Titreşimleri görmek

Northwestern’li gençler bir ders projesi için bir hoparlörü değiştirilebilir frekanslarda ses vermeye ayarlamışlar, yukarısına bir metal plaka sabitleyip, plakanın üzerine de tuz dökmüşler. Şöyle güzel bir deney çıkmış ortaya:

Ses belli bir frekansa ayarlıyken plakaya dökülen tuz bazı şekiller oluşturuyor, ama o frekansın altında veya üstünde şekiller kayboluyor. Ama frekansı yeterince yükseltince belli bir ayarda başka bir şekil çıkıyor. İşte bu özel frekanslara “rezonans frekansları” deniyor.

Alttaki hoparlörden çıkan ses plakanın üzerinde dalgalar yaratıyor. Çoğunlukla bu dalgalar plaka üzerinde karmakarışık şekilde sağa sola hareket ediyor, kenarlardan geri yansıyorlar. Böyle durumlarda tuz taneleri dağınık halde kalıyor. Ama sesin frekansı plakaya özel rezonans frekanslarından birine denk geldiğinde, içeriden dışarıya doğru giden dalgalarla kenardan geri yansıyan dalgalar birbiriyle öyle bir etkileşiyor ki, toplamları “duran dalgalar” oluşturuyor.

Duran dalgaları anlamak bir boyutta daha kolay olabilir. İşte aynı etkinin bir ip ile elde edilmesi:

Dalgaların nasıl olup da “durduğunu” anlamadıysanız (ki ben de zamanında çok zorlanmıştım), aynı şeyin su dalgalarıyla yapıldığı şu deneye bakabilirsiniz.

Tankın bir ucunda yaratılan dalgalar diğer uca gidip geri dönüyor, dönen dalgalar gidenlerle üstüste biniyor. Doğru frekansta bu üstüste binme sebebiyle dalga tepeleri ileri geri gitmiyor da, aşağı yukarı hareket ediyor. Aslında ileri ve geri giden dalgalar yine var.

Titreşen plaka videosuna dönersek: Plakada beyaz çizgilerin bulunduğu yerler dalgaların düğüm noktalarını, yani plakanın hareket etmediği yerleri gösteriyor. İki beyaz çizgi arasında dalga tepesi var. Tuz taneleri aşağı yukarı hareket eden yerlerde duramayıp hareketsiz düğüm noktalarında toplanıyorlar. Rezonans frekansından uzaklaşınca düğüm noktaları ortadan kalktığı için tuz taneleri dağınık hale geliyor.

Daha tiz seslerdeki yeni rezonans frekanslarında beyaz çizgilerin hem şekli değişiyor hem de birbirlerine daha yaklaşıyorlar. İki çizgi arasında bir tam dalga olduğunu düşünerek dalgaların biçimini gözünüzde canlandırabilirsiniz.

Rezonans frekansları ve duran dalgaların biçimleri plakanın şekline ve ayrıca hangi noktalarının sabit, hangi noktalarının serbest olduğuna bağlı.  Meselâ Harvard’ın şu fizik demonstrasyonuna bakın:

“Virtüöz”ümüz keman yayını plakaların kenarına sürterek dalgalar oluşturuyor. Bazen de parmağını bir yere değdirerek o noktanın sabit kalmasını (düğüm noktası olmasını) sağlıyor, o zaman da dalga biçimi ve rezonans frekansı değişiyor. Nitekim yaylı çalgı uzmanı müzisyenler parmaklarını değişik yerlere basarak telin rezonans frekanslarını değiştirir, farklı notalar çıkarırlar.

Chladni şekilleri denen bu analiz biçimi sadece fizik demonstrasyonlarında kullanılmıyor, müzik enstrümanı tasarımında da özellikle önemli. Meselâ bir kemanın bir bütün olarak rezonans yapabilmesi için alt ve üst yüzeylerindeki duran dalga biçimlerinin birbirine uyması gerekir.

Üflemeli çalgılarda da aynı prensip geçerli, ama orada titreşen tel değil, enstrumanın içindeki hava. Bir deliği açmak o noktada havanın serbest titreştirilmesine sebep olur ve böylece içerideki hava sütununun rezonans frekansı değişir. Aşağıdaki videoda, bir tüp içinde, duran ses dalgaları (havada basınç dalgaları) üretiliyor. Tüpün içindeki kuru köpük parçaları, plakadaki tuz tanecikleri gibi, düğüm noktalarının yerini gösteriyor.


Belli bir cismin (tel, plaka, veya bir kalıp jöle) üzerinde oluşan duran dalga biçimlerinin en ilginç özelliği, o cismin her türlü titreşiminin — aşırı büyük olmadıkça — bu duran dalgaların toplamı şeklinde ifade edilebilecek olması. Fourier analizi denen bu yöntemle isterseniz Stradivarius’un keman tasarımlarını, isterseniz gökdelenlerin depremlerde nasıl sarsılacağını inceleyebilirsiniz.

Lineer cebir derslerindeki ne idüğü belirsiz özdeğer/özvektör denen şeyler burada işe yarar: Sistemin hareket denklemlerini bir matris şeklinde ifade ettiğinizde, matrisin özdeğerleri rezonans frekanslarını verir, özvektörler ise duran dalga biçimlerini.

Reklamlar

Kaan Öztürk hakkında

Kaan Öztürk İstanbul’da doğdu. İstanbul Lisesi ve Boğaziçi Fizik mezunu. Rice Üniversitesi‘nde uzay fiziği alanında doktora yaptı. Işık ve Yeditepe üniversitelerinde ders verdi. 2015-2016 döneminde Rice'da ziyaretçi araştırmacı olarak çalıştı. Bugünlerde Sabancı Üniversitesi'nde optimizasyon ve yapay öğrenme konularında doktoraüstü araştırmacı olarak çalışıyor.

22 Haziran 2012 tarihinde İlginç Şeyler içinde yayınlandı ve , , olarak etiketlendi. Kalıcı bağlantıyı yer imlerinize ekleyin. 3 Yorum.

  1. tuzla gerçekleştirilen ses titreşimi deneyini okulumuzda yapmak istiyoruz. plakanın tam ortasında deneyi etkileyecek herhangi bir şey var mı? Nelere dikkat etmeliyiz. ses düzeneği (anfimiz) var. yardımcı olursanız sevinirim. teşekkürler..

    • Plakanın ortasında, plakayı hoparlorün diyaframına bağlayan bir vida var. Titreşimi o sağlıyor. Ayrıntılar için yazının başındaki linke bakabilirsiniz.

      En önemli teknik mesele hoparlörü sabit frekansta bir sinüs dalgası üreten bir cihaza bağlamak. Frekans sabit olmazsa iş bozulur. Dahası, plakanın biçimine bağlı olan çok özel frekansları bulmak gerektiği için, bu frekans üretecinin geniş bir bandı tarayabilmesi lâzım. Deneyi yapan öğrenciler, kullandıkları dalga üretecinin kullanımının çok zor olduğunu yazmışlar. Sizin elinizde hazır bir üreteç varsa iyi; yoksa teknik sorunlar yaşayabilirsiniz.

      Bence keman yayını plakaya sürterek yapılan deney de aynı derecede öğretici, hazırlaması daha kolay, ve davranışı daha çeşitli ve ilginç. Sanayide 20-30 cm büyüklükte kalınca bir sac kestirin (veya farklı biçimlerde birkaç tane), ortadan bir vidayla dik bir çubuğa sabitleyin, olur biter.

  2. evet linki inceledim.. oldukça teferruatlı 🙂 bugün keman yayıyla yapılan deneyin çalışmalarına başladık. çok teşekkür ediyoruz. hem ilginize hem de sitenize.

Bir Yanıt Bırakın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Connecting to %s

%d blogcu bunu beğendi: