Çoğu zaman farkında olmasak da dalga ve dalga hareketinin yaşamın ve hayatımızın her alanında etkisi var. Bazen hayatımızı kolaylaştıran dalgaların bazı zaman da yıkıcı etkileri ile karşılaşıyoruz. Peki, dalgalar olmasaydı hayatımız nasıl olurdu?
Örneğin etkilerini günlük hayatımızda hissettiğimiz dalgaları düşünelim ve bir an için bunları hayatımızdan çıkardığımızı varsayalım. Neler olurdu? Her türlü uzaktan kumanda aletini, telsiz, radyo, televizyon ve cep telefonlarını kullanamaz, internetten mahrum kalırdık. Yemeklerimizi ısıtmak için kullandığımız mikrodalga fırınlar hayatımızda olmazdı. Ayrıca elektrikle çalışan birçok alet de işe yaramazdı çünkü bu aletlerin çalışma prensibi çoğunlukla elektromanyetik dalgalara dayanır. Sadece bunlar değil, tuttuğumuz takımı desteklemek için stadyumlarda oluşturduğumuz Meksika dalgasının (stadyumda her bir seyircinin ahenkli bir şekilde olduğu yerde ayağa kalkıp oturması ile oluşan görsel dalga) coşkusundan da mahrum kalırdık.
Bundan 135 yıl öncesine kadar çalışma prensibi elektromanyetik dalgalara dayanan teknoloji ürünleri hayatımızda yoktu ve buna rağmen hayatımızı sürdürebiliyorduk. Ancak dalgaları hayatımızdan çıkaramayacağımız durumlar da vardır. Dünya’daki yaşamın kaynağı olan enerjinin Güneş’ten ışık dalgalarıyla geldiğini düşünürsek dalgaların hem yaşam hem de evrenin varlığı açısından ne kadar önemli olduğunu anlayabiliriz. Peki, bu denli önemli olan dalgaların özellikleri nelerdir?
Dalga olayı aslında enerjinin bir yerden başka bir yere taşınmasıdır. Örneğin durgun bir göle attığımız bir taşın suyun yüzeyinde oluşturduğu dalgaların kıyıya kadar ilerlediğini görürüz. Aslında kıyıya ulaşan, taşın atıldığı noktadaki suyun kendisi değildir. O noktada ortaya çıkan enerji su dalgaları ile kıyıya kadar iletilir. Dalga hareketi, ortamdaki titreşimlerin uyumlu hareketi olarak görülebilir. Su dalgasında her bir su molekülü hem aşağı-yukarı hem de ileri-geri yönde yaptıkları titreşim hareketinin birleşimi sonucu oluşan dairesel bir yörünge izler.
Yukarıdaki görselde durgun bir suda su dalgasının nasıl oluştuğu ve nasıl ilerlediği görülüyor.
Bu sırada bir yandan da enerjiyi komşu moleküllere ileterek onların da benzer hareketi yapmalarını sağlar. Yani suyun yüzeyindeki her molekül birbiri ardınca hareket eden ancak birbirlerinden bağımsız titreşim kaynaklarıdır. Böylece ilerleme doğrultusu boyunca oluşan dalga kıyıya kadar ulaşır.
Dr. Daniel A. Russell CC BY-NC-ND 4.0
Ses dalgası, elektromanyetik dalga, deniz dalgası, kütleçekimsel dalga ya da Meksika dalgası… Farklı özelliklere sahip olsalar da hepsi “genlik”, “dalga boyu” ve “frekans” gibi ortak nicelikleri içeren tek bir formülle ifade edilebilir. Türü ne olursa olsun bir dalganın hızı (v) dalga boyu (l) ve frekansa (f) bağlıdır. Dalgalar arasındaki ayırt edici bir özellik de dalganın titreşim doğrultusu (genliğinin doğrultusu) ile dalganın ilerleme doğrultusunun birbirine göre durumudur. Ses dalgalarında olduğu gibi bir dalganın titreşim doğrultusu ile ilerleme doğrultusu aynı ise boyuna dalga, elektromanyetik dalgalarda olduğu gibi titreşim doğrultusu ilerleme doğrultusuna dikse enine dalga olarak sınıflandırılır.
Hareketin tekrar etmesi için geçen süreye periyot (T) denir. Frekans (f) ise bir saniyede hareketin kaç kez tekrarladığının ölçüsüdür ve Hertz (Hz yani 1/saniye) birimiyle ifade edilir. Taneciğin aşağı-yukarı hareketini tekrar ettiği süre içinde (periyot) dalga ilerleme doğrultusunda dalga boyu kadar (l) yol alır. Dalganın hızı (v) ile dalga boyu ve frekans arasındaki ilişki v=lf şeklinde ifade edilir.
Ses dalgası ve su dalgası gibi dalgaların kaynağı mekanik hareket olduğu için (bu tür dalgalar mekanik dalgalar olarak isimlendirilir) oluşabilmeleri ve ilerleyebilmeleri için ortamda katı, sıvı ya da gaz hâlde madde tanecikleri olması gerekir. Elektromanyetik ve kütleçekimsel dalgalar ise boş uzayda da oluşup ilerleyebilirler. Mekanik olmayan dalga türlerinden biri olan elektromanyetik dalgada enerji titreşen elektrik alan ve manyetik alan sayesinde taşınır. Mekanik olmayan dalgalar boşlukta ışık hızında (saniyede yaklaşık 300.000 km) ilerler, daha yoğun ortamlarda ise yayılma hızları azalır. Mekanik dalgaların hızını ise dalganın yayıldığı ortamın özelliği belirler. Bu dalgaların hızı ışık hızından çok daha azdır. Örneğin ses havada yaklaşık 1225 km/h (saniyede 0,34 km) hızla ilerler.
Teknolojik aletlerin çalışma prensibi elektromanyetik dalgalara dayandığından günlük hayatımızı en çok etkileyen dalgalar elektromanyetik dalgalardır. Elektromanyetik dalgalarda elektrik alanın ve manyetik alanın titreşim doğrultuları hem birbirlerine hem de ilerleme doğrultusuna diktir.
Elektromanyetik dalgada elektrik alanın ve manyetik alanın titreşim doğrultuları hem birbirine hem de ilerleme doğrultusuna diktir.
Elektromanyetik dalgalar boşlukta ışık hızında yayılır ve frekans aralığı çok geniştir. Elektromanyetik dalgaların belirli frekans aralıkları farklı isimlerle anılır. Bu sınıflandırma ışık tayfı olarak isimlendirilir. İnsan gözü görünür bölge aralığındaki elektromanyetik dalgaları algılayabilir. Frekansı görünür ışıktan küçük olan elektromanyetik dalgalar özellikle elektronik teknolojisinde bilgi transferinde kullanılır. Örneğin radyo ve televizyon yayınları, kablosuz internet, mobil iletişim sinyalleri bu frekans bölgesindedir. Frekansı görünür ışıktan büyük olan elektromanyetik dalgalar, örneğin X-ışınları ise tıp-sağlık alanında ve malzeme analizinde kullanılır.
Elektromanyetik dalganın frekansı çok geniş bir aralıkta olabilir.
Ses dalgaları, bu dalgaları üretebilen ve algılayabilen organlara sahip olan canlılar arasında iletişimde kullanılır. Ancak ses dalgalarının yayılabilmesi için ortamda madde taneciklerinin bulunması gerektiğinden genellikle kısa mesafeler arası iletişimde kullanılabilirler. Elektromanyetik dalgalar ise hem madde tanecikleri içeren ortamlarda hem de boşlukta yayılabilir. Teknolojik cihazlar (örneğin basit bir direnç, bobin ve kondansatör devresi) ile üretebildiğimiz elektromanyetik dalgalar aracılığıyla bilgiyi çok uzak mesafelere iletebiliriz. Örneğin Mars yüzeyinde görev yapan uzay araçlarının Dünya’dan kontrol edilmesini sağlayan komutlar ve uzay araçlarının gezegen hakkında topladığı bilgiler ve çektiği fotoğraflar elektromanyetik dalgalar sayesinde iletilir.
Elektromanyetik dalgaları aynı zamanda evren hakkında bilgi edinmek için de kullanırız. Elektromanyetik dalgalar boş uzayda enerjilerini kaybetmeden ışık hızında ilerler ve evrenin çok uzak noktaları hakkında bilgi edinmemizi sağlar.
Evren ve uzak gökadalar hakkında yakın zamanlara kadar yalnızca elektromanyetik dalgaları kullanarak bilgi edinebiliyorduk. Varlığı 1916’da Albert Einstein tarafından öngörülen kütleçekimsel dalgaların 2016 yılında doğrudan gözlemlenmesinden sonraysa evren hakkında kütleçekimsel dalgalar kullanılarak da bilgi elde edilmeye başlandı.
Kaynaklar:
Yazar Hakkında:
Prof. Dr. Hüseyin Sarı
Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü