınız. Bu işlemi üç yarım dalga
bölgesi elde edinceye kadar tekrarlayınız ve değerleri Çizelge 1.1 e kaydediniz.
4
İpi geren kuvvetlere karşı, ölçülen dalga boylarının karelerini bir grafik kâğıdına
işaretleyiniz ve bu noktalardan geçen doğruyu çiziniz. Kurama göre bir ipin üzerindeki enine
dalgaların hızı,
T.L
M
ν=
( 1.3 )
bağıntısı ile verilir. Burada T ipteki gerilme, L ipin boyu ve M’ de ipin kütlesidir. λn dalga
boyu, sabit f frekansına,
λn =
1
v
=
f
f
T.L
M
ya da
( 1. 4 )
μ =(M / L) boyca öz-kütle olmak üzere,
λ 2n =
1 TL
1
=
T
2
M
f
f 2
( 1.5 )
biçiminde bağlıdır. Burada μ =(M / L) ipin birim uzunluğunun kütlesidir. Deneyde μ’ nün
değeri verilecektir. Son denklemden görüleceği gibi, λn2 nin T’ ye bağlı olarak çizilecek
grafiğinin s eğimi 1 / μ f 2 dir ve f nin değeri de
f=
1
s
( 1.6 )
olur.
Verilerinizle en iyi uyumu sağlayacak doğruyu çiziniz. Doğrunun eğimini bulunuz. Denklem
( 1.6 ) yı kullanarak titreştiricinin frekansını bulunuz ve bulduğunuz değeri, üzerinde yazılı olan
frekansla karşılaştırınız.
5
Çizelge 1.1
Yarım dalga
bölgesi sayısı
Düğüm noktaları
arasındaki
uzaklık(m)
Dalga boyu
λ
(m)
λ2
(m2)
İpteki gerilme
T
(N)
6
DENEY NO: 2
DENEYİN ADI: PERİYOTLU DALGALAR
DENEYİN AMACI: Periyotlu bir dalganın dalga hızı, frekansı ve dalga boyu
arasındaki bağıntının incelenmesi. Su dalgalarında yansıma, kırılma, kırınım ve girişim
olaylarının gözlenmesi
DENEY BİLGİSİ:
Dalga hareketini incelemekteki asıl amacımız ışığın hareketlerinin açıklanmasıdır. Sarmal
yay dalgaları bazı optik olayları açıklamakta yardımcı olur. Ancak yansıma kanunları, kırılma
kanunları, düzlem ve parabolik aynada görüntü elde edilmesi ve beyaz ışığın renklerine
ayrılması gibi optik olaylar su dalgaları ile açıklanabilmektedir.
Su dalgalarının davranışlarını incelemek ve gözlemleri daha rahat yapabilmek için dalga
leğeni kullanılır. Dalga leğeni, içine su konulacak şekilde kenarları 5-6 cm yükseltilmiş, tabanı
cam olan ve dört ayak üzerine oturtulmuş bir laboratuar malzemesidir.
Dalga leğeni, 2-3 cm derinliğinde su ile doldurularak üzerinden bir ışık kaynağı ile
aydınlatıldığında su yüzeyinde oluşturulan dalgaların zemin üzerindeki iz düşümü, karanlık ve
aydınlık bölgeler oluşturur.
Doğrusal bir çubuğun veya noktasal bir cismin, durgun su içine batırılmasıyla dalga
tepesi, çıkarılmasıyla da dalga çukuru oluşturularak bir tam dalga üretilmiş olur. Doğrusal
çubuğun oluşturduğu dalgalara doğrusal su dalgaları, noktasal bir kaynağın oluşturduğu
dalgalara ise dairesel su dalgaları denir. O halde dalga kaynağının şekline göre dalgalar
oluşturulabilmektedir. Doğrusal dalgaların hareket yönü, bu dalgalara dik olan doğrultulardır.
Dairesel dalgaların hareket yönü ise, uzantıları kaynaktan geçen doğrultular üzerindedir.
λ
ŞEKİL 2.1 Doğrusal ve Dairesel Dalgalar
7
Periyodik dalga ve dalga hızı:
Değişik ortamdaki dalgalar, farklı hızlarla yayılırlar. Bu hızı ölçmek için birkaç yol vardır.
Bunlardan birisi, doğrusal bir atma oluşturup, bu atmanın belirli bir l yolunu alması için geçen
t zamanını bir kronometre ile ölçmektir. Bu şekilde, dalganın v hızı, alınan l yolunun geçen t
zamanına oranına eşittir.
v=l/t
( 2.1 )
Diğer bir yol ise, birbirini izleyen iki atma oluşturmak ve ikinci atma oluşturulduğu
zaman ilk atmanın almış olduğu l yolunun ölçmektir. Böylece oluşturulan iki atma arasındaki l
yolu sabit kalır. Bu uzaklığı cetvel ile ölçersek, dalganın hızını yine eşitlik ( 2.1 )’ den bulmuş
oluruz. Böylece dalga leğenindeki su dalgalarının hızını ölçmüş oluruz. Bir diğer yöntem ise,
eşit zaman aralıklarında birbiri ardınca dalgalar oluşturmaktır. Bunu yaparken, dalga kaynağının
hareketi her T zaman aralığında bir kez tekrarlanır. Böyle bir harekete periyodik bir hareket ve
T zaman aralığına da periyot denir. Bu periyodik hareketi tanımlamanın diğer bir yolu, birim
zamanda hareketin kaç kez tekrar edildiğini yani birim zamanda tekrarlama frekansını
vermektir. Örneğin hareket her 1 / 10 saniyede bir tekrarlanıyorsa frekans saniyede 10’ dur. Bu
da bildiğimiz f = 1 / T bağıntısıdır. Dalga kaynağından çıkan atmalar ele aldığımız noktaya
doğru ilerler ve kaynaktan çıktıkları frekansla bu noktadan geçerler. Kaynaktan saniyede 10
atma çıkıyorsa, bu noktadan da saniyede 10 atma geçer. Dalgalar ilerlerken herhangi iki ardışık
atma arasındaki uzaklık aynıdır ve bu uzaklığa λ dalga boyu denir.
Periyodik bir dalganın hızını, bir çift atmanın hızını bulmak için kullandığımız yola benzer bir
yoldan bulabiliriz. Atmaların birbirinden bir λ uzaklığında olduğunu ve her atmanın bu uzaklığı
bir T zamanında aldığını biliyoruz. Buna göre, yayılma hızı:
v= λ / T dir.
f=1/T
( 2.2 )
bağıntısını kullanırsak;
v= f . λ
( 2.3 )
eşitliğini buluruz.
Dalgaların yayılma hızının ölçülmesinde stroboskop kullanılır. Basit bir laboratuar
malzemesi olan stroboskop üzerinde belirli sayıda yarıklar vardır. Merkezi etrafında döndürülen
stroboskobun yarıklarından, dalga leğeninde üretilen periyodik su dalgaları izlenir.
Stroboskobun üzerinden dalga görüntülerine baktığımızda, göz hizasında bir yarığın yerini
bir sonrakinin alma süresi, ardışık iki dalganın hareket süresine eşit veya bunun katları olduğu
durumda, dalgalar duruyormuş gibi gözlenir. Dalgaların duruyormuş gibi görüldüğü bu anda
stroboskobun döndürülme hızı sabit tutulur. Bu durumda stroboskoptaki bir yarığın yerini diğer
bir yarığın alma süresi, dalga periyoduna eşit yada tam katları olur. Dalgaları duruyormuş gibi
gördüğümüz durumda dalga görüntülerinin bulunduğu zemin üzerinde bir cetvel yardımı ile
dalga boyunu ölçmek oldukça kolaydır. Frekans ise şu şekilde hesaplanabilir.
Örneğin, stroboskop diskimizin 12 aralığı varsa ve 10 dönmeyi 9.90 saniyede yapmışsa
frekans
f = 10 .12 / 9.90 = 12 . 12 s-1 dir.
8
Su dalgalarının yansıması :
Dalga leğeninde ilerleyen bir atmanın önüne engel konulduğunda, atmanın her noktası,
engelde yansıyarak yoluna devam eder. Engele ilk gelen nokta önce yansıyıp yoluna devam
ederken sonra gelen nokta en son yansıyarak yoluna devam eder. Gelen atmanın doğrultusunun
engel ile yaptığı açıya gelme açısı, yansıyan atmanın doğrultusunun engel ile yaptığı açıya da
yansıma açısı denir. Gelme açısı olarak, gelen atmanın hareket doğrultusunun engelin normali
ile yaptığı açı ve yansıma açısı olarak da, yansıyan atmaların hareket doğrultusunun engelin
normali ile yaptığı açı alınabilir. Yapılan deneyler gelme açısının yansıma açısına eşit olduğunu
göstermiştir. Yani su dalgaları bir engelden yansırken, ışığın düzlem aynada yansımasında
olduğu gibi yansıma kuralına uyarak yansımaktadır.
Bu deneyde sırayla, doğrusal ve dairesel su dalgalarının, düzlem ve parabolik engellerden
yansımaları gözlenecektir.
ŞEKİL 2.2 Doğrusal dalganın düzlem ve dairesel engelden yansıması
9
Su dalgalarında kırılma:
Işığın farklı saydam ortamlarda farklı hızlarda yayıldığını biliyoruz. Işık, bir saydam
ortamdan diğerine geçerken doğrultusu da değişir. Optikte ışığın kırılması olarak tanımlanan bu
olay su dalgalarında da gözlenmiştir.
Dalga leğeninde farklı derinlikte ortamlar elde edildiğinde dalga hızı değişir. Derin
ortamdan sığ ortama gönderilen dalgaların her noktası, derin ve sığ ortamın ara kesitinde yeni
bir hız kazanacağından kırılarak yoluna devam eder.
Yayılma hızının suyun derinliğine bağlı olduğunu bulmak için, dalga leğeninin tabanına
kalın bir cam levha koyup, derinlikleri farklı iki ortam oluşturalım ve bu ortamların ayrılma
çizgisi, dalgaların tepe çizgilerine paralel olsun. (Ayırıcı yüzeye paralel gelen doğrusal dalgalar,
hareket doğrultularını değiştirmeden yani kırılmadan diğer ortama geçer. ) Daha sonra dalgalara
bir stroboskopla bakalım. Stroboskobu uygun frekansta döndürerek, her iki bölgedeki dalgaları
duruyormuş gibi görebiliriz. Her iki bölgedeki dalgaların frekansları eşittir ve bu frekans suyun
derinliğine bağlı değildir. ( ŞEKİL 2.3 )
Dalga boyu hangi ortamda daha kısadır? Yorumlayınız.
ŞEKİL 2.3 Dalgaların derin sudan sığ suya geçmesi.
Dalga leğeninde derin ortam ile sığ ortamın ayırıcı yüzeyine herhangi bir açı ile gelen atmalar
doğrultu değiştirir. Bu olay, ışığın bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama herhangi bir
açı ile gelerek kırılmasına benzemektedir. ( ŞEKİL 2.4 )
ŞEKİL 2.4 Dalga leğeninde sığ ve derin bölgelerin sınırında dalgaların kırılması.
10
Parabolik şekilli sığ ortamlarda kırılma:
Dalga leğeninin tabanına ince ve kalın kenarlı mercek şeklinde cam levhalar yerleştirildiğinde,
bu levhaların olduğu bölge sığ, etrafı derin olur. Dalgaların sığ ortamda derin ortamdakine göre
daha yavaş ilerlediklerini biliyoruz. İnce kenarlı mercek şeklindeki cam levhanın bulunduğu sığ
ortama doğrusal dalgalar gönderdiğimizde, bu dalgaların orta kısmı sığ bölgede daha uzun süre
yol aldığı için geride kalacaktır. Böylece sığ bölgeyi geçen atmalar daireselleşerek odaklanacak
ve buradan dağılacaklardır. Bu olay, ince kenarlı merceğe asal eksene paralel olarak gelen
ışınların merceği geçtikten sonra odaklanmasına benzer. ( ŞEKİL 2.5 )
ŞEKİL 2.5
Doğrusal dalgaları kalın kenarlı mercek şeklindeki cam levhanın bulunduğu sığ ortama
gönderdiğimizde, atmaların kenarları sığ bölgede daha uzun süre kaldığından geride kalır ve
orta kısım ileri gider. Böylece atmalar, geldiği taraftaki bir noktasal kaynaktan üretiliyormuş
gibi diğer bölgede dairesel atmalar şeklinde ilerler. Bu olay, kalın kenarlı merceğe, asal
eksene paralel olarak gelen ışınların, merceği geçtikten sonra, ışığın geldiği taraftaki bir
noktadan geliyormuş gibi dağılmasına benzer. (ŞEKİL 2.6 )
ŞEKİL 2.6
11
Su dalgalarında kırınım:
Tanecik modeli ışığın doğrusal yollar boyunca yayıldığını ve keskin gölgeler
oluşturduğunu öngörüyordu. Dalga modeli de ışığın bu özelliklerini açıklamak için; dalga
leğeninde dalgalar ile deney yapmaktır. Böyle bir deney için, dalga leğeninde aralarında az bir
açıklık bulunan iki engele periyodik doğrusal dalgalar gönderelim. Engeller arasındaki dar
yarıktan geçen atmaların diğer tarafta alacakları şekil, dalgaların dalga boyu ( λ) ile engeller
arası genişliğe ( w ) bağlı olarak değişir. Engeller arası genişliğe göre dalga boyu çok küçük
olan doğrusal dalgalar ( λ ‹‹ w ), aralıktan geçtikten sonra doğrultu değiştirmeden ilerler.
Engeller arkasında ise dalga gözlenmez. Bu olay, ışık kaynağının önüne saydam olmayan bir
cismin konulması durumunda engel arkasında ışığın görülmemesi yani gölge oluşmasına
benzemektedir. ( ŞEKİL 2.7 )
ŞEKİL 2.7
Doğrusal dalgaların dalga boyu ( λ), engeller arası genişliğe ( w ) eşit ve büyük ( λ≥ w)
olduğu durumlarda, doğrusal dalgalar engel arkasında sağa ve sola bükülerek daireselleşir. Bu
olaya su dalgalarında kırınım denir.
12
Su dalgalarında girişim:
Durgun su yüzeyinde herhangi bir sarsıntı ile meydana gelen dalgalar, tepe ve
çukurlardan oluşur. Aynı kaynaktan periyodik olarak oluşan su dalgaları ilerlerken, dalga
tepeleri ve çukurları birbirini takip ederek yayılır. İki farklı kaynağın ürettiği dalgaları
düşünelim. Bu durumda farklı kaynaklardan gelen dalga tepeleri ile dalga çukurlarının
birbirini bazı noktalarda kuvvetlendirdiği ve bazı noktalarda da zayıflattığı gözlenecektir. Bu
şekilde, farklı kaynaklardan yayılan dalgaların birbirini kuvvetlendirme veya zayıflatması
olayına girişim denir.
Dalga leğeninde girişim elde etmek için noktasal iki kaynak kullanılır. Noktasal iki
kaynak, aynı anda suya batıp çımalı ve eşit periyotlu olmalıdır. Dalga tepesi veya dalga
çukuru üretirken aralarında gecikme olmayan bu şekilde iki dalga kaynağına aynı fazda ve
özdeş kaynaklar denir. Bu iki kaynağın oluşturduğu dalgalar üst üste binince ne olur? Bileşke
dalganın şeklini üst üste binme ilkesini kullanarak, önceden kestirebiliriz. İki dalga tepesinin
üst üste bindiği yerde bir “ çift tepe’’ oluşacaktır. Böyle çift tepeler dalga leğeninin altındaki
perdede parlak bölgeler meydana getirecektir. ŞEKİL 2.8’ da bu bölgeler beyaz ile
gösterilmiştir.
ŞEKİL 2.8
ŞEKİL 2.9 Girişim deseni. Açık bölgeler tepelerin, tepelerle karşılaştığı yerleri gösterir,
zikzaklı bölgeler tepenin çukurla üst üste bindiği hareketsiz duran su bölgeleridir; çukurların
üst üste bindiği yerler karanlık bırakılmıştır.
13
Bir kaynağın oluşturduğu bir tepe ile öteki kaynağın bir çukurunun karşılaştığı nokta ise
hemen hemen hiç hareket etmeyecek ve perde üzerinde bu noktalar daha az parlak
görünecektir. (ŞEKİL 2.9 b ) , ( ŞEKİL 2.9 a )’ da ki dalgaların üst üste binmesi ile girişim
deseninin elde edilmesinden oluşmuştur.
ŞEKİL 2.10 Noktasal iki dalga kaynağı ile elde edilen girişim deseninde, çift tepe ve çift
çukur noktalarından oluşan karın çizgileri ile düğüm noktalarından oluşan düğüm çizgilerinin
şematik görünümü ( üstte ) ve fotoğrafı ( altta )
( ŞEKİL 2.10 )’u incelediğimizde, düğüm çizgilerinin kaynakların yakınında hafifçe eğri
olmasına rağmen, hemen sonra düzleştiğini görürüz. Ayrıca dalga boyu arttıkça, düğüm
çizgileri sayısı azalmaktadır. Dalgaların görünüşü S1S2 çizgisinin orta dikmesine ( merkez
doğrusu ) göre simetriktir. Dalga kaynakları birbirinin aynı olduğu için bu simetri doğaldır ve
bundan dolayı düğüm çizgilerinin sadece yarısını, örneğin sağdakileri saymamız yetecektir.
Böylece merkez doğrusunun sağına düşen ilk düğüm çizgisine birinci, bundan sonrakine
ikinci, düğüm çizgisi diyeceğiz. Düğüm çizgilerinin herhangi birine ise n. düğüm çizgisi
diyeceğiz.
14
Birinci düğüm çizgisi üzerinde bir P noktası alıp, PS1 ve PS2 doğru parçalarını çizerek
bu noktaları kaynaklarla birleştirelim.
PS1 = 3 λ ve PS2 = 2 ½ λ
böylece yol farkı;
PS1 − PS2 = ½ λ olur.
( 2.4 )
n. düğüm çizgisi için ;
PS1 ― PS2 = ( n ―½ ) λ
( 2.5 )
Eşitliği ile gösterilebileceği sonucuna varırız. Bu eşitliğe göre yarıçapı r ve merkezi S2 olan
dairelerle, yarıçapı r + ( n − ½ ) λ ve merkezi S1 olan dairelerin kesiştikleri noktaları bularak
düğüm çizgilerini oluşturabiliriz. Burada r, düğüm çizgisi üzerindeki her nokta için farklı
değerdedir, n ise herhangi bir düğüm çizgisi boyunca sabittir.
Dalga boyları, kaynaklar arası uzaklık ve açılar:
Bir dalga leğeninde, bir düğüm çizgisi üzerindeki herhangi bir noktaya olan uzaklıkları
ölçer ve ( 2.5 ) bağıntısından dalga boyunu hesaplayabiliriz. Ölçümleri S1 ve S2 ‘ den çok
uzakta bulunan bir P noktası ile yapmak uygun olur. P noktası, n. düğüm çizgisi üzerinde, S1
ve S2 kaynaklarından o kadar uzakta bulunsun ki, CP ve S1P doğruları birbirine paralel ve AS2
doğrusuna dik kabul edilebilsin. Merkez doğrusu d’ ye dik olduğundan, θn’ = θn olduğu
görülür ( ŞEKİL 2.11 ). Fakat şekilden sinθn’ = Xn / L bulunur; burada L, PC uzaklığı Xn, ise
P ‘ den merkez doğrusuna olan uzaklıktır. Bu nedenle
( n ―½ ) λ ⁄ d = sinθ = sinθ’ = Xn ⁄ L
λ = d ( X ⁄ L ) ⁄ ( n − ½ ) bulunur.
( 2.6 )
( 2.7 )
Biz deneyimizde aynı fazda çalışan iki noktasal kaynakla çalışıyoruz. Eğer iki noktasal
kaynak arasında faz farkı olsaydı yazılan eşitlikler nasıl değişirdi? Dalga üreten iki kaynak
birbirine göre gecikiyorsa, bu olay iki kaynak arasındaki faz farkı ile anlatılabilir. Faz farkı,
sayısal bir değer olup kaynaklar arası gecikmeyi ifade eder. Kaynaklar arasındaki faz farkı,
periyot ( T ) veya dalga boyu ( λ) cinsinden ifade edilir. Kaynaklardan biri diğerine göre bir t
süresi kadar sonra çalışmaya başlamış ise bu durumda faz farkı ( p ),
p = t ⁄ T eşitliği ile tanımlanır.
( 2.8 )
15
ŞEKİL 2.11
Dalga leğeni, güç kaynağı, lamba, kronometre, stroboskop, cetvel, doğrusal dalga kaynağı,
dairesel dalga kaynağı, düzlem engel, parabolik engel, ince ve kalın kenarlı mercek şeklindeki
cam levhalar, tahta bloklar.
ŞEKİL 2.12
16
DENEYİN YAPILIŞI:
GÖZLEMLER:
Doğrusal dalgalar yayan dalga üreticisini ( ŞEKİL 2.12 )’ de görüldüğü gibi kurunuz.
Dalga üreticisi ile çeşitli frekansta dalgaların nasıl meydana getirileceğini deneyerek
öğreniniz. ( Elinizde biri doğrusal diğeri dairesel dalgalar üreten iki dalga kaynağınız olacak.
Öncelikle doğrusal dalgalar üreten dalga kaynağını güç kaynağına bağlayınız .) Elde ettiğiniz
doğrusal dalgaların önüne sırasıyla düzlem engeli, parabolik engelin çukur ve tümsek
yüzeyini, ıraksak ve yakınsak mercek şeklindeki cam levhaları, kırınım olayını gözleyebilmek
için iki tahta bloğu yerleştiriniz. Gözlemlerinizi bir kâğıda çiziniz. Kırınım olayını
gözlemlerken yarık genişliğinin dalga desenine nasıl etki ettiğini inceleyiniz. Elde ettiğiniz
sonuçları optikte ışığın bu koşullar karşısında gösterdiği özellikler ile karşılaştırınız. ( Işığın
düzlem aynada yansıması, çukur ve tümsek aynada yansıması, ince ve kalın kenarlı mercekte
kırılması……. )
ŞEKİL 2.13
Dalgaların kırılmasını incelerken, ( ŞEKİL 2.13 ) deki düzenekleri de kullanabilirsiniz.
Derin suda doğru şeklinde dalgalar meydana getiren kaynağı iki ortamı ayıran arakesite
paralel tuttuğumuzda, derin sudan sığ suya geçen doğrusal dalgaların ne şekilde hareket
ettiklerini kestirebilir misiniz? İnceleyiniz.
Cam levhayı öyle döndürünüz ki, gelen dalgalar arakesite paralel olmasın. Kırılmış
dalgalar doğru şeklinde midir? Gözlemleyiniz! Kırılma açısını gelme açısı ile karşılaştırınca
ne görürsünüz? İki ortamın da dalga uzunluklarını karşılaştırınca ne görüyorsunuz? Gözlem
sonuçlarını bir kâğıda çizerek, yorumlayınız.
17
ÖLÇÜMLER:
Doğrusal dalga kaynağı ile üretilen su dalgalarının izdüşüm dalga boyu ve gerçek dalga
boyunu hesaplayınız. Bunu hesaplayabilmek için yapmanız gerekenler sırasıyla aşağıda
verilmiştir.





Dalga kaynağını küçük frekans için ayarlayınız.
Daha rahat hesaplama yapabilmek için dalga leğeninin altına ( masanın üzerine ) boş
bir kâğıt yerleştiriniz.
Stboboskopla, dalga leğeni içinde ilerlemekte olan dalgaların, kâğıt üzerindeki
izdüşüm görüntülerine bakınız. Dalgaları “duruyor “ gibi gördüğünüz çevirme hızını
bulana dek stroboskobu ekseni etrafında döndürünüz. Siz stroboskopla dalgaları
“duruyor” görürken, deney arkadaşınız iki kuşun kalemi dalga leğeninin altındaki
kağıt üzerine, dalgalara paralel ve birbirinden birkaç dalga boyu aralıkla yerleştirsin.
( Bu işlem sırasında sizin stroboskopu döndürme hızınız sabit olmalı. )
Siz stroboskobu sabit hızla döndürürken aynı anda kağıt üzerindeki kalemler arasında
kaç dalga boyu olduğunu sayınız, arkadaşınız da stroboskobun 10 dönmesinin kaç
saniyede oluğunu kronometre tutarak belirlesin ( t ). Bu işlemi birkaç kez tekrarlayıp
en az 3 tane ( t ) süresi belirleyip, ortalama alınız.
Buradan
f = stroboskobun dönme sayısı . stroboskobun aralığı ⁄ dönme için geçen sürenin
ortalaması





bağıntısını kullanarak frekansı hesaplayınız.
İzdüşüm dalga boyunu bulmak için de iki kalem arasını cetvel ile ölçüp, bu uzaklığı
iki kalem arasında saydığınız dalga boyu sayısına bölünüz.
Gerçek dalga boyunu hesaplayabilmek için ise geometrik özelliklerden yararlanmanız
gerekmektedir. ( Bakınız ŞEKİL 2.9 ) Lamba ile dalga leğeni ve dalga leğeni ile masa
arasındaki uzaklıkları cetvel ile ölçünüz. Üçgen benzerliğinden yararlanarak gerçek
dalga boyunu hesaplayınız.
Hesaplanan izdüşüm ve gerçek dalga boyu değerlerini ve frekansı kullanarak, izdüşüm
ve gerçek dalga hızı değerlerini de hesaplayınız.
Girişim olayını gözlemlemek ve girişim dalga boyunu hesaplamak için güç kaynağına
birbirinden 5 cm uzaklıkta olan iki noktasal kaynağı bağlayınız.
Kâğıt üzerinde izdüşümü görülen girişim desenini inceleyiniz. ( ŞEKİL 2.11 )’ den
yararlanarak X, L ve d uzaklıklarını ölçerek dalgaların dalga boyunu hesaplayınız.
18
DENEY NO: 3
DENEYİN ADI: KATI CİSİMLERDE SES HIZININ BELİRLENMESİ
DENEYİN AMACI:
Ses dalgası, sesin yayılma hızının ortama bağımlılığının incelenmesi, ses dalgasının
dalga boyu hakkında bilgi edinmek.
DENEY BİLGİSİ:
Ses dalgaları, katı, sıvı ve gaz halindeki maddesel ortamlarda ortamın özelliklerine bağlı
olan bir hızla yayılabilen boyuna dalgalardır. Ses, nesnelerin titreşiminden meydana gelen ve
uygun bir ortam içerisinde ( hava, su, vb. ) bir yerden başka bir yere, sıkışma ( compressions )
ve genleşmeler ( rarefactions ) şeklinde ilerleyen bir dalgadır. Dolayısıyla ses, bir basınç
dalgasıdır. ( ŞEKİL 3.1 )
ŞEKİL 3.1
19
Ses, sıvı ve katı ortamlarda havadan daha hızlı ve daha az enerji kaybederek yayılır. Ses
dalgası bir ortamda yayılırken, ortamın parçacıkları dalganın hareket doğrultusu boyunca
yoğunluk ve hacim değişiklikleri üreterek titreşirler. Ses dalgaları şeklinde ortaya çıkan yer
değiştirmeler, denge konumundan itibaren her bir molekülün boyuna yer değiştirmesini
gerektirir. Bu durumda, sıkışma ve genişleme şeklinde yüksek basınç ve alçak basınç
bölgeleri oluşturur.
Genel olarak mekanik dalga hızı, aşağıdaki gibi verilir.
v=
geri çağırıcı kuvvet eylemsizlik çarpanı
veya
v=
esneklik özelliği
eylemsizlik özelliği
( 3.1 )
Sıkışma halinde geri çağırıcı kuvvet ortamın esneklik modülüne, eylemsizlik çarpanı ise
ortamın yoğunluğuna bağlıdır. Katı bir çubukta bu eşitlik,
v=
Y ( Young modülü ) p
( 3.2 )
Bütün ses ve elektromanyetik dalgalar v = λ f eşitliğine uygun olarak yayılırlar.
Burada;
v: Dalganın ortamdaki yayılım hızı ( m ⁄ s )
f : Frekans ( Hz )
λ: Dalga boyu ( m ) dir.
Aynı denklem; dalganın periyodu, T ( s ) cinsinden v = λ ⁄ T olarak da yazılabilir.
Ses dalgalarının yayılma hızını; ortamın cinsi, yoğunluğu, ısısı ve diğer bazı faktörler
belirler. Ortam ne kadar yoğun ise yayılma hızı o kadar artar. Sesin havadaki yayılma hızı 332
m ⁄ s dir. Ses, sıcak havada soğuk havaya nazaran daha hızlı hareket eder. Sıcaklıktaki bir
derece artışa karşın 0,6 m ⁄ s lik bir hız artışı görülür. 20˚C de ses, havada 344 m ⁄ s hızla
hareket eder. Bazı ortamlarda sesin yayılma hızı aşağıda verilmiştir.
Çeşitli Ortamlarda ( 0 ˚ C de ) Sesin Yayılma Hızı ( m ⁄ s )
Hava
Su
Tahta
Demir
Taş
332
1454
3828
5103
5971
20
Ses dalgasının uyduğu bir dalga denklemi var mıdır?
ŞEKİL 3.2
Sesin dalga boyu: Bir periyotluk süre içinde ses dalgasının kat ettiği yoldur. ( ŞEKİL 3.2 )
Frekans: Bir dalganın frekansı, dalganın hava veya başka bir ortamın içinden geçerken
ortamdaki partiküllerin ne sıklıkla titreştiğine bağlıdır. Saniyedeki titreşim sayısı özel olarak
Hertz birimi ile ifade edilir. ( 1 Hertz = 1 döngü ⁄ saniye ) Yüksek frekans değerleri için Hertz
‘ in bin katı olan ‘ kilohertz ‘ ( kHz ) birimi kullanılır. İnsan kulağının duyabildiği sesler 20 ile
20000 Hz ( 20 kHz ) arasında frekansa sahip olabilir. Eğer bir frekans 20 Hz ‘ nin altında ise
bu tür titreşimlere ‘ ses altı ‘ titreşimler, frekans 20 kHz ‘ in üzerinde ise bunlara da ‘ses üstü ‘
titreşimler denilmektedir.
Sesin frekansı tek değere mi sahiptir?
Genlik ( amplitüd ) : Ses dalgalarını oluşturan sıkışma ve genleşmeler arasındaki fark,
dalgaların genliğini belirler.
Sesin Şiddeti ve Desibel Ölçeği: Şiddet, ses dalgalarının taşıdıkları enerjiye bağlı olarak
birim alana uyguladıkları kuvvettir. Birimi genellikle ‘ metrekare başına Watt ‘ ( W ⁄ m2 )
olarak ifade edilir. Sesin şiddeti, ses kaynağına olan uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
21
Desibel ( dB ): İnsan kulağı, çok düşük ve çok yüksek şiddette sesleri duyabilme yeteneğine
sahiptir. İnsan kulağının algılayabileceği en düşük ses şiddeti, ‘ eşik şiddet ‘ olarak bilinir.
Kulağa zarar vermeden işitilebilen en yüksek sesin şiddeti ise, eşik şiddetin yaklaşık 1 milyon
katı kadardır. İnsan kulağının şiddet algı aralığı bu kadar geniş olduğundan, şiddet ölçümü
için kullanılan ölçekte 10’ un katları, yani logaritmik olarak düzenlenmiştir. ( desibel ölçeği )
Ses dalgasında da yansıma, girişim gibi fiziksel olaylar gözlenir mi?
İncelediğiniz sistemde bunlardan hangisi geçerli veya değildir?
Alüminyum, bakır ve pirinç çubuk ( çubukların boylarını ölçünüz ), Rochelle tuz kristal
( piezo elektrik elemanı, ses dalgasını elektrik titreşimlerine dönüştürür ) CASSY sensör,
bilgisayar.
DENEYİN YAPILIŞI:
1. Katı cisimlerde ses hızının belirlenmesi
ŞEKİL 3.3 teki gibi deney düzeneği oluşturulur.
ŞEKİL 3.3
22
Çubuğun en üst noktasına bir çekiç yardımı ile puls oluşturmak amacı ile vurulur. Puls
çubuğun alt ucuna ulaşır. Bu puls yansıyarak iki uç arasında birçok kez hareket eder. Bu
pulslar birbirlerinden ∆t ( gidiş ve geliş süresi ) süresince ayrılır.
Pulsların kaydedilmesi, Cassy sensör ( bilgisayara ve tuz kristaline bağlantı yapılmalıdır ) ile
yapılır. Veriler, bilgisayarda yüklü olan Cassy Lab programına aktarılır.
Data alınışı:
o F 9 tuşuna basarak ölçümleri başlatınız ( program trigger sinyali bekler ).
o Küçük bir çekiçle metal çubuğun üstüne vurunuz. ( trigger sinyal oluşumu için )
o Deneyi diğer metal çubuklarla tekrar ediniz. Yanlış ölçümleri Delete Last
Measurement Series ile siliniz. ( Tablo da maus un sağ tuşu ile )
Zaman farkını, ∆t, pik merkezlerinin maksimumları veya minimumların merkezlerini düşey
çizgileri kullanarak bulabilirsiniz veya ölçümlerden direkt elde edebilirsiniz. Ses hızı
v = 2s ⁄ ∆t
( 3.3 )
olarak bulunur. Burada s: çubuk boyudur. ( Burada ki 2 rakamının anlamı nedir ? )
Literatür değerleri
Pirinç :
Bakır :
Alüminyum :
3500 m⁄s 3300 m⁄s
3900 m⁄s 3710 m⁄s
5000 m⁄s 5040 m⁄s
DENEYİ YAPMAYA GELMEDEN ÖNCE,
 Dalgalar hakkında temel bilgiler hatırlanmalı, Young modülü, piezoelektrik
kavramı araştırılmalıdır.
 Rapor yazımı sırasında kullanılması için verileri diskete alabilirsiniz.
23
DENEY NO: 4
DENEYİN ADI: VURU OLAYI
DENEYİN AMACI: Vuru olayı ve vuru frekansının belirlenmesi.
DENEY BİLGİSİ:
Bu deneye hazırlanmadan önce ses kavramıyla ilgili temel bilgiler için DENEY NO:3e ait
deney bilgisi kısmını mutlaka okumalısınız.
Girişimin göze çarpan bir örneği ses dalgalarında gözlenebilir. Şayet frekansları çok az farklı
olan iki ses kaynağı aynı anda uyarılırlarsa, işitilen ses şiddetçe artar ve azalır. Bir anda
yüksek şiddette bir ses işitiriz, sonra kısa bir an sessizlik olur ve bu böyle devam eder. Bu
davranışın esası ŞEKİL 4.1 de şematik olarak gösterilmektedir. İki kaynaktan çıkan ses
dalgaları yapıcı şekilde girişim yaptıkları ve böylece birbirlerinin etkilerini arttırdıkları
zaman, yüksek şiddette ses meydana gelir. Dalgalar bozucu bir şekilde üst üste geldiklerinde
ve böylece kısmen veya bütünüyle birbirlerinin etkilerini yok ettiklerinde zayıf şiddette ses
meydana gelir. Bu olaya vuru olayı ve bu düzgün atışlara da vurular adı verilir.
Vurular meydana geldiğinde işittiğimiz ses iki kaynağın frekanslarının ortalaması olan
frekansa sahiptir:
Bir saniye içindeki vuruların sayısına vuru frekansı adı verilir ve iki kaynağın frekansına
eşittir:
24
DENEYİN YAPILIŞI:
ŞEKİL 4.2’ deki düzeneği kurunuz.
ŞEKİL 4.2
1 ) Diyapozonların ( ses çatallarının ) aynı hizada olmasına özen gösteriniz.
2 ) Multi - purpose ( çok amaçlı ) mikrofonu her iki diyapozonun kutularının tam ortasına
gelecek şekilde yerleştirmeye özen gösteriniz. ( Neden? )
3 ) Multi – purpose mikrofonunun “ volume ” değerini en yükseğe getirin ve dalga
işaretini “ ~ “ yapınız.
4 ) Diyapozonların ikisine de sırayla ucu lastik çekiçle vurun ve her birisi için frekans
değerlerini okuyun. Deneyin ikinci kısmına başlarken siyah lastik bandı diyapozonlardan
birisine takınız. ( Neden? )
5 ) Siyah bant takılana ve diğer diyapozona ayrı ayrı vurarak her birisi için frekans
değerini kaydediniz.
6 ) Bu iki diyapozonun frekans değerleri ile vuru frekansını hesaplayınız.
7 ) Şimdi ise lastik bant olmayan diyapozona hemen sonra da diğerine vurularak ( ikinci
vuruş ilk vuruşa göre daha yavaş olmalı ) elde edilen grafiği yorumlayınız. Bu grafikten
vuru frekansı hesaplanıp ilk hesaplanan değer ile karşılaştırınız.
25
DENEY NO: 5
DENEYİN ADI: MİKRODALGA OPTİĞİ
DENEYİN AMACI:
Işığın mikrodalga bölgesindeki dalga özelliklerinin incelenmesi, absorpsiyonun
(soğurmanın) ölçülmesi, mikrodalgalarla duran dalga deseninin oluşturulması, yansımanın
incelenmesi ve dalga boyunun hesaplanması, Michelson Interferometresi düzeneği yardımıyla
dalga boyunun belirlenmesi.
DENEY BİLGİSİ
Bir elektromanyetik dalga, elektrik ve manyetik alanlardan oluşur. Burada dikkat edilmesi
gereken nokta elektrik ve manyetik alan bileşenlerinin birbirlerine ve yayılma doğrultusuna dik
olmasıdır. Bu durumda E x B vektörü bize daima yayılma doğrultusunu verecektir. Ayrıca
ilerleyen dalgada verilen herhangi bir nokta ve anda E = B şartı sağlanmalıdır.
Dalganın yayılma hızı v ise, elektrik ve manyetik alanın her bir bileşeni aşağıdaki
denklemi sağlar:
2 f =
1 2 f
v 2 t 2
Bu klasik dalga denklemi olup, v hızıyla ilerleyen bir dalganın hareketini belirler.
Maxwell denklemleriyle ifade edilen elektromanyetik dalga, bu dalga denklemini sağlamalıdır.
Boşlukta bu dalgaların hızı
c=v=
(v=1⁄
1
0 0
= 3.00 x 10 8 m ⁄ s
 diğer ortamlarda )
Elektromanyetik dalgalar, yüksek frekanstan düşük frekansa doğru sıralandığında
elektromanyetik spektrum elde edilir. ( ŞEKİL 5.1 )
ŞEKİL 5.1: Elektromanyetik spektrum
26
Dalga boyları 1 mm ile 1 m arasındaki elektromanyetik dalgalara mikrodalga denir.
Serbest bir molekülün iki dönme enerjisi düzeyi arasında bir geçiş olursa, yani molekül bir
dönme halinden başka bir dönme haline geçerse, bir enerji açığa çıkması veya enerji
soğurulması söz konusudur. Oluşan spektrum çizgilerinin dalga boyu ( radar gibi ) milimetre ve
santimetre düzeyinde olup bu dalga boyundaki spektruma mikrodalga spektrumu denir.
Mikrodalgalar her zaman atom veya molekül düzeyinde bir enerji salınması sonucu meydana
gelmezler. Bir iletken ( bu nasıl bir iletken olmalıdır? ) üzerinden şiddeti ve yönü zamana bağlı
olarak değişen bir elektrik akımı geçirilmesi ve böylece elektrik – manyetik alanın periyodik
olarak değişime uğraması sonucu oluşur. Bu sırada, periyodik bir kuvvet etkisinde kalan katı,
sıvı ve gaz ortamdaki moleküller, alan değişimlerine ve ortamın yapısına bağlı olarak belirli
yönelme hareketlerinde bulunurlar. Ortamın dielektrik sabiti ( ε) ve kırma indisi ( n )
moleküllerin alan içindeki yönelme dereceleri ile yakından ilgilidir. Kuramsal olarak dalga
boyunun büyük olması koşulu ile ε  n2 olduğu saptanmıştır.
Mikrodalga elde edilmesinde manyetron ve klystron lambalardan yararlanılır. ( Deneye
gelmeden önce bu lambalar hakkında bilgi edininiz ) Bu dalgalar özellikle katı cisimlerin
molekül yapılarının belirlenmesinde, radar ve radyo iletişiminde geniş kullanma alanı bulurlar.
Mikrodalga optiği birçok yönü ile ışığınkine benzer. Atmosfer katmanlarında ve kırma indisleri
farklı ortamların ana yüzlerinde aynen ışık gibi yansıma ve kırılmalar gösterir, belli bir noktaya
odaklanabilirler.
Mikrodalga spektrumlarının incelenmesinde genellikle soğurma yöntemleri kullanılır. Bir
mikrodalga vericisinden gönderilen dalgaların frekansı, ortamı oluşturan moleküllerin titreşim
veya dönme frekansına eşit olduğu taktirde soğurma en büyük değere ulaşır. Bunlardan
yararlanarak moleküllerin dönme titreşim spektrumları ile moleküllerin ince yapısı hakkında
önemli bilgiler elde edilir. Yine bu yolla atomlar arasındaki uzaklıklar ve etkileşme kuvvetleri
ile elektriksel ve manyetik momentleri, çekirdek spinlerini, süper iletkenlik davranışlarını
gözleme olanağı vardır.
Mikrodalgaların kullanım alanları nelerdir?
Mikrodalgalarda da su dalgalarında ve ışıkta gözlenen yansıma, soğurulma ve girişim gibi
fiziksel olaylar gözlenmektedir. Deneyimizde bu fiziksel olaylar inceleneceği için laboratuara
gelemeden önce bu olaylar hakkında bilgi edininiz.
Mikrodalga vericisi, mikrodalga alıcısı, soğurucu levha, tam yansıma açı değerini
bulmada kullanılan geniş yüzeyli ( metal ) yansıtıcı levha, duran dalga deney düzeneğinde
kullanılan dar yüzeyli ( metal ) yansıtıcı levha, Michelson interferometresi girişim ölçerinde
kullanılan yarı geçirgen cam levha, alıcı ve vericinin üzerine yerleştirileceği gonyometre
düzeneği ( Şekil 5.2 )
27
ŞEKİL 5.2 Mikrodalga deney düzeneği
DENEYİN YAPILIŞI:
Alıcı ve vericiyi gonyometre üzerine ŞEKİL 5.3’ de gösterildiği gibi yerleştiriniz. Vericiyi
açmadan önce alıcı üzerinde bulunan gain ve zero düğmeleri ile alıcının sıfır ayarını yapınız.
ŞEKİL 5.3 Mikrodalgaların soğurulması düzeneği
28
A ) Soğurulma olayını gözlemlemek için, gonyometre üzerinde alıcı ve verici birbirini tam
karşıdan görecek şekilde yerleştirilmelidir. Alıcı üzerinde maksimum akım değeri gözlenene
kadar alıcı ve verici arasındaki uzaklığı değiştiriniz ve akımın maksimum olduğu uzaklık
değerini kaydediniz. (Bu değer hangi parametre ile ilişkilidir? Bu değerden daha küçük
değerlerde ne olur? )
Alıcıdan maksimum akımın okunabildiği bu uzaklık değerinde alıcı ve verici arasına
soğurucu levhayı yerleştiriniz. Alıcı üzerinden, arada soğurucu levha varken, yeni akım değerini
okuyup, kaydediniz. Sonucu yorumlayınız. Araya su dolu bir kap koyarsanız ne olur?
B ) Sistemi Şekil 5.4’ deki gibi alıcı ve vericiyi aralarında 45˚ olacak şekilde yerleştirin.
Alıcı ve verici oynamadan sadece gonyometre ile açıyı değiştirirseniz ne olur?
ŞEKİL 5.4
C ) Alıcı ve vericiyi ŞEKİL 5.5’ de gösterildiği gibi ( birbirlerine göre 90˚lik açıyla )
yerleştiriniz. Alıcı ve verici arasındaki uzaklık minimum olmalıdır. Mümkünse ikisini de
gonyometre düzlemine sıfırlayarak yaklaştırınız. Vericiyi açmadan önce alıcının sıfır ayarı
tekrar yapılmalıdır. Aralarına yerleştireceğiniz metal geniş yüzeyli levhayı kendi ekseni
etrafında döndürerek, alıcı üzerinde maksimum akımın değerini gözlemlediğiniz açı değerinde,
levhayı sabit olarak tutunuz. Bu açı değerini gonyometre üzerinden okuyup, kaydediniz. Sonucu
yorumlayınız.
ŞEKİL 5.5 Mikrodalganın tam yansıma açı değerinin belirlenmesi düzeneğ
29
D ) Duran dalga deney düzeneğini ŞEKİL 5.6’ da gösteriliği gibi kurunuz. Alıcı ve verici
arasında bulunacak olan metal dar yüzeyli levhayı, deneyinizin C kısmında bulduğunuz tam
yansıma açı değerine uygun olarak, gonyometre merkezine yerleştiriniz. İkinci bir yansıtıcı olan
geniş yüzeyli levhayı 1 ‘er cm uzaklıklarla gonyometre merkezine doğru hareket ettiriniz ve bu
uzaklık değerlerine karşılık gelen akım değerlerini alıcı üzerinden okuyup, kaydediniz.
Çizeceğiniz I – f (x) grafiğinden mikrodalganın dalga boyunu hesaplayınız. Gerçek değeri
ile karşılaştırınız. ( 2.91 cm ) Hız = λ v eşitliğinden frekansı hesaplayınız. ( 10.3 GHz )
ŞEKİL 5.5: Duran dalganın dalga boyunun belirlenmesi
E ) ŞEKİL 5.6’ da ki Michelson interferometresi girişim ölçeri deney düzeneğini kurunuz.
Alıcı ve verici arasında yarı geçirgen cam bir levha bulunmalıdır. Yansıtıcı levhalardan sırası ile
biri hareketli, diğeri sabit tutulmak koşulu ile hareketli olan levhayı 1 ‘er cm uzaklıklar ile
gonyometre merkezine doğru yaklaştırınız ve bu uzaklık değerlerine karşılık gelen akım
değerlerini alıcı üzerinden okuyup, kaydediniz. Aynı işlemi az önce sabit tuttuğunuz levhayı
hareketli, hareketli seçtiğinizi sabit alarak tekrarlayınız. Çizeceğiniz I – f (x ) grafiği yardımıyla
girişim dalga boyunu belirleyiniz.
ŞEKİL 5.6 Michelson interferometresi girişim ölçeri
30
DENEY NO: 6
DENEYİN ADI: ÇİFTLENİMLİ SARKAÇ
DENEYİN AMACI: İki çiftlenimli sarkacın hareketini incelemek ve açısal frekanslarını
belirlemek.
DENEY BİLGİSİ:
İki tane birbirine benzer A ve B sarkaçlarının gerilmemiş bir yay ile birbirine bağlandığı
( çiftlendiği ) bir sistemi göz önüne alalım.
ŞEKİL 6.1 Çiftlenimli Sarkaç
B sarkacı dururken A sarkacını xA kadar yana çekelim ve sonra her ikisini de serbest
bırakalım. Bu durumda gerçekleşecek fiziksel olaylar şöyle özetlenebilir:
A sarkacı bir taraftan diğerine salınıma başlayacaktır.
A nın hareketiyle başlangıçta durgun olan B sarkacı da salınıma geçer. Ancak A sarkacının
genliği giderek azalırken B sarkacının genliği giderek artmaya başlayacaktır.
Sonra A ve B sarkaçlarının genliği eşit olur. Bundan sonra daha başka bir şey olmayacağı
düşünülebilir ancak işlem devam eder.
A sarkacının genliği azalırken B sarkacının genliği de, A sarkacının başlangıçtaki genlik
değerine ulaşıncaya kadar artmaya devam eder. B sarkacının genliği A sarkacının
başlangıçtaki genliğine eşit olunca başlangıç şartı tersine çevrilmiş olur.
Bu durumda B sarkacı A nın hareketine benzer olarak hareketine başlar ve olay bu şekilde
devam eder. A sarkacına başlangıçta verilen ilk enerji A’ nın titreşimi ile değişmeden
kalamaz.
Sırasıyla A’ dan B’ ye, B’ den A’ ya bir mekik gibi gider gelir.
31
ŞEKİL 6.2 ( a ) Denge durumunda çiftlenimli sarkaçlar
( b ) Sarkaç toplarından birinin yer değiştirmesi durumunda çiftlenimli sarkaçlar
ŞEKİL 6.3’ de de çiftlenimli salınıcı sisteminin gerçek bir görüntüsü verilmiştir.
ŞEKİL 6.3
Çiftlenmiş iki özdeş salınıcının hareketi
Sarkaç toplarına kuru pil ile çalışan yanan ampuller bağlanmış ve sarkaçların hareketleri
tavana asılmış bir kamera ile fotoğraflandırılmıştır. Kamera zemin boyunca kararlı olarak
hareketlidir. Birinci sarkaç başlangıçta denge konumunda durgundur. Sistemin sönümü açıkça
fark edilebilmektedir.
Bu sistemlerde çiftlenmeyi iki sarkaç arasındaki yay sağlamaktadır. A titreşken yay B sarkaç
topunu iter ve çeker. Böylece yay, B sarkacı üzerinde bir dış kuvvet oluşturur ve onu harekete
geçirir. Aynı zamanda yay, A sarkaç topunu da iter ve çeker. Böylece yay bazen harekete
yardımcı bazen de engelleyici bir rol üstlenir. B harekete başladığı zaman yayın A üzerindeki
etkisi A’ nın hareketini engelleyici durumdadır. Bir salınım esnasında A üzerinde yapılan net
iş negatiftir ve A’ nın genliği azalır.
ŞEKİL 6.3 de gösterilen hareketlerin her biri farklı frekanslarda ve aynı genlikte iki BHH
arasındaki vuruya benzemektedir.
Şimdi kısaca iki çiftlenimli sarkacın simetri durumlarından söz edelim. Biz föyde sadece A ve
B sarkaç toplarının her ikisini de eşit miktarda sağa çektiğimiz ve sonra bunları serbest
bıraktığımız durum üzerinde duracağız. Ancak öğrenciler laboratuara gelmeden önce
mutlaka A ve B sarkaç toplarının eşit miktarda fakat zıt yönlerde çekilip bırakıldığı
durumlarda gerçekleşen fiziksel olayları araştırmalıdır.
32
A ve B sarkaç toplarının her ikisini eşit miktarda sağa çektiğimizi ve bunları serbest
bıraktığımızı farz edelim.
ŞEKİL 6.4
İki çiftlenmiş sarkacın en düşük normal modu
Bu durumda sarkaç topları arasındaki uzaklık, toplar arasındaki yayın başlangıç uzunluğuna
eşit kaldığından yay, sarkaçlara bir kuvvet etki ettirmez. A ve B sarkaçları aynı faz, aynı
genlik ve her zaman birbirleri arasındaki uzaklık sabit kalmak koşuluyla salınırlar. Her bir
sarkaç sanki çiftlenmemiş, serbest olarak düşünülebilir. Sarkaçların her biri
ω0 = 2 π f0 = g / l
doğal frekansı ile titreşir. Hareket denklemleri
xA = C cos ω0 t
xB = C cos ω0 t
şeklindedir.Burada xA ve xB her bir sarkacın denge konumundan olan yerdeğiştirmeleridir. Bu
titreşim biçimi çiftlenimli salınıcı sistemin bir normal modunu temsil eder. ( Bir gerçek
sistem, kuyruklu piyano çeşitlerinde olduğu gibi değişik şekillerde titreşme ve birçok farklı
frekanslarda rezonansa gelme yeteneğine sahiptir. Bu çeşitli karakteristik titreşimlere modlar
ya da sistemin normal modları denir. ) Her bir kütle aynı frekansta titreşir ve her biri sabit bir
genliğe sahiptir.
Kaç tane normal mod bulabiliriz? Sadece bir tane daha vardır. Bu da A ve B sarkaç
toplarının zıt yönlerde fakat eşit miktarlarda yanlara çekilip serbest bırakıldıkları zamanki
titreşim şeklidir. Bu durumda kütleleri birbirine bağlayan yay uzar, sıkışır ve yay kütlelere bir
kuvvet etki ettirir. Düzenlemenin simetrisi bize A ve B sarkaç toplarının hareketlerinin
birbirinin aynadaki görüntüsü olacağını söyler.
Eğer sarkaçlar serbest olsaydı ve biri diğerine göre küçük bir x mikratı kadar yer
değiştirseydi geri çağrıcı kuvvet mw02x olurdu. Ancak bizim örneğimizde, aradaki yay 2x
kadar uzadığı ( ya da sıkıştığı ) için 2 kx kadarlık bir geri çağrıcı kuvvet uygular. Buradaki k
yay sabitidir. Böylece A sarkaç topunun hareket denklemi,
33
m d2 xA / dt2 + mw02xA + 2k xA = 0
ya da
d2 xA / dt2 + (w02 + 2wc2 ) xA = 0 dır.
Burada, wc2 = k / m dir. İfade de
w’ = (w02 + 2wc2 )1/2 = ( g/ l + 2k/ m) 1/2
yazarsak hareketin w’ frekanslı bir BHH’ ye karşılık geldiği anlaşılır. Verilen şartlar için bu
ifadenin çözümü ,
xA = D cos w’t
şeklindedir. B’ nin hareketi A’ nın aynadaki görüntüsü olup,
xB = -D cos w’t
şeklindedir.
İkinci modda da her bir sarkaç BHH gibi salınır. Fakat aradaki yayın etkisi geri çağrıcı
kuvveti arttırıcı yöndedir ve böylece çiftlenmemiş duruma göre bu durumun frekansı artar.
Açıkca, A ve B’ nin hareketleri arasında 1800 lik bir faz farkı vardır.
Eğer sarkacın biri sabit tutulursa diğer sarkaç, çiftleyici yay ve yer çekimi etkisi altında
olduğundan normal modunun açısal frekansı (w02 + wc2 ) ½ şeklinde olurdu.
Söz konusu her iki durumda da, eğer sönüm kuvvetleri yok ise harekette bir değişiklik
olmaksızın devam eder. Titreşimin bir normal modundan diğerine enerji aktarımı yoktur. Bu
iki hareketin rahatlıkla çözümlenebilmesinin nedeni; durgun iken harekete başlayan
sarkaçların herhangi birinin hareketinin, hareketlerin üst üste gelmesi olarak
tanımlanabilmesidir. Şimdi kısaca bunun nasıl yapılabileceğini görelim:
A sarkacının yer değiştirmesinin xA, B sarkacının yer değiştirmesinin xB olduğu rastgele bir
durumu göz önüne alalım. ŞEKİL 6.5
ŞEKİL 6.5
34
Bu durumda yay, xA - xB kadar uzar ve yay A ve B sarkaçları üzerine k(xA - xB ) kadarlık bir
geri çağrıcı kuvvet uygular.
A üzerindeki toplam geri çağrıcı kuvvet: m ( g / l ) xA + k (xA - xB ) = m ω02 xA + k (xA - xB )
B üzerindeki toplam geri çağrıcı kuvvet: m ( g / l ) xB - k (xA - xB ) = m ω02 xB - k (xA - xB )
ifadeleri ile verilir. k(xA - xB ) teriminin işaretine dikkat edilirse A üzerine etkiyen kuvvet için
(+) işaretli, B üzerine etkiyen kuvvet için (-) işaretlidir. Böylece A ve B sarkaç toplarının
hareket denklemlerini F = ma bağıntısını kullanarak
m d2 xA / dt2 + m ( g / l ) xA + k (xA - xB ) = 0
m d2 xB / dt2 + m ( g / l ) xB - k (xA - xB ) = 0
şeklinde yazabiliriz.
İlgili bu diferansiyel denklemlerin çözümlerini yapıp hangi hareket denklemine
benzediğini yorumlayınız.
KULLANILAN ARAÇLAR: Çiftlenimli sarkaç düzeneği, kronometre.
DENEYİN YAPILIŞI:
1. B sarkacı dururken A sarkacını xA kadar yana çekiniz ve sonra her iki sarkacı da serbest
bırakınız. Bu durumda gerçekleşecek fiziksel olayları gözlemleyip, not ediniz.
2. A ve B sarkaçlarının her ikisini eşit miktarda sağa çekiniz ve daha sonra bunları serbest
bırakınız. T salınım periyodlarını kronometre ile ölçüp, birbirleriyle karşılaştırınız ve bundan
yararlanarak w açısal frekanslarını bulunuz.
3. A ve B sarkaçlarının her ikisini eşit miktarda fakat zıt yönlerde çekip daha sonra bunları
serbest bırakınız. T salınım periyodlarını kronometre ile ölçüp, birbirleriyle karşılaştırınız ve
bundan yararlanarak w açısal frekanslarını bulunuz.
35
DENEY NO: 7
DENEYİN ADI: FİBER OPTİK
DENEYİN AMACI:
A. FİBER OPTİK LİNK ÜZERİNDEN SES İLETİMİ
Fiber optik link ve anolog fiber optik link üzerinden ses iletiminin sağlanması ve osiloskopta
gözlenmesi.
B. SESİN ANALOG VE PULS FİBER OPTİK LİNK ÜZERİNDEN İLETİMİ
Sesin analog ve puls fiber optik link üzerinden iletiminin araştırılması.
DENEY BİLGİSİ:
Fiber optik temelde bir sinyali iletmek için elektrik yerine ışığı kullanan bir iletim aracıdır.
İnsanın saç teli kalınlığında ve çok hassas üretilmiş saf bir cam ip üzerinden ışığın iletilmesi
prensibiyle çalışan bir sistemdir.
Fiber Optiğin Temel İlkeleri
1. Fiber kablonun çalışması, ışığın tam yansıma prensibine dayanmaktadır,
2. Işık, fiber kablo içinde çeperlerden yansıyarak ilerler,
3. Tam yansımanın olabilmesi, ışık demetinin fiber kabloya giriş açısına bağlıdır,
şeklinde özetlenebilir.
Fiber optik bir sistemde kullanılan optik fiberler son derece saydam camdan veya plastikten
yapılır. Genellikle çapları 0,125mm ve 0,5mm’dir. Fiber optik kablolar çekirdek, kılıf ve
kaplama olmak üzere 3 kısımdan oluşur.
36
ŞEKİL 7.1
Çekirdek, ışığın içerisinde ilerlediği ve kablonun merkezindeki kısımdır. Çok saf camdan
yapılmıştır ve esnektir.
Kılıf, tipik olarak 125 mikrometre çapında çekirdeği saran ve fibere enjekte edilen ışının
çekirdekten çıkmasını engelleyen kısımdır. Aynı çekirdek gibi camdan yapılmıştır ancak indis
farkı olarak yaklaşık %1 oranında daha azdır.
Kaplama, ( optik bir özelliği olmayan kaplama ) polimer veya plastik olabilir. Bir veya birden
fazla katmanı olabilir. Sadece fiberi darbe ve şoklardan korur.
Fiberin çalışma prensibi temel optik kurallarına dayanmaktadır. Bir ışın demetinin az yoğun
bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken geliş açısına bağlı olarak yansıması ya da
kırılarak ortam dışına çıkması mantığına dayanır. ( ŞEKİL 7.2 )
37
ŞEKİL 7.2
Fiber optiğin çalışması 5 bölümde incelenir. Bu bölümler sırasıyla aşağıdaki gibidir.
1. Işın demetinin fibere enjekte edilmesi
2. Işığın dalga boyları ve spektral genişlik
3. Zayıflama
4. Saçılma
5. Absorblama
Işın Demetinin Fibere Enjekte Edilmesi: Gönderilecek ışın ya da sinyal fiberin çekirdeğine
enjekte edilir. Ancak fiber içerisinde kılıfa geçmemesi için belirli bir açı dahilinde çekirdeğe
girmelidir ki çekirdek kılıf sınırından tam yansıma yapabilsin. Bu açıya kritik açı denir.
Işığın Dalga Boyları ve Spektral Genişlik: Bir ışın demetinin çekirdek içerisinde ilerleme
hızı dalga boyuna bağlıdır.
Zayıflama: Zayıflama ışık, fiber içerisinde yol alırken meydana gelen güç kaybıdır. dB/km
olarak ölçülür. Plastik fiberler için 300dB/km tek modlu cam fiberler için 0,21dB/km
civarındadır. Ancak ışının dalga boyu ile de ilgilidir aşağıdaki grafik bu durumu gösterir.
Saçılma: Gelen ışının yabancı bir maddeye çapmasıyla oluşan dağılma ve ışık kaybıdır.
Saçılma uzun dalga boyundaki ışınlarda çok daha küçük bir etkiye sahiptir. Saçılma kısa
dalga boyundan uzun dalga boylarına geçildikçe hızla azalır, ama asla sıfır olmaz.
Absorblama: Saçılmayla aynı nedenden oluşur. Temel farklılık saçılma, ışığın dağılması
şeklinde bir bozuklukken, bu olayda ışığın sönümlenmesi söz konusudur. Fiber içindeki
yabancı maddeler absorblamaya neden olur. Kayıpların düşük olması için bu maddelerin
fiberde milyarda bir düzeyinde olmalıdır.
38
Fiberler yapısına göre de 3’e ayrılır:
1. Cam Fiberler
2. Plastik Kaplı Silisyum Fiberler
3. Plastik Fiberler
Cam Fiberlerin çekirdeksi ve kılıfı camdan imal edilir. Veri iletimi açısından en iyi
performansı gösterir. Yapımında kullanılan cam, ultra saf silikon dioksit veya kuartz
kristalidir.
Plastik Kaplı Silisyum Fiberler cam çekirdeğe ve plastik kılıfa sahiptirler. Fiyat olarak cam
fiberlere göre daha ucuz ama performans açısından daha verimsizdirler.
Plastik Fiberler, en ucuz fiber tipidir. Çekirdeği de kılıfı da plastikten yapılmıştır. Performansı
en zayıf, fiyatı en uygun fiberdir ve genelde kaplamaları yoktur. Kısa mesafe iletişimi için
uygundur. Diğerlerine göre daha esnektir ve bu nedenle camdan daha dayanıklıdır. Monte
edilmeleri kolay, basınca daha dayanıklıdırlar. Üstelik cama oranla %60 daha hafiftirler.
Ancak bu avantajlarının yanın da bazı dezavantajları da vardır. Yüksek zayıflama
özeliğindedir. Işığı cam kadar verimli yayamazlar. Dolayısıyla, plastik fiberlerin kullanımı
kısa mesafelerle (örneğin, tek bir bina ya da bir bina kompleksi ) sınırlıdır.
Fiber Optiğin Kullanım Alanları
Optik iletişim sistemleri; büyük olanaklar sağlaması nedeniyle kısa sürede aşağıda belirtilen g
alanlarda kullanılmaya başlamıştır.
Zayıflamanın az, bant genişliğinin büyük, kanal başına düşen maliyetlerin düşük olması
nedeniyle, uzun mesafeli büyük kapasiteli haberleşme sistemlerinde ve orta mesafeli düşük
kapasiteli sistemlerde,
Hem örneksel hem sayısal iletime olanak sağlaması ve geniş bantlı servis verebildiğinden
özellikle santraller arası bağlantıda,
Düşük kayıp, yüksek hız nedeniyle bina içlerindeki iletim sistemlerinde (Plastik fiberlerle),
Kapalı devre TV sistemlerinde,
Veri (data) iletiminde,
Elektronik aygıtların birbiri ile bağlantısında,
Havacılık alanında ,(radarlar) yüksek hız gerektiren aygıtlar arası ve uçak iç donanımlarında,
Demiryolu elektrifikasyon ve sinyalizasyon uygulamalarında,
Yüksek gerilim iletkenlerinin içine fiber damarlar yerleştirilerek iletkenlerin, enerji taşırken
aynı anda haberleşmeyi de sağlamasında,
39
Trafik kontrol sistemlerinde ,
Askeri haberleşme sistemlerinde ,
Reklam panolarında ,
Tıp alanında kullanılan aygıtlarda ,
Nükleer enerji santralleri ve radyoaktif ışımaların iletişimi bozduğu yerlerde.
Fiber Optiğin Avantajları
Elektriksel iletkenlikleri yoktur.
Elektromanyetik darbelerden ve nükleer silahlardan etkilenmezler.
Radyoaktif ışınımlara karşı dayanıklıdırlar.
Fiziksel boyutları küçük ve hafiftirler.
Bir tek lif içinden dört ayrı dalga boyunda iletişim yapılarak kanal kapasitesi dört kat
arttırılabilir.
Yerel ağ şebekelerinde tek bir fiber üzerinden aynı anda TV, telefon, internet… hizmetleri
iletilebilir.
Kaçak olarak girilemez.
Fiber kabloların monte edilmesi ve bakımı daha kolay ve daha güvenlidir.
Dışarıdan dinlenmesi imkânsız olduğundan özellikle askeri amaçlı iletişimin vazgeçilmez
aracıdır.
Tekrarlayıcılar arası mesafe yüksektir.
Topraklama problemi yoktur, yıldırımdan etkilenmez.
Dış şartlara karşı dayanıklıdır. (radyasyon, yağmur, aşırı sıcaklık…)
Sağlam izolasyona sahiptir.
Kanal başına maliyeti düşüktür.
900 çift bakır tel yerine 6 çift fiber optik kablo yeterlidir.
Ham maddesi sınırsızdır. (toprak)
Fiber Optiğin Dezavantajları
Uç uca eklemek kolay değildir.
40
Mevcut şebekeye ayarlanmasında zorluklar çıkmaktadır. (bakır devre ve fiberin uyuşmaması)
Ek bakım titizliği ister.
Henüz yerel dağıtım şebekelerinde cazip değildir.
Henüz standartlaşma yoktur.
Ekonomik yönden düşününce fiber optik iletişimi daha pahalıdır.
Fiber optik kabloların pratikte 5 km den kısa mesafelere çekilmesi ekonomik değildir.
Deney A







Güç kaynağı bordu ( No:0 )
Ses üretici (ses jeneretörü) bord ( No:1 )
Fiber optik analog iletim bordu ( No:3 )
Fiber optik analog alıcı bordu ( No: 4 )
Çift kanallı osiloskop
Bir kısa, bir uzun fiber optik kablo
Bağlantı kablosu
Deney B











Güç kaynağı bordu (No:0)
Ses üretici (ses jeneratörü ) bord (No:1)
Fiber optik analog iletim bordu (No:3)
Fiber optik analog alıcı bordu (No: 4)
Fiber optik Pulse iletim bordu (No: 7)
Fiber optik Pulse alıcı bordu (No: 8)
Ses güç yükselteci Bordu (No:10)
Çift kanallı osiloskop
Mikrofon
Bir uzun, bir kısa fiber optik kablo
Bağlantı kablosu
DENEYİN YAPILIŞI:
41
A. FİBER OPTİK LİNK ÜZERİNDEN SES İLETİMİ
Kısım I: Ses Jeneratörünün Kullanımı
Amaç: Ses jeneratörü tarafından üretilen sinyalin çıkışının gözlenmesi ve ölçümü.
Yapılışı:
1) Güç kaynağı bordunu (No:0), ses jeneratörü borduna (No:1) şekildeki gibi bağlayınız.
ŞEKİL 7.3
2) İlgili osiloskop ayarları için time/div anahtarını 0.5 ms/div kademesinde seçiniz. Tüm
CAL anahtarlarının gösterilen ok yönünde çevrilip kilitlendiğinden emin olunuz. CH1
kanalına ait Volt/dıv anahtarını 1 volt/div kademesinde seçiniz. AC/ GND/ DC
anahtarını AC konumunda bırakınız. ( Sinyali net olarak elde edemediğiniz
durumlarda time/div ve volt/div anahtarlarının kademelerini değiştirmeniz ve hassas
ayar için level-hold anahtarıyla oynamanız gerekebilir. )
3) Osiloskobun CH1 nolu kanalını ( probun canlı ucu seçilecek ), ses jeneratörü bordu
üzerindeki ( No:1 ) test noktası TP1 e bağlayınız. Probun toprak ucunu da ( No:1 )
bordunda 0 volt referans noktasına bağlayınız.
Osiloskop ekranında gördüğünüz sinyalin dalga formunu tanımlayınız………………..
42
İlgili ölçümleri ve hesaplamaları yaparak aşağıdaki alanları doldurunuz.
Sinyalin genliği ………….volttur ve frekansı ………Hz dir.
4) Frekans potansiyometresi POT1 i çevirerek, sinyalin frekansına olan etkisini
osiloskoptan gözlemleyiniz.
Dalganın şekli nasıl değişti? Açıklayınız.
5) İlgili osiloskop ayarları için time/div anahtarını 0.5 ms/div kademesinde seçiniz. Hem
CH1 hem CH2 kanalına ait volt/div anahtarlarını 1 volt/div kademesinde seçiniz. Tüm
CAL anahtarlarının gösterilen ok yönünde çevrilip kilitlendiğinden emin olunuz. AC/
GND/ DC anahtarını DC konumuna getiriniz. Her iki sinyali birden ekranda aynı anda
görüntüleyebilmek için DUAL konumunu seçiniz. ( Sinyali net olarak elde
edemediğiniz durumlarda time/div ve volt/div anahtarlarının kademelerini
değiştirmeniz ve hassas ayar için level-hold anahtarıyla oynamanız gerekebilir. )
Genlik potansiyometresi POT2 yi minimum değere ayarlayınız. Osiloskobun CH2
kanalında görüntülenen sinüs dalga formu, CH1 kanalında görüntülenen üçgen dalga
formundan şekillenmektedir. (Niçin? Açıklayınız)
POT2 yi sinüs dalganın genliğini azaltacak şekilde çeviriniz. Genliği belli bir
değerden daha fazla azalttıkça sinüs dalga deforme olur ve sonunda kare dalga haline
dönüşür. Bu özellik sayesinde ses jeneratörünü hem sinüs hem de kare dalga üreteci
olarak kullanabiliriz.
Büyük genlikte sinüs dalgasının kare dalga şekline dönüşmesinin nedenleri nelerdir?
Açıklayınız.
6) Frekans potansiyometresini sinüs dalganın frekansı minimum olana kadar çeviriniz.
( Bu durumda dalga boyu maksimum değerini alacaktır ). Bir tam devir süresince
osiloslop ekranı üzerindeki komşu iki pik arasındaki uzaklığı ölçünüz. Bu değerleri
kaydediniz ve Hz cinsinden ifade ediniz.
POT1 i frekans maksimum olana kadar çeviriniz ve yukarıdaki ölçümleri tekrarlayınız.
Tablo 7.1
Kısım II: Ses Frekanslarının Analog Fiber Optik Link Üzerinden İletimi
Yapılışı:
43
1) Güç kaynağı bordunu ( No:0 ) ses jeneratörü ( No: 1 ) ve analog ileticiye ( No:3 )
bağlayınız. Analog alıcı ( No:4 ) ile diğer güç kaynağı bordunu da (No:0) birbirine
bağlayınız. Bağlantılar için ŞEKİL 7.4 ü takip ediniz.
2)
ŞEKİL 7.4
( No:1 ) bordunun çıkışını ( No:3 ) bordunun girişine bağlantı kablosu ile bağlayınız.
( No:3 ) bordu ile ( No:4 ) bordunu birbirine fiber optik kablo kullanarak bağlayınız.
3) İlgili osiloskop ayarları için time/div anahtarını 0.5 ms/div kademesinde seçiniz.
Hem CH1 hem CH2 kanalına ait volt/div anahtarlarını 1 volt/div kademesinde
seçiniz. Tüm CAL anahtarlarının gösterilen ok yönünde çevrilip kilitlendiğinden
emin olunuz. AC/ GND/ DC anahtarını önce GND konumuna getiriniz. Her iki
sinyali birden ekranda aynı anda görüntüleyebilmek için DUAL konumunu
seçiniz. Sinyalleri birisi orta çizginin iki yada üç kare kadar altında, diğeri iki yada
üç kare kadar üstünde kalacak şekilde konumlandırınız. ( Sinyali net olarak elde
Osiloskop ekranında görüntülenen şekli milimetrik kağıda çiziniz.
Grafik 7.1
4) Osiloskobun CH1 nolu kanalını ( probun canlı ucu seçilecek ), analog iletim
bordunun (No:3) test noktası TP1 e, probun toprak ucunu da bord (No:3)
üzerindeki 0 volt referans noktasına bağlayınız. Osiloskobun CH2 nolu kanalının
44
problarını ise aynı şekilde ( No: 4) borduna tutturunuz. AC/GND/DC anahtarlarını
her iki kanal için de DC konumuna ayarlayınız.
Osiloskop ekranında görüntülenen dalganın şeklini tanımlayınız……….
5) İlk olarak ses jeneratörü üzerindeki POT1 frekansını, maksimum frekansta sinüs
sinyalini üretecek şekilde ayarlayınız. Sonra, POT2 genlik potansiyometresini,
sinyalin sinüs şeklini bozmayacak şekilde maksimum genliğe ayarlayınız.
İlgili ölçümleri ve hesaplamaları yaparak aşağıdaki alanları doldurunuz.
İletim sinyalinin genliği ……….Volttur.
İletim sinyalinin frekansı ……….Hz.
Analog alıcı üzerindeki potansiyometreyi, iki dalganın kenarları ekranda tek bir iz
oluşturacak (çakışacak) şekilde ayarlayınız.
6) ( No:1 ) bordu üzerindeki POT1 frekans potansiyometresini sinyalin frekansını
değiştirmek için ayarlayınız. İletim sinyali ( CH1 kanalı ) ile alıcıdaki sinyali
( CH2 ) ile karşılaştırın.
Sinyalin frekansındaki değişikliler, herhangi bir şekilde iletimin kalitesini dikkate
değer bir şekilde etkiler mi? Etkilerini açılayınız ve bunların sebeplerini araştırıp
raporunuzda belirtiniz.
Kısa fiber kabloyu uzun kablo ile değiştiriniz ve 5. adımı tekrarlayınız.
Osiloskop ekranında görülen dalganın şeklini milimetrik kağıda çiziniz..
Grafik 7.2
B. SESİN ANALOG VE PULS FİBER OPTİK LİNK ÜZERİNDEN İLETİMİ
Kısım I: Ses Üreteci Kullanarak Sesin Oluşumu
Amaç: Ses üretecine ön-yükselteç bağlantısı yaparak sesin elektrik sinyaline
dönüşümünü göstermek.
45
Yapılışı:
1) Güç kaynağı bordu, ses üreteci bordu ve ses yükselteci bordu ( No:10 ) şekildeki
gibi birbirine bağlanır. ( No:1 ) çıkışını ( No:10 ) nun girişine bağlantı kablosu ile
bağlayınız.
ŞEKİL 7.5
2) Yükselteç bordu üzerindeki (No: 10) genlik potansiyometresini hoperlörden ses
duyulana kadar ayarlayınız. ( Mikrofon bağlı değil iken )
3) İlgili osiloskop ayarları için time/div anahtarını 0.5 ms/div kademesinde seçiniz.
Tüm CAL anahtarlarının gösterilen ok yönünde çevrilip kilitlendiğinden emin
olunuz. CH1 kanalına ait volt/div anahtarını 1 volt/div kademesinde seçiniz. AC/
GND/ DC anahtarını AC konumunda bırakınız. ( Sinyali net olarak elde
4) Osiloskobun CH1 nolu kanalını ( probun canlı ucu seçilecek ), ( No: 1 ) bordunda
test noktası TP2 ye bağlayınız. AC/GND/DC anahtarını DC ye ayarlayınız. Probun
toprak ucunu da ( No:1 ) bordunda 0 volt referans noktasına bağlayınız. Ekranda
bir sinüs dalgası göreceksiniz. Bu dalganın şeklini çiziniz.
Verileri kaydediniz:
Timebase: ……………..Ms
Ses üretecinin üçgen dalga genliği (TP1) ………..V
Ses üretcinin çıkış genliği (TP 2)……..V
5) ( No:1 ) bordu üzerindeki frekans potansiyometresini çeviriniz. Frekans değişirken
sinüs dalgasının şeklini gözlemleyiniz. Maksimum ve minimum değerler için
frekans potansiyometresini değiştirerek birim uzunluktaki periyot sayısını
hesaplayınız.
Maksimum frekans ………..Hz
Minimum frekans ………Hz.
46
Genliğin sabit kalmasına rağmen hoparlörden çıkan sesin frekansla değiştiğine
dikkat ediniz. Bunun iki nedeni vardır:
 İnsan kulağı, tüm frekanslara aynı şekilde cevap vermez.
 Hoparlör tüm frekansları aynı etkililikte üretmez.
6) Ses üreteci ( No:1) bordunun üst tarafındaki sokete mikrofonu takınız. Aşağıdaki
sesleri deneyiniz:
Konuşma, fısıltı, ıslık.
Osiloskop ekranını sesler çıkarılırken izleyiniz. Hangi sesin sabit frekansı var?
ŞEKİL 7.6
7) Mikrofonu hoparlöre yaklaştırdığınızda hoparlörden gıcırtı şeklinde gürültü
çıktığını duymanız gerekir. Osiloskop ekranını gözlemleyiniz ve gürültünün
frekansının sabit kaldığına dikkat ediniz. Elinizi mikrofon ve hoparlör arasına
koyarak deneyiniz.
Aşağıdaki boşlukları doldurarak gürültünün nedenini açıklayınız.
Mikrofon hoparlöre yaklaştırıldığında, mikrofon tarafından düşük sevide bir “tıs”
sesi ………….de meydana gelir.
Elektrik sinyali yükselteç tarafından ……….dır. Güçlendirilmiş sinyal louder
…….olarak yeniden oluşturulur. Bu mikrofon tarafından tekrar toplanır ve yeniden
güçlendirilir ve böylece devam eder. Gürültü geri beslemeden ileri gelir.
8) Ses üreteci üzerindeki (No:1) genlik potansiyometresini çeviriniz. Mikrofonun
algısı üzerine olan etkisini tesbit etmeye çalışınız.
9) Genliği minimuma ayarlayınız. Frekans potansiyometresini çeviriniz ve
mikrofonun algısı üzerine etkisini not ediniz.
Genlik ve frekans parametrelerinden hangisi algıyı etkiledi? Nedenini açıklayınız.
Kısım II: Ses Bilgisinin Bir Fiber Optik Link Üzerinden İletimi
Amaç: Ses bilgisinin bir fiber optik link üzerinden iletimini göstermek.
47
Yapılışı:
1) Güç kaynağı bordunu ( No:0 ) ses jeneratörü borduna ( No:1 ) ve analog ileticiye
( No:3 ) bağlayınız. Diğer güç kaynağını analog alıcı ( No:4 ) ve güç yükseltecine
( No:10) şekildeki gibi bağlayınız. ( No:1 ) bordunun çıkışını ( No:3 ) bordunun
girişine ve No:4 ün çıkışını No:10 nun girişine bağlantı kablosuyla bağlayınız. No:3 ve
( No:4 ) deki bağlantı noktalarını fiber optik kablo ile bağlayınız. Bu aşamada
mikrofon bağlamayınız. ŞEKİL 7.7
2) Ses üreteci bordundaki genlik potansiyometresini düşük seviyeye ayarlayınız.
( No:10 ) bordundaki ses potansiyometresini kullanarak gürültünün sesini ayarlayınız.
3) Osiloskobun CH1 nolu kanalını ( probun canlı ucu seçilecek ) ( No:3 ) bordundaki
giriş test noktasına, probun toprak ucunu ise 0 volt referans noktasına tutturunuz.
Osiloskobun CH2 nolu kanalını ( probun canlı ucu seçilecek ), ( No:4 ) deki çıkış test
noktasına ve probun toprak ucunu ise 0 volt referans noktasına tutturunuz.
AC/GND/DC anahtarını her iki kanal için DC ye ayarlayınız.
Osiloskop ekranında gördüğünüz dalgayı tanımlayınız.
4) Ses üretecini yüksek frekanslı ve büyük genlikli bir sinüs dalgası oluşturacak şekilde
ayarlayınız. Alıcı bordundaki ( No:4) genlik potansiyometresini osiloskop ekranında
aynı genlikli iki dalga oluşturana kadar ayarlayınız. Ekranda iki izin tamamen çakışıp
tek bir iz oluşturmasını sağlayacak şekilde osiloskop üzerinde Y-shift anahtarını
ayarlayınız.
Tamamen üst üste çakışmadan çıkaracağımız sonuç…………..
5) Ses üreteci üzerindeki frekans potansiyometresini çeviriniz.
6) Ses üretecinin üst tarafındaki sokete ( No:1 ) mikrofonu takınız. Mikrofona
konuşunuz. Osiloskopu gözlemleyiniz ve çıkan sesi dinleyiniz. İletilen sesteki
bozulmaların nedenlerini açıklayınız.
Osiloskop ekranında görünen dalganın şeklini çiziniz.
ŞEKİL 7.7
7) Kısa fiber optik kabloyu uzun olanla değiştiriniz ve 5. ve 6. adımı tekrar yapınız.
Uzun kablo kullanmanın iletim üzerine etkileri nelerdir? Yorumlayınız.
48

DENEY NO:6

Transkript

Benzer belgeler

ders bilgi formu dersin adı mikro dalga teknikleri bölüm elektrik

IŞIK

Çizgi kusurlu fotonik kristal dalga kılavuzlarında saçıcıların

sismik prospeksiyon ders 3

Fotometride yeni yöntemler: Yeni bir spektrofotometrenin test edilmesi

Dalga Enerjisi Santralleri