Kırınım, Girişim ve Doppler Olayı (AYT Fizik)

Konu Özeti

Dalgalar engellerin kenarından geçerken yön değiştirir, iki dalga üst üste gelince birbirini güçlendirebilir ya da zayıflatabilir. Bu olaylara kırınım ve girişim denir. Işığın da bu davranışları göstermesi, ışığın dalga doğasının en önemli kanıtlarındandır. Dalga kaynağı ile gözlemci arasındaki göreli hareket, algılanan frekansı değiştirir; buna Doppler olayı denir. Bu konuda hem su ve ses dalgalarındaki hem de ışıktaki örnekler birlikte incelenir.

Temel Kavramlar

Kırınım (12.3.1.1)

Dalga bir engelin kenarından ya da bir yarıktan geçerken engelin geometrik gölge bölgesine doğru yayılır. Bu olaya kırınım denir. Kırınım sırasında dalganın frekansı, hızı ve dalga boyu değişmez; yalnızca yayılma yönü ve biçimi değişir.

• Yarık genişliği dalga boyuna yakın veya daha küçükse kırınım belirgindir; dalga çembersel dalgalar halinde yayılır.
• Yarık genişliği dalga boyundan çok büyükse kırınım çok azdır; dalga neredeyse düz ilerler.
• Yarık genişliği sabitken dalga boyu arttıkça kırınım artar.
• Dalga boyu sabitken yarık daraldıkça kırınım artar.

Kırınım miktarı ∝ λ / d (λ: dalga boyu, d: yarık genişliği)

Girişim (12.3.1.2)

Aynı ortamda yayılan iki dalganın üst üste gelerek bileşke genlik oluşturmasına girişim denir. Girişim deseninin kararlı olması için kaynakların aynı frekansta ve sabit faz farkında olması gerekir. Girişimde dalgaların kendisi kalıcı değişmez; yalnızca üst üste bindikleri bölgede bileşke oluşur.

• Yapıcı girişim: tepe tepeye ya da çukur çukura çakışır, genlik büyür. Bu noktaların çizgisine katar çizgisi denir.
• Yıkıcı girişim: tepe çukura çakışır, genlik azalır, eşit genlikte ise sıfır olur. Bu noktaların çizgisine düğüm çizgisi denir.
• Yol farkı Δx = |S₁P − S₂P| ise yapıcı girişim Δx = nλ, yıkıcı girişim Δx = (n + 1/2)λ ile oluşur (n = 0, 1, 2, ...).
• Kaynaklar arası uzaklık sabitken dalga boyu artarsa düğüm ve katar çizgileri arasındaki uzaklık artar, çizgi sayısı azalır.

Yapıcı: Δx = nλ | Yıkıcı: Δx = (n + 1/2)λ

Işığın Çift Yarıkta Girişimi (12.3.1.3)

Young deneyinde tek renkli ışık, birbirine çok yakın iki yarıktan geçirilip uzaktaki bir perdeye düşürülür. Perdede sırayla aydınlık ve karanlık saçaklar oluşur. Merkezdeki saçak (n = 0) aydınlıktır.

Aydınlık saçak: d·sinθ = nλ | Karanlık saçak: d·sinθ = (n + 1/2)λ

Ardışık iki aydınlık (veya karanlık) saçak arası: Δy = λ·L / d

• Dalga boyu (λ) arttıkça saçak aralığı artar; mor ışıkta aralık küçük, kırmızıda büyüktür.
• Perde uzaklığı (L) arttıkça saçak aralığı artar.
• Yarıklar arası uzaklık (d) arttıkça saçak aralığı azalır.
• Beyaz ışıkta merkez beyaz, yanlarda renkli saçaklar görülür.
• Yarık genişliği yalnızca şiddeti ve zarf desenini etkiler, saçak aralığını değiştirmez.

Işığın Tek Yarıkta Kırınımı (12.3.1.4)

Tek yarıktan geçen tek renkli ışık perdede geniş bir merkezi aydınlık bant ve yanlarda daha sönük bantlar oluşturur. Merkezi bant, yan bantların yaklaşık iki katı genişliktedir ve en parlak banttır.

Karanlık bantlar: a·sinθ = nλ (n = 1, 2, 3, ...), a: yarık genişliği

• Yarık daraldıkça merkezi bant genişler ve kırınım artar.
• Dalga boyu arttıkça merkezi bant genişler.
• Perde uzaklaştıkça bantlar fiziksel olarak genişler.
• Girişim saçakları yaklaşık eşit aralıklıdır; tek yarıkta ise merkez bandı belirgin geniş ve parlaktır. Bu fark iki durumu ayırt etmek için kullanılır.

Işığın Dalga Doğası (12.3.1.5)

Işığın kırınıma ve girişime uğraması, bu olayların yalnızca dalgalara özgü olması nedeniyle ışığın dalga doğasına sahip olduğunu gösterir. Parçacık modeliyle perdede düzenli aydınlık-karanlık saçakların oluşması açıklanamaz. Young deneyi bu konuda temel kanıtlardan biridir.

Doppler Olayı (12.3.1.6)

Dalga kaynağı ile gözlemci arasında göreli hareket varsa gözlemcinin algıladığı frekans, kaynağın yaydığı frekanstan farklı olur. Yaklaşma sırasında algılanan frekans artar, uzaklaşma sırasında azalır. Kaynağın yaydığı frekans değişmez; değişen yalnızca algılanan frekanstır.

• Ses örneği: yaklaşan ambulans sireni daha tiz, uzaklaşırken daha pes duyulur.
• Işık örneği: Dünya'dan uzaklaşan galaksilerin ışığı kırmızıya kayar; bu evrenin genişlediğinin bir göstergesidir.
• Radar ve hız ölçerler Doppler olayından yararlanır.