Fizik Güz Dönemi-sıkıştırıldı PDF

SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN FİZİK VE ÖLÇME 2. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Fizik Nedir? Fizik, madde ile enerji ara...

SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN FİZİK VE ÖLÇME 2. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Fizik Nedir? Fizik, madde ile enerji arasındaki etkileşimi inceleyen ve doğadaki olayları anlamaya çalışan uygulamalı bir bilim dalıdır.  Bilim Nedir? Evrenin ya da olayların bir bölümünü konu olarak seçen, deneysel yöntemlere ve gerçekliğe dayanarak yasalar çıkarmaya çalışan düzenli bilgidir.  Bilgi Nedir? İnsan aklının erebileceği olgu, gerçek ve ilkelerin bütünüdür.  Bilim İnsanının Özellikleri Otorite tanımaz. Mantıksaldır. Kuşkucudur. Ön yargıdan uzak ve tarafsızdır. Eleştiricidir. Değişimi savunur. Genelle ilgilenir. Seçicidir. Pozitiftir. Ölçme ve deneye dayanır. Evrenseldir. Geniş bir hayal ve yorumlama gücü vardır.  Bilimsel Çalışma Yönteminin Basamakları Problemin Belirlenmesi Öncelikle problemin iyi anlaşılması gerekiyor. "Problemi anlamak, problemi yarı-yarıya çözmek demektir."  Gözlem Nitel ve Nicel olmak üzere iki çeşit gözlem vardır. Nitel Gözlem: Beş duyumuzu kullanarak yaptığımız gözlemlerdir. Örneğin "çaydanlıktaki su sıcaktır". Buradaki gözlem nitel bir gözlemdir. Bunu, suya dokunarak veya sudan çıkan buharı gözlemleyerek karar veririz. Nicel Gözlem: Ölçü aletleri kullanılarak yapılan gözlemlerdir. Örneğin "çaydanlıktaki su 80 ºC dir". Nicel gözlem sonunda; o Sayısal veriler elde edilir. o Nicelik belirtir. o Duruma ve kişiye göre değişmez. o Bilimsel önem taşır. o Güvenilir bir gözlemdir. o Bilimin en çok başvurduğu bir metottur.  Verilerin Toplanması Veriler problem ile ilgili gerçekleri içerir. Gözlemler sonucu elde edilen veriler toplanıp, düzenlenir. Hipotezin Kurulması Hipotez, probleme geçici bir çözümdür (varsayım). Hipotez; verilerin tamamını kapsayan, tutarlı, ancak kesin olmayan, denenebilir, sınanabilir bir açıklamadır. Tahminlerde Bulunma Kurulan hipotezler doğrultusunda mantıklı sonuçların çıkartılmasıdır ve bu sonuçlar ile hipotezler test edilir.  Kontrollü Deney Yapılan tahminlerin geçerli olup olmadığı kontrollü deneyler sonucu tespit edilir. Deney sonuçları tahminleri doğrular ise hipotez geçerlilik kazanır. Aksi durumda ise eldeki verilerle yeni hipotezler kurularak bilimsel çalışmaya devam edilir. Teori Tekrarlanan deneylerle doğruluğu tam olarak değil, ama büyük ölçüde kabul edilmiş hipotezlerdir. Teorilerin çürütülme ihtimalleri vardır. Kanun Doğruluğu bütün bilimlerce kabul edilmiş varsayımlara kanun denir. Örnek: Yerçekimi kanunu, Mendel Kanunları  Mekanik Katıhal Fiziği Elektrik Nükleer Fizik FİZİK Manyetizma Atom Fiziği Optik Termodinamik  Mekanik Kuvvetlerin maddeler üzerine etkisini, maddelerin denge ve hareket nedenlerini bununla ilgili kanunları inceleyen fizik bölümüne Mekanik denir.  Elektrik Elektron ve protonların sahip olduğu etkileşimleri, bunları hareketi sonucu oluşan elektriksel alan, elektriksel kuvvetleri inceler. Elektrik günlük hayatımızın vazgeçilmez enerji kaynağıdır.  Manyetizma Yüklü parçacıkların hareketi sonucu oluşan manyetik alan ve manyetik kuvvetleri inceler. Günlük hayatımızda haberleşme, tıp olmak üzere pek çok alanlarda kullanılır.  Optik Işığın davranışını, yansımasını, gölge olayını, kırılma, aydınlanma olayını inceler.  Termodinamik Isı enerjisi, ısı alışverişini, ısıl dengeyi inceler. Suyun kaynaması, donması ve buzulların erimesi, dünyamızdaki küresel ısınma olaylarını inceler.  Atom Fiziği Atomları ve atomun yapısını inceler. Atomların bir biri ile etkileşimlerini inceler.  Nükleer Fizik Atom çekirdeğini inceleyen bilim dalıdır. Atom çekirdeğindeki bağları, bağların kopması sonucunda açığa çıkan enerjiyi, radyasyonu ve radyasyondan korunma yollarını inceler.  Katıhal Fiziği Kristal yapılı, yoğun maddelerin bağ yapısını, esnekliğini inceler. Bilgisayar ve elektronik alanlarında sıkça kullanılır.  Fiziğin Diğer Temel Bilimlerle İlgisi Maddenin katı, sıvı gaz hallerini en derin ayrıntısına kadar inceleyen, termodinamik yasalarını kullanan, kimyanın alt dalı olan Fizikokimya modern fizikten fazlasıyla etkilendi. Maddenin yapısı, elektromagnetik radyasyon, siyah cisim ışıması, fotoelektrik olay, atom spektrumları ve Bohr atom modeli, de Broglie bağıntısı, çözeltilerin termodinamik incelenmesi, elektrolit çözeltiler ve elektrokimyasal piller, kimyanın fizikle bağlantılı konularıdır.  Biyolojik süreçlerin aydınlatılmasında ve biyolojiye ilişkin sorunların çözümünde fiziksel bilimlerin ilke ve kavramlarından yararlanan bilim dalı biyofizik modern fizikteki gelişmelerden yararlandı. Sinir sisteminde uyarıların iletilmesindeki yapıyı, ışık, ses ve iyonlaştırıcı radyasyon gibi fiziksel büyüklüklerin canlılara etkisini ve canlıların yer değiştirme ya da iletişim yoluyla çevreleriyle kurdukları ilişkileri inceler. Biyofizikte kullanılan en yaygın inceleme ve araştırma yöntemleri arasında X-ışınları, Lazer, MR, Tomografi, PED, ultra santrifüj ile çökeltme fizikle bağlantılıdır.  Bilimin dili matematiktir. Fizikçiler karşılaştıkları bilimsel sorunları matematiksel metotlarla çözerler. Bilimsel süreç işletilirken ölçme, veri toplama, deney yapma, prensipler çıkarma aşamalarında matematik kullanılır.  Ölçme Ölçme, bir büyüklüğün kendi cinsinden bir standart ile karşılaştırılmasıdır. Bir büyüklüğü ölçmek için, o büyüklük cinsinden seçilen değişmez parçaya birim denir. Doğrudan Ölçme Ölçme aleti kullanılarak, bir nesnenin bilinmeyen büyüklük değeri, aynı cinsten birim kabul edilen bir büyüklük ile karşılaştırma yöntemidir. Dolaylı Ölçme Bir büyüklüğün, ölçülen bir ya da birden fazla doğrudan ölçüm sonucunda elde edilen veriler kullanılarak belirlenmesine yönelik ölçüm yöntemidir.  Birim Sistemleri Uluslararası beraberliği sağlamak ve birim kargaşasını önlemek amacıyla, fizikte birçok birim sistemi kullanılmaktadır.  Fiziksel Nicelikler, Standartlar ve Birimler Fiziksel Nicelikler Temel Nicelikler Türetilmiş Nicelikler (Uzunluk, kütle, zaman, sıcaklık, elektik (Hız, ivme, kuvvet, iş, güç, yoğunluk, akımı, ışık şiddeti, madde miktarı) basınç...) Tek bir niceliği içeren büyüklüklere “temel nicelikler”, birden fazla niceliğin ilişkisi ile oluşan ve temel büyüklüklerden elde edilebilen büyüklüklere “türetilmiş nicelikler” denir.  SI Temel Birimleri (MKS) Temel Nicelik Birim Sembol Türetilmiş Nicelik Birim Sembol Uzunluk Metre m Hız Metre/Saniye m/s Kütle Kilogram kg İvme Metre/Saniyekare m/s2 Zaman Saniye s Kuvvet Newton N Elektrik Akımı Amper A İş Joule J Sıcaklık Kelvin K Güç Watt W Işık Şiddeti Candela Cd Yoğunluk Kilogram/metreküp kg/m3 Madde Miktarı Mol mol Basınç Newton/metrekare N/m2  Uzunluk Uzunluk standardı ‘metre’ dir. 1 metre, ışığın boşlukta 1/299.792.485 saniyede aldığı yolun uzunluğu olarak tanımlanmıştır.  Uzunluk Ölçüleri Kilometre (km) Hektometre (hm) 10 a bölünür. Dekametre (dam) 10 ile çarpılır. Metre (m) 1 metre (m)=10 dm 1 metre (m) =100 cm Desimetre (dm) 1 metre (m)=1000 mm Santimetre (cm) 1 kilometre (km)=1000 m Milimetre (mm)  Kütle Kütle standardı ‘kilogram’ dır. 1887 yılında kabul edilen kütle standardı, ‘1 Kilogram’, platin-iridyum alaşımından yapılmış silindirin kütlesi olarak tanımlanmıştır. Bu silindir Fransa’nın Serves kentindeki Uluslararası Ağırlık ve Ölçümler Bürosunda saklanır.  Kütle Ölçüleri Kilogram (kg) Hektogram (hg) 10 a bölünür. Dekagram (dag) 10 ile çarpılır. Gram (g) 1 gram (g) = 1000 miligram (mg) 1 kilogram (kg) = 1000 g Desigram (dg) 1 kental = 100 kg Santigram (cg) 1 ton = 1000 kg Miligram (mg)  Zaman Zaman standardı ‘saniye’ dir. 1960 yılına kadar saniye ortalama güneş günü cinsinden tanımlanmıştır. Bir güneş gününün 1/86400 üne saniye adı verilir. 1967 yılında yeni saniye standardı sezyum atomunun 9.192.631.770 defa titreşim yapması için geçen süredir.  Zaman Ölçüleri Asır Saat 1 sa = 60 dk Yıl Dakika 1 dk = 60 s Ay Hafta Saniye 1 s = 100 sl Gün Salise 1 sl = 10-2 s Saat Milisaniye 1 ms = 10-3 s Dakika Mikro saniye 1 μs = 10-6 s Saniye Salise  Elektrik Akımı Akım birimi Amper’ dir. Sembolü A’ dır. Akım ölçüleri Kiloamper 1 kA = 1000 A Amper 1 A = 1000 mA= 10-3 kA Miliamper 1 mA= 1000 μA = 10-3 A Mikroamper 1 μA = 1000 nA= 10-6 A  Sıcaklık Sıcaklık, maddenin bir molekülünün kinetik enerjisi ile orantılı bir büyüklüktür. Sıcaklık Termometre ile ölçülür. Sıcaklığın kullanılan yaygın birimleri Selsiyus (°C), Kelvin (°K) ve Fahrenhayt (°F) dır.  Işık Şiddeti Bir kaynağın birim zamanda yaydığı ışık enerjisinin bir ölçüsüdür. I ile gösterilir. Işık şiddeti fotometre ile ölçülür. Birimi candela (cd) ya da mumdur.  Madde Miktarı Madde miktarını ifade etmek için mol tanımı kullanılır. Bir maddenin bir molü, Avagadro sayısı kadar parçacık içermektedir. Avagadro sayısının değeri: NA=6,022x1023 parçacık/mol dür.  SI birimlerinin az ve çok katları şöyle sembolize edilir. Az Katlar Adı Simgesi Çok Katlar Adı Simgesi 10-1 Desi d 10 Deka da 10-2 Santi c 102 Hekta h 10-3 Mili m 103 Kilo k 10-6 Mikro µ 106 Mega M 10-9 Nano n 109 Giga G 10-12 Piko p 1012 Tera T 10-15 Femto f 1015 Peta P 10-18 Atto a 1018 Exa E 10-21 Zepto z 1021 Zetta Z 10-24 Yokto y 1024 Yotta Y  Alan (Yüzey) Ölçüleri 1 metrekare (m2) = 100 dm2 = 10 000 cm2 = 1 000 000 mm2 1 ar (a) = 100 m2 1 dekar (da) = 1000 m2 = 10 a 1 hektar (h) = 10 da = 10 000 m2 = 100 a 1 kilometrekare (km2) = 100 h = 1000 da = 1 000000 m2  Ölçmede Hata Fiziksel bir büyüklük ölçülürken değişik sebeplerden dolayı hata oluşur. Gerçek değerle ölçüm arasındaki farka ölçüm hatası denir. Hata hiçbir zaman sıfırlanamaz ama en aza indirilebilir. Ölçümlerdeki hatanın dört nedeni vardır: Bir ölçümde hatayı azaltmak için ölçü sayısını artırmak gerekir. Ne kadar çok ölçüm yapılırsa bulunan sonuçlar o kadar gerçeğe yakın olur.  Boyut Analizi Fizikte boyut bir niceliğin fiziksel doğasını gösterir. İki nokta (örneğin düz bir arazi üzerinde belirlediğimiz A ve B gibi iki nokta) arasındaki mesafeyi ölçerken birim olarak metre, cm veya adım gibi farklı birimler kullanmamıza rağmen AB arası uzunluk boyutundadır. Bu fiziksel niceliği sadece uzunluk olarak ölçebiliriz, alan veya zaman olarak ölçemeyiz! Bu mesafenin boyutuna-fiziksel doğasına-uzunluk adını veririz. AB mesafesinin boyutu uzunluktur, birimi metre, km, ayak, karış veya uzunluk boyutunda tanımlanmış herhangi bir birim olabilir.  Bir fiziksel büyüklüğün boyutu, [ ] kapalı parantezi ile gösterilir. Mekanikte kullandığımız temel niceliklerin boyutları: Uzunluk = [ L ] Zaman = [ T ] Kütle = [ M ] Diğer bütün fiziksel nicelikleri bu temel boyutlar cinsinden ifade edebiliriz. Örneğin: [A] = alan=[ L ].[L]=[L2] [v] = hız=[ L ]/[T] [a] = ivme=[ L ]/[T2]  Alan Hacim Hız İvme Boyut L2 L3 L/T L/T2 SI Birim metre2 metre3 metre/saniye Metre/saniye2 Sistemindeki (m2) (m3) (m/s) (m/s2) Birimi  Boyutlara İlişkin Birkaç Hatırlatma! 1. Aynı boyuta sahip olan fiziksel nicelikler toplanabilir veya çıkarılabilir. Örnek: elma + elma=elma elma - elma=elma elma +/- armut=? Dolayısı ile hız boyutuna sahip bir fiziksel nicelik ile kütle boyutuna sahip bir fiziksel nicelik toplanamaz, ama bu iki nicelik çarpılıp/bölünüp başka bir fiziksel nicelik elde edilebilir, örneğin uzunluk ve zaman boyutunun hızı, ivmeyi vb. vermesi gibi. 2. Bir eşitliğin her iki tarafındaki ifadeler aynı boyuta sahip olmak zorundadır. [elma]=[elma] [elma]=[armut] ? 3. Adi sayıların boyutu yoktur. Fiziksel sabitlerin ise uygun boyutu vardır. Örnek: 𝑣 = 𝑎𝑡 ifadesinin boyutsal olarak doğru olduğunu gösteriniz. Burada 𝑣 hızı, 𝑎 ivmeyi, 𝑡’ de zamanı göstermektedir. Örnek: Düzgün 𝑣 hızı ile 𝑟 yarıçaplı bir dairede hareket eden parçacığın ivmesi, 𝑟 [ ve 𝑣 𝑚 ile orantılı olduğu varsayılıyor. 𝑣 ve 𝑟’ nin üslerini nasıl belirleyebiliriz.  Birim Çevirme Birimleri bir sistemden başka bir sisteme çevirmek için çevirim çarpanlarını kullanmamız gerekir. CGS cm, g, s MKS (SI) m, kg, s Örnek: Katı bir kübün kütlesi 856 g ve herbir kenarı 5.35 cm uzunluğa sahiptir. SI birim sisteminde, kübün yoğunluğu 𝜌’ yu bulunuz.  Kaynaklar R. Serway, R. Beichner, (K. Çolakoğlu), Fen ve Mühendislik için Fizik, Palme Yayıncılık, 2007. P. Fishbane, S. Gasiorowicz, S. Thornton, (C. Yalçın), Temel Fizik, Arkadaş Yayınevi, 2009. N. Balkan, A. Erol, Çevremizdeki Fizik, Tübitak Popüler Bilim Kitapları, 2005. SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN FİZİK PRENSİPLERİ 3. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Maddenin Yapı Taşları Bir maddenin özelliklerini temsil eden en küçük yapı taşı atomdur. Atomlar da eksi yüklü (-) elektron ve artı yüklü (+) çekirdek gibi daha küçük parçacıklardan oluşmaktadır. Çekirdek artı (+) yüklü proton ve yüksüz (0) nötrondan oluşmaktadır. Proton ve nötron gibi atom altı parçacıklar da kuark olarak adlandırılan alt parçacıklardan oluşmaktadır.  BİR ATOMDA HER ZAMAN A.N = p = ÇEKİRDEK YÜKÜ K.N = p + n YÜK = p – e p = e ise yük =0 Nötr atom p ≠ e ise yük ≠ 0 İYON p > e ise KATYON X+ p < e ise ANYON X- Örnek: Atom No Elektron Sayısı Kütle No X 16 17 33 Y 12 10 24 Z 4 2 7 X, Y ve Z iyonlarının yüklerini ve nötron sayılarını belirleyiniz.  Yoğunluk Birim hacimde bulunan madde miktarıdır. 𝑚 𝜌= 𝑉 𝜌: Yoğunluk 𝑚: Kütle 𝑉: Hacim  Fiziksel Büyüklükler Skaler Vektörel Büyüklükler Büyüklükler  Skaler Büyüklükler Sayı ve birimle ifade edilen büyüklüklerdir. Uzunluk (L = 20 cm) Enerji (E =100 joule) Zaman (Saat 16:50) Sıcaklık (15 °C) Kütle (3 kg) Hacim (60 m3) Alan (6 m2)  Vektörel Büyüklükler Sayı ve birim yanında yöne de ihtiyaç varsa bu büyüklüklere vektörel büyüklükler denir. Hız (𝑣Ԧ = 5 𝑚/𝑠) Kuvvet ( 9Ԧ = 10 𝑁) İvme (𝑎Ԧ = 3 𝑚/𝑠 2 ) Elektrik Alan (𝐸 = 18 𝑁/ 6) Momentum (𝑝Ԧ = 20 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠)  Vektör Yönlü doğru parçalarına vektör denir. Bir vektörün tam olarak tanımlanabilmesi için; ▪ yönü, ▪ doğrultusu, ▪ büyüklüğü, ▪ başlangıç noktasının bilinmesi gerekir.  Vektörlerin Bazı Özellikleri İki Vektörün Eşitliği Aynı yönde ve aynı büyüklükte 𝐴Ԧ ve 5 vektörleri eşit vektörlerdir. 𝐴 = 5 olup aynı yönde de uygulanıyorlarsa 𝐴Ԧ = 5  Vektörlerin Toplamı İki veya daha fazla vektörün birbiriyle toplanacağı zaman, işe karışan bütün vektörlerin birimleri aynı olmalıdır. Vektörlerin Çıkarılması Vektörlerin çıkarma işleminde, bir vektörün negatifinin tanımından yararlanılır.  Bir Vektörün Bir Skaler ile Çarpılması Bir 𝐴Ԧ vektörü, pozitif bir 𝑚 skaler niceliği ile çarpılırsa, 𝑚𝐴Ԧ çarpımı, 𝐴Ԧ ile aynı yönde ve 𝑚𝐴Ԧ büyüklüğünde olan bir vektördür. 𝑚 negatif bir skaler nicelik ise, 𝑚𝐴Ԧ vektörü 𝐴Ԧ ile zıt yönlüdür.  Vektörlerin Çarpımı Skaler Vektörel Çarpım Çarpım  Skaler Çarpım Herhangi iki vektörün skaler çarpımı, iki vektörün büyüklükleri ile bunların arasındaki açının kosinüsünün çarpımına eşittir. Vektörel Çarpım  Vektörleri Bileşenlerine Ayırma 𝐴Ԧ𝑥 bileşeni 𝐴Ԧ nün x ekseni boyunca izdüşümünü, 𝐴Ԧ f bileşeni 𝐴Ԧ nün y ekseni boyunca izdüşümünü gösterir. 𝐴Ԧ = 𝐴Ԧ𝑥 + 𝐴Ԧ f  Birim Vektörler x, y ve z doğrultularını gösteren birim vektörler, sırasıyla, 𝑖,Ƹ WƸ ve 𝑘෠ harfleriyle gösterilirler. Birim vektörlerin büyüklüğü bire eşittir. 𝑖Ƹ = WƸ = 𝑘෠ = 1  Hareketli Cisimler Bir parçacığın hareketi, konumu her an biliniyorsa tamamen bellidir. Konumun zamana göre nasıl değiştiği bilinirse cismin hızı, hızın zaman içinde nasıl değiştiği biliniyorsa da ivmesi bulunabilir. a𝑖 a𝑠 ∆𝑥 = 𝑥𝑠 − 𝑥𝑖 𝑥𝑖 ∆𝑥 𝑥𝑠  Ortalama Hız Parçacığın (𝑣)ҧ ortalama hızının x bileşeni, onun ∆𝑥 yerdeğiştimesinin ∆ a zaman aralığına oranı olarak tanımlanır. Ani Hız Herhangi bir anda bir parçacığın hızına ani hız denir. 𝜐 ani hızı, Δ𝑡 sıfıra yaklaşırken Δ𝑥/Δ𝑡oranının limit değerine eşittir. Bu limite x in t ye göre türevi de denir.  Ortalama İvme Bir parçacığın hızı zamanla değiştiğinde, parçacığın ivmelenmekte olduğu söylenir. Ani İvme Bazı durumlarda, ortalama ivme değeri, farklı zaman aralıkları üzerinde farklı olabilir. Ani ivme, ortalama ivmenin Δ𝑡 sıfıra yaklaşırken ki limiti olarak tanımlanır.  Bir Boyutta Sabit İvmeli Hareket İvme sabit olduğunda, ortalama ivme ani ivmeye eşittir. Bu tür harekette, hız, hareketin başından sonuna kadar aynı oranda artar veya azalır. Sabit a ivmesiyle x ekseni boyunca hareket eden parçacığın konum-zaman, hız-zaman ve ivme-zaman grafikleri  Hareket Denklemleri Eşitlik 𝑣𝑥𝑠 = 𝑣𝑥𝑖 + 𝑎𝑥 a Zamana Bağlı Hız 1 𝑥𝑠 = 𝑥𝑖 + 𝑣𝑥𝑖 + 𝑣𝑥𝑠 a Hız ve Zamana Bağlı Konum 2 1 𝑥𝑠 = 𝑥𝑖 + 𝑣𝑥𝑖 a + 𝑎𝑥 a 2 2 Zamana Bağlı Konum Denklemi 𝑣𝑥2𝑠 = 𝑣𝑥2𝑖 + 2𝑎 𝑥𝑠 − 𝑥𝑖 Konuma Bağlı Hız Denklemi  Kütle Bir cismin kütlesi, içerdiği maddelerin miktarıdır. Kütlenin varlığını iki şekilde görebiliriz; Eylemsizlik Yer çekimi Eylemsizlik, kütlenin hareketini koruma ya da devam ettirme eğilimidir. Yer çekimi ise, kütleler arasında var olan evrensel çekimdir. Bir cismin ağırlığı cismin kendisi ile dünya arasındaki kütle çekim kuvvetidir.  İki Cisim Arasındaki Yer Çekimsel Kuvvet 𝑚1 𝑚2 9 = : 𝑑2 Kütle Merkezi Madde bir noktada yoğunlaşmış değildir. Seçilen bir bölge içerisinde fiziksel cisimler arasında dağılmıştır. Maddenin kümelenmesi için kütle merkezi adı verilen bir nokta mevcuttur. Kütle merkezi o cismin ağırlığının mükemmel bir biçimde dengelendiği noktadır.  Momentum 𝑣 hızı ile hareket eden m kütleli bir parçacığın doğrusal momentumu kütle ve hızın çarpımı olarak tanımlanır. Momentum vektörel bir niceliktir ve yönü hız vektörü ile aynıdır! SI birim sisteminde birimi kgm/s’ dir.  Çarpışmalar Esnek Çarpışma İki cismin arasındaki esnek çarpışma, toplam momentum ve toplam kinetik enerjinin çarpışmadan önce ve sonra sabit kaldığı çarpışmadır. Esnek Olmayan Çarpışma Momentumun korunduğu, kinetik enerjinin korunmadığı çarpışma türü esnek olmayan çarpışma olarak adlandırılır.  Kuvvet Kuvvet, bir cismin çevresi ve diğer cisimlerle etkileşmesinin bir ölçüdür. Kuvvet, bir cismin, hızını, yönelimini ve/veya şeklini değiştirir. Kuvvet, vektörel bir niceliktir.  Hareket Yasaları Isaac Newton 1686 yılında yayınladığı “Doğa Felsefesinin Matematik İlkeleri” (kısaca “Principia”) olarak bilinen kitabında Isaac Newton mekaniğin temellerini atmış oldu. 1642-1727 “Principia” da, Newton, Hareket Yasaları ve Evrensel Çekim Yasası ile klasik mekaniğin temellerini atmıştır.  Hareket Yasaları 1 Eylemsizlik Prensibi 2 Dinamiğin Temel Yasası 3 Etki-Tepki Yasası  Eylemsizlik Prensibi Dinamiğin Temel Prensibi Etki-Tepki Yasası  İş Fizikte iş, bir kuvvetin etkisi ile bir cismin hareket etmesi sonucu ortaya çıkar. Cisim üzerine sabit bir kuvvet uygulayan bir etkenin cisim üzerinde yaptığı iş, 𝑊, kuvvetin yer değiştirme yönündeki bileşeni ile yer değiştirmenin çarpımıdır;  Enerji Enerji iş yapabilme yetisi olarak tanımlanabilir. Hareketli cisimlerin sahip olduğu enerji kinetik enerji olarak adlandırılır. Cisimler sisteminin konumunu etkileyen kuvvetlerin yarattığı enerji potansiyel enerjidir. Bir yayda depolanan esneklik potansiyel enerjisi; Enerjinin Dönüşümü Neredeyse tüm fiziksel olaylar birinden diğerine enerji dönüşümüne yol açar. İç enerji; maddeyi oluşturan partiküllerin kendilerinin kinetik ve potansiyel enerjileridir. Doğadaki toplamı sabit kalmak koşuluyla enerji bir biçimden diğerine dönüşebilir.  Güç İş yapma hızına güç denir. Başka bir deyişle, yapılan iş miktarının, onu yapmak için geçen süreye oranı gücü verir. Cismin üzerinde yapılan iş, cismin enerjisini artırır. Dolayısıyla, gücün daha genel bir tanımı enerji aktarma hızıdır. Güç birimi J/s yani Watt’ dır. Güç, bir kaynaktan çıkan akustik enerjinin bir ifadesi olarak akustik için özel bir öneme sahiptir.  Basınç Basınç, birim yüzey başına düşen kuvvet olduğu için SI birim sisteminde N/m2 biriminde olur. Basıncın kulak sağlığı ile yakın ilgisi vardır. Üst yüzeyi atmosfere açık olan bir sıvının ℎ derinliğindeki 𝑃 basıncı, atmosfer basıncından basıncın derinlikle değişimi 𝜌𝑔ℎ miktarı kadar büyüktür. 𝑃 = 𝜌𝑔ℎ  Basınç Birimleri Sembol Birim (SI) Birim (CGS) Basınç Kuvveti F N dyn Yüzey (Alan) S (A) m2 cm2 Basınç P N/m2 dyn/cm2 (bari) 1. Pascal (Pa)=N/m2 7. Santimetre-Civa (cm-Hg) 2. Bari=dyn/cm2 8. Milimetre-Civa (mm-Hg) 3. Kilo Pascal (kPa) 9. kg-f/m2 4. Bar 10.kg-f/cm2 5. Mili Bar (mbar) 11.g-f/cm2 6. Atmosfer (atm)  Birimlerin Dönüşümü Pa = 10 bari 1 bari = 0.1 Pa 1 kPa = 1000 Pa 1 Pa = 0.001 kPa = 10-3 Pa 1 bar = 1000 mbar 1 mbar = 0.001 bar = 10-3 bar 1 bar = 105 Pa 1 Par = 10-5 bar 1 bar = 106 bari 1 bari = 10-6 bar 1 cm-Hg = 10 mm-Hg 1 mm-Hg = 0.1 cm-Hg 1 atm = 76 cm-Hg 76 cm-Hg = 760 mm-Hg 1 atm = 1.013 bar 1.013 bar ≈ 1 bar ≈ 1 kg-f/cm 1 atm = 101300 Pa 101300 Pa ≈ 100.000 Pa ≈ 105 Pa 1 mbar = 98 Pa ≈ 100 Pa 100 Pa = 980 bari ≈ 1000 bari 1 g-f/cm2 = 98 Pa ≈ 100 Pa 1 mbar ≈ 1 g-f/cm2  Elastisite Bir cisim deformasyona uğradıktan sonra boyut ve şeklini korumasına elastisite adı verilir. Tam bir elastisiteye sahip cisim eski haline tamamen geri kazanan cisimdir. Bir cismin boyut ve şeklini geri kazanamamasına plastisite adı verilir ve mükemmel bir plastisiteye sahip bir cisimde deformasyon kalıcıdır. Materyallerin çoğu ne tamamen esnektir ne de tamamen plastiktir ancak bu sınırlara oldukça yaklaşmaktadır.  Deformasyonun üç değişik şekli; 1. Katının, uzunluğundaki bir değişime karşı gösterdiği direncin bir ölçüsü olan “Young sabiti” (Young modülü) 2. Katının, atomik düzlemlerinin birbiri üzerinde kayması şeklinde ortaya çıkan harekete karşı gösterdiği direncin bir ölçüsü olan “kesme sabiti” (makaslama modülü) 3. Katıların veya sıvıların, hacimlerinde meydana gelecek değişime karşı gösterdikleri direncin bir ölçüsü olan hacim (bulk) modülü. Young Modülü Kesme Modülü Bulk Modülü  Viskozite Sıvı veya yarı sıvı halinde bulunan maddelerin akışa ve şekil değişikliğine karşı gösterdikleri dirence viskozite denir. Viskozitenin tersine akıcılık denir. Viskozite 𝜂, akıcılık ise Ø ile gösterilir. Aralarında 1 Ø= 𝜂 bağıntısı vardır.  Gazların Özellikleri Havanın ve genel anlamda gazın akustikle alakalı fiziksel özellikleri özel ilgi konusudur. Etrafımızda yaygın olan sıcaklık ve basınçlarda hava neredeyse ideal bir gazdır. İdeal bir gaz, 𝑃𝑉 = [𝑅𝑇 hal denklemi ile ifade edilir.  Mutlak Sıcaklık Termodinamik kurallarına göre, elde edilebilecek en düşük teorik sıcaklık limiti mevcuttur. Bu sıcaklığa mutlak sıfır adı verilir ve termodinamik sıcaklık ölçeğinin başlangıç noktası verilir. Bu ölçekteki sıcaklık birimine Kelvin (K) adı verilir. Mutlak sıfır yaklaşık -273 °C dir.  İzotermal ve Adyabatik Süreçler Bir gazın hareket ettirilebilen bir pistonla bir uçta kapatılan bir silindir içerisinde yer aldığını farz edelim. Eğer piston dışarıya doğru hareket ettirilirse gaz genleşir ve bu şekilde piston üzerinde bir iş gerçekleştirilmiş olur. Bu iş gazın iç enerjisiyle gerçekleştirilir ve sonuç olarak, harici bir kaynaktan ısı sağlandığı sürece sıcaklık düşecektir. Gaz sıkıştırıldığında zıt değişiklikler meydana gelir. İzotermal bir süreç içerisinde, sağlanan ya da uzaklaştırılan ısı, iç enerjideki değişimi telafi eder ve bu şekilde sıcaklık sabit kalır. Adyabatik bir süreçte, sıcaklık genleşmeyle düşer ve sıkıştırılmasıyla artar.  Özgül Isılar Bir maddenin özgül ısısı belirtilen kütlesinin sıcaklığının 1 derece arttırılması için gereken ısıdır. Özgül ısı, maddenin moleküler yapısına ve haline bağlıdır. Gazların özgül ısıları genellikle sıvıların özgül ısılarından yüksektir ve sıvıların özgül ısıları genellikle katılarınkinden yüksektir. Gazların özgül ısıları akustik için önemlidir. Bir gazın özgül ısısı, ısı eklendiğinde genleşmesinin mümkün olup olmadığına bağlıdır. Eğer genleşme oluşursa, özgül ısı, hacminin sabit kalması durumundakine göre daha fazla olacaktır.  Kaynaklar R. Serway, R. Beichner, (K. Çolakoğlu), Fen ve Mühendislik için Fizik, Palme Yayıncılık, 2007. P. Fishbane, S. Gasiorowicz, S. Thornton, (C. Yalçın), Temel Fizik, Arkadaş Yayınevi, 2009. N. Balkan, A. Erol, Çevremizdeki Fizik, Tübitak Popüler Bilim Kitapları, 2005. SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN DALGALAR I 4. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Dalgalar Elektromanyetik Mekanik Dalgalar Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar  Elektromanyetik dalgalar yayılmak için bir ortama gereksinim duymaz.  Mekanik Dalgalar Ses Dalgaları Su Dalgaları Tanecik Dalgaları Bu dalgaların her biri için bozulabilen fiziksel bir ortam olmalıdır. Hava molekülleri, su molekülleri ve tanecikler titreşmelidir.  Dalga kavramı oldukça soyuttur. Bir su yüzeyine bakarken, su dalgası olarak gördüğümüz olay, su yüzeyinin yeni bir düzene geçme halidir. Su olmasa dalga da olmayacaktır.  Sarmal yay olmasa, üzerinde ilerleyen bir dalga da mevcut olmayacaktır. Ses dalgaları, hava molekülleri olmasa, hava içinde ilerleyemeyecekti.  Mekanik dalgaları, bir ortam içinden geçerken oluşturduğu sarsıntının yayılmasına karşılık geldiği şeklinde yorumlarız.  Dalga Hareketinin Temel Değişkenleri Dalgaların yüksek bölümlerine dalga tepesi, alçak bölümlerine dalga çukuru denir.  Ardışık iki dalga tepesi veya dalga çukuru arasındaki mesafeye dalgaboyu denir. λ ile gösterilir. nm, Å, µm birimleri ile ifade edilir.  Ardışık iki dalganın gelişleri titreşim olarak ifade edilir. Periyot, bir tam titreşim için geçen süredir. Birimi saniye (s)’ dir. Frekans, birim zamanda belirli bir noktadan geçen dalga sayısıdır. Birimi Hertz (Hz)’ dir. 1 𝑓= 𝑇  Genlik Ortamın bir parçacığının maksimum yer değiştirmesine dalganın genliği denir. Su dalgalarının genliği, dalgalar ilerlerken suyun durgun yüzeyi ile titreşen yüzeyi üzerindeki su moleküllerinin en yüksek yer değiştirmesidir. Parçacığın Yer Değiştirme Doğrultusu Dalga hareketini göstermenin bir yolu, gerilmiş ve bir ucu bir yere sabitlenmiş uzun bir ipin diğer ucunu ani olarak hareket ettirmektir. Bu durumda, tek bir dalga atması (pulsu) meydana gelir ve belli bir hızla hareket eder. Bu tip sarsıntıya ilerleyen dalga denir.  Böyle bir tek atma için, bir atma treninin aksine; frekans, periyot ve dalga boyu olmaz. Bununla beraber, atma belli bir genliğe ve hıza sahiptir. Titreşim Doğrultularına Göre Dalgalar;  Enine Dalga Dalga atması ip boyunca ilerlerken, sarsılan ipin her parçası dalga hareketine dik doğrultuda hareket eder. İpte dalga doğrultusunda bir hareket görülmüyor. Sarsılan ortamın parçacıkları, dalga hızına dik olarak hareket ettiğinde, bu tip ilerleyen bir dalgaya enine dalga denir.  Boyuna Dalga Yayın sol ucu hafifçe sağa itilir ve sonra sola doğru çekilir. Bu hareket, yayın bu bölgesinde ani bir sıkışma oluşturur. Sıkışma bölgesi yay boyunca ilerler. Sıkışma bölgesi, yayın gevşediği bir bölgeyi takip eder. Yay halkaları yer değiştirme doğrultusunda sıkışan bölgenin yayılma doğrultusuna paraleldir. Ortamın parçacıklarının, dalganın hareket doğrultusuna paralel hareket etmesiyle oluşan ilerleyen dalgaya boyuna dalga denir.  Ses dalgaları, ortamın sarsıntıları sonunda ortaya çıkan boyuna dalgalardır. Herhangi bir maddi ortam ya da hava içinde belli bir hızla ilerleyen sarsıntı, ortamda bir dizi yüksek ve düşük basınç bölgeleri meydana getirir.  Doğadaki bazı dalgalar, enine ve boyuna yer değiştirmelerin birleşimidir. Bunlara su yüzeyindeki dalgalar iyi bir örnektir. Yüzeydeki su molekülleri yaklaşık olarak dairesel yollar boyunca hareket ederler.  Boyuna yer değiştirme; dalga, suyun yüzeyinden geçerken tepelerdeki su molekülleri, dalganın yayılma yönünde hareket ederler, fakat çukurlardaki moleküller, yayılma doğrultusuna ters yönde ilerlerler.  Bir depremin olduğu yer yüzeyinin altındaki noktalardan ilerleyen üç-boyutlu dalgalar, hem enine hem de boyuna olmak üzere iki tiptir. Boyuna dalgalar, ikincisinden hızlıdır ve yüzey yakınında 7 ve 8 km/s hızla ilerler. Bu dalgalara P dalgaları denir. P birincil (primer) anlamındadır çünkü bu dalgalar enine dalgalardan hızlı ilerler ve sismografa önce varırlar.  Yavaş olan enine dalgalara S dalgaları denir. S ikincil (sekonder) anlamındadır ve yüzeye yakın yerlerde 4 ve 5 km/s hızla Yerküre içinde ilerler. Bu iki tip dalganın gelme süreleri arasındaki zaman aralığı sismograf ile kaydedilerek dalgaların oluştuğu noktanın sismografa uzaklığı hesaplanabilir.  Bir-Boyutta İlerleyen Dalgalar Gerilmiş bir sicim üzerinde sabit 𝑣 hızı ile sağa doğru ilerleyen bir dalgayı göz önüne alalım. Atma, 𝑥 ekseni boyunca hareket eder ve sicimin enine yer değiştirmesi 𝑦 koordinatı ile ölçülür.  Şekil a, 𝑡 = 0 anında atmanın konum ve şeklini gösteriyor. Bu anda, atmanın şekli ne olursa olsun 𝑦 = 𝑓(𝑥) ifadesi ile temsil edilebilir. 𝑥 ve 𝑡’ ye bağlı 𝑦 yer değiştirmesine bazen dalga fonksiyonu denir. 𝑦 dalga fonksiyonu, herhangi bir 𝑡 anında ortamın herhangi bir 𝑃 noktasının 𝑦 koordinatını temsil eder.  Dalga atmasının hızı 𝑣 olduğundan 𝑡 zamanında sağa doğru 𝑣𝑡 uzunluğunda bir yol alır (Şekil b). Dalga atmasının şekli zamanla değişmezse, Sağa ilerleyen dalga Sola ilerleyen dalga  Verilen herhangi bir 𝑡 zamanı için 𝑥 in fonksiyonu olan 𝑦 dalga fonksiyonu, bu zamandaki atmanın biçimini gösteren bir eğriyi tanımlar. Bu eğri o andaki dalganın bir anlık şeklidir. Dalga tepesinin hareketini takip etmek için, 𝑥0 = 𝑥 − 𝑣𝑡 𝑡=0 𝑥 = 𝑥0 𝑑𝑡 süresi kadar sonra 𝑥 = 𝑥0 + 𝑣𝑑𝑡 𝑑𝑥 = 𝑥0 + 𝑣𝑑𝑡 − 𝑥0 = 𝑣𝑑𝑡 Dalga hızı 𝑑𝑥 𝑣= 𝑑𝑡 Örnek: 𝑥 ekseni boyunca sağa doğru hareket eden bir atmanın dalga denklemi aşağıda verilmiştir: 2 𝑦 𝑥, 𝑡 = 2 𝑥 − 3𝑡 +1 Burada 𝑥 ve 𝑦 cm, 𝑡 de saniyedir. 𝑡 = 0 ve 𝑡 = 2𝑠 için dalganın şeklini çiziniz. Örnek: 𝑡 = 0 da, bir teldeki enine dalga atması aşağıdaki fonksiyonla verilmektedir. 6 𝑦= 2 𝑥 +3 Burada 𝑥 ve 𝑦 nin birimi metredir. Eğer, dalga pozitif 𝑥 yönünde 4.5 𝑚/𝑠 hızla ilerlerse, bu dalgayı betimleyen 𝑦(𝑥, 𝑡) fonksiyonunu yazınız. Örnek: 𝑥 ekseni boyunca hareket eden bir dalga; −(𝑥+5𝑡)2 𝑦(𝑥, 𝑡) = 5𝑒 denklemiyle veriliyor. Burada 𝑥 metre ve 𝑡 saniyedir. a. dalga hareketinin doğrultusunu, b. dalganın hızını tayin ediniz. Örnek: Bir sismograf istasyonu, bir depremden 𝑆 ve 𝑃 dalgalarını 17.3 𝑠 aralıkla alır. Dalgalar, sırayla 4.5 𝑘𝑚/𝑠 ve 7.8 𝑘𝑚/𝑠 hızlarla aynı yolda ilerlemektedir. Sismometrenin deprem merkezine göre uzaklığını bulunuz.  Kaynaklar R. Serway, R. Beichner, (K. Çolakoğlu), Fen ve Mühendislik için Fizik, Palme Yayıncılık, 2007. P. Fishbane, S. Gasiorowicz, S. Thornton, (C. Yalçın), Temel Fizik, Arkadaş Yayınevi, 2009. SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN DALGALAR II 5. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Dalgaların Üst-Üste Binmesi ve Girişimi Doğada pek çok ilginç dalga olayı, hareketli tek bir atma ile açıklanamaz. Pek çok ilerleyen dalganın bir araya geldiği bileşke dalga şeklini analiz etmeliyiz. Üst-Üste Binme Prensibi İki ya da daha fazla ilerleyen dalga bir ortam içinde hareket ediyorsa, herhangi bir noktadaki bileşke dalga, bireysel dalga fonksiyonlarının cebirsel toplamıdır. Bu ilkeye uyan dalgalara lineer dalgalar denir ve bunlar küçük dalga genlikleriyle karakterize edilirler. Bu ilkeye uymayan dalgalara lineer olmayan dalgalar denir ve onlarda genellikle büyük genliklerle karakterize edilir.  İki ilerleyen dalga, birbirini değiştirmeden ya da bozmadan, birbiri içinden geçebilir. İki çakıl taşı bir havuzun içine atıldığı zaman, su yüzeyindeki genişleyen dairesel dalgalar birbirini bozmazlar. Gerçekte, dalgalar birbiri içinden geçerler. Gözlenen karışık desen, genişleyen dairelerin bağımsız iki takımı olarak görülebilir.  Benzer şekilde, iki kaynaktan çıkan ses dalgaları hava içinde hareket ederken, onlar birbiri içinden de geçebilir. Herhangi bir noktada işitilen bileşke ses, her iki sarsıntının bileşimi sonucunda oluşmuştur. Üst-üste Binme İlkesinin Gösterimi  Uzayın aynı bölgesinde, bir bileşke dalga oluşturmak üzere, farklı dalgaların birleşmesine girişim adı verilir. Şekilde görülen iki atma için, bireysel atmaların yer değiştirmeleri aynı yöndedir ve oluşan dalga şekli (atmalar üst üste geldiği zaman) bileşen atmaların ayrı ayrı yer değiştirmelerinden daha büyük bir yer değiştirme oluşturur. Bu olaya yapıcı girişim adı verilir.  Sonsuz uzun gerilmiş bir ip üzerinde zıt yönlerde ilerleyen iki özdeş olmayan atmayı düşünelim. Şekilde görüldüğü gibi atmalardan biri diğerine göre terstir. Bu durumda, atmalar üst üste geldiği zaman oluşan bileşke dalga, iki ayrı yer değiştirme büyüklüğünün farkıdır. Öncekinde görüldüğü gibi, iki atma birbirini yok etmez. (Yukarı doğru olan ile ters çevrilmiş olan birbirine eşit değildir). Atmalar birbiri içinden geçer. Zıt yönde olan bu iki atmanın üst üste gelmesine yıkıcı girişim denir.  Tellerdeki Dalga Hızı Gerilmiş bir tel yan tarafa çekilip sonra serbest bırakıldığında gerilme, telin bazı parçalarını denge konumundan ileri ve geri ivmelendirmeye zorlar. Newton’un ikinci yasasına göre, parçaların ivmelenmesi gerilmeyi arttırır. Eğer bir parça, artan ivme nedeniyle denge konumuna çok hızlı geri dönerse, dalga hızının büyük olacağını sezebiliriz. Böylece, gerilme arttıkça dalga hızının artmasını bekleriz.  Benzer şekilde, telin birim uzunluk başına kütlesi artarsa, dalga hızının azaldığı tartışabiliriz. Çünkü, telin yoğun kütleli parçasını ivmelendirmek, hafif kütleli parçasından daha zor olduğu için dalga hızının azalmasını bekleriz. Teldeki gerilmeyi T ve birim uzunluk başına kütleyi μ ile gösterirsek, dalga hızı,  Bir atmanın, durgun referans sistemine göre düzgün bir 𝑣 hızı ile sağa doğru hareket ettiğini düşünelim. Atma ile aynı hızda hareket eden referans sisteminin seçilmesi oldukça uygundur. Atma bu referans sisteminde durgun görünür. Bu, durgun yada sabit hızla hareket eden referans sistemlerinde Newton kanunun geçerli olduğu olgusuna izin verir. Başlangıçta, atmanın sağında bulunan bir tel parçası sola doğru hareket ederek yükselir ve atmanın şeklini takip eder, daha sonra da sola doğru hareketine devam eder.  ∆𝑠 uzunluğundaki sicimin küçük bir parçası R yarıçaplı yayın uzunluğunu oluşturur. Bu küçük sicim parçası, T gerilme kuvvetinin uygulanmasıyla oluşan 𝑣 2 /𝑅 ye eşit merkezcil ivmeye sahip olur. T’nin yatay bileşenleri birbirlerini yok eder. Örnek: Homojen bir cismin kütlesi 0.3kg ve uzunluğu 6m dir. Bir ucuna asılan 2kg kütle ile sicim gergin tutulmaktadır. Sicim üzerindeki bir atmanın hızını bulunuz.  Yansıma ve Geçme Bir puls sicimin bağlı olan sabit ucuna doğru ilerlediğini düşününüz. Atma, sabit uca geldiği zaman yansıyacaktır. Sicimin duvara bağlı olduğu destek noktası katı olduğundan, atmanın titreşimleri duvarın içine geçemez ve sicim boyunca ters yönde hareket eder.  Serbest uçtaki gerilme, düzgün bir direk üzerinde serbestçe düşey olarak kayabilen kütlesi ihmal edilen bir halkayla sağlanır. Atma yine yansıyacaktır, fakat bu kez yer değiştirmesi ters dönmeyecektir. Atma, direğe geldiği zaman, serbest uca bir kuvvet uygular ve halka bu kuvvetin etkisiyle yukarıya doğru ivmelenir. Bu olayda halka, gelen pulsun yüksekliğinden daha yükseğe fırlatılır ve sonra gerilmenin aşağı yönlü bileşeniyle ilk konumuna geri döner. Bu, ters dönmeyen, yansıyan atmayı oluşturur. Atmanın genliği geleninki ile aynı olur.  Bu iki hal arasında sınırın bir ortam olduğu durumlar olabilir. Bu halde gelen pulsun bir kısmı yansır ve bir kısmı da sınırı geçer.  Hafif bir ipin ucuna daha ağır bir ip bağlanmış olsun. Hafif ip üzerinde ilerleyen bir atma ikisi arasındaki sınıra vardığında bir kısmı ters çevrilerek yansır ve bir kısmı ise daha ağır ipe geçer. Yansıyan atma ters çevrilir. Yansıyan atma, gelen atmadan daha küçük bir genliğe sahiptir.  Atma ağır ip üzerinde ilerlediğinde ağır ip ile hafif ip arasındaki sınırda yine kısmen yansıma, kısmen geçme olur. Bu durumda yansımış atma ters çevrilmez.  Her iki halde, yansıyan ve geçen atmaların yükseklikleri, iplerin yoğunluklarına bağlıdır. Eğer iki ip özdeş ise, sınırda süreksizlik yoktur dolayısıyla yansıma olmaz.  Gerilmeleri aynı olan iki sicimden, ağır olanı üzerindeki bir atma, hafif sicimdeki atmadan daha yavaş ilerler. Eğer bir atma, A ortamından B ortamına 𝑣𝐴 > 𝑣𝐵 olacak şekilde (yani B, A dan daha yoğun) ilerlerse, atma, yansıdığında ters döner. Eğer atma, A ortamından B ortamına 𝑣𝐴 < 𝑣𝐵 (yani A, B den yoğundur) olacak şekilde ilerlerse, atma yansıdığında ters dönmez.  Sinüssel Dalgalar Şekildeki eğriyle temsil edilen dalga, sinüssel dalga adını alır. Eğri sin 𝜃 fonksiyonunun 𝜃’ ya göre çizimine benzer. Sinüssel dalda, periyodik ve sürekli dalganın basit bir örneğini oluşturur. Daha karışık dalgaların oluşturulmasında kullanılabilir.  Kırmızı eğri, ilerleyen dalganın 𝑡 = 0 anındaki durumunu, mavi eğri ise 𝑡 süre sonraki durumunu gösterir. Burada A sabitine dalganın genliği denir ve maksimum yer değiştirmeyi gösterir. λ sabiti, dalga boyu adını alır. x, λ nın tam katları şeklinde artarsa yer değiştirme kendisini tekrar eder.  Dalganın, bir dalga boyu kadar bir mesafeyi alması için geçen süreye T periyod denir. Dalga hızı, dalga boyu ve periyod arasında, bağıntısı vardır.  Sinüssel dalga fonksiyonunu, başka iki nicelik tanımlayarak daha uygun biçimde ifade edebiliriz. Bu nicelikler, k açısal dalga sayısı ve ω açısal frekansıdır.  Bir sinüssel dalganın frekansı, saniyede, sabit bir noktadan geçen bir dalga tepesinin (ya da dalganın herhangi bir noktasının) sayısına eşittir. Frekans, periyoda ile bağlıdır. f’nin birimi s-1 ya da Hertz dir. T’nin birimi ise saniyedir. k, ω ve f eşitlikleri kullanılarak, Burada, 𝜙’ ye faz sabiti denir. Bu sabit, başlangıç şartlarından bulunabilir. Örnek: Pozitif 𝑥 yönünde ilerleyen bir dalganın genliği 15𝑐𝑚, dalgaboyu 40𝑐𝑚 ve frekansı 8𝐻𝑧 dir. 𝑥 = 0 ve 𝑡 = 0 anında dalganın yer değiştirmesi şekilde görüldüğü gibi 15𝑐𝑚 dir. a. Dalganın 𝑘 dalga sayısını, 𝑇 periyodunu 𝜔 açısal frekansını, 𝑣 hızını bulunuz. b. 𝜙 faz sabitini bularak, dalga fonksiyonunun genel ifadesini yazınız.  Sicim Üzerindeki Sinüssel Dalgalar Dalga özdeş periyotlu bir trenden oluşmuşsa, biçimi ne olursa olsun; hız, frekans ve periyot arasında 𝑓 = 1/𝑇 ve 𝑣 = 𝑓𝜆 bağıntıları vardır. Dalga kaynağı basit harmonik titreşim yaparsa, dalga fonksiyonu hakkında daha belirgin ifadeler verebiliriz.  Şekil, bir çeyrek periyottaki, 𝑇/4, dalganın ani durumunu gösterir. Şekildeki P noktası gibi, sicimin her parçacığının, y doğrultusunda düşey olarak basit harmonik hareketle salınım hareketi yapacağına dikkat edilmelidir.  Sicimin her parçası, sicimin hareketini başlatan jiletin titreşim frekansına eşit bir frekansla titreşen, basit harmonik osilatör olarak kabul edilir. Her parça y doğrultusunda salınmasına rağmen, dalganın v hızı ile x yönünde ilerlediğine dikkat edin. Bu enine dalganın tanımıdır. Bu durumda, enine dalgayla taşınan enerji, titreşen jilet tarafından sağlanır.  𝑡 = 0 anındaki dalganın biçimi Şekil b deki gibi ise, dalga fonksiyonu Bu ifade, sicimin üzerindeki herhangi bir noktanın hareketini açıklamak için kullanılır. P noktası düşey olarak hareket eder ve böylece onun x koordinatı sabit kalır. Örnek: Şekilde görülen sicim, bir ucundan 5 𝐻𝑧 lik frekansla sinüssel olarak titreştirilmektedir. Hareketin genliği 12𝑐𝑚 ve dalga hızı 20 𝑚/𝑠 dir. a. Dalganın 𝑘 dalga sayısını ve 𝜔 açısal frekansını bulunuz ve dalga fonksiyonu için bir ifade yazınız. b. Sicim üzerindeki herhangi bir noktanın enine hızı ve ivmesinin maksimum değerlerini hesaplayınız. Sinüssel Dalgalarla Sicimde Taşınan Güç Dalgalar bir ortam içinden geçerken enerji taşırlar. Bu olay, şekilde gösterildiği gibi, üzerine bir kütle asılmış gergin sicimin bir ucundan bir atma gönderilerek kolaylıkla gösterilir. Atma, asılı kütleye geldiği zaman Şekil b deki gibi, kütle ani olarak yer değiştirecektir. Bu olayda, kütlenin hareket etmesiyle iş yapıldığından, enerji kütleye aktarılmaktadır.  Bir sicim üzerinde ilerleyen sinüssel dalgayı düşünün. Dalga tarafından taşınacak enerjinin kaynağı, sicimin sol ucundaki dış etkendir ve bu, salınımla iş yapılmaktadır. Dış etken ipi aşağı yukarı doğru hareket ettirirken ip üzerinde iş yapar, sisteme giren bu enerji ip boyunca ilerler.  Dalganın bir dalga boyundaki toplam enerjisi, kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı olduğundan, elde edilir. Dalga sicim üzerinde hareket ederken, bu enerji miktarı, bir periyotluk titreşim esnasında, sicim üzerindeki verilen bir noktadan geçer. Böylece dalganın oluşturduğu güç, yada enerji aktarım hızı; Herhangi bir harmonik dalgayla iletilen güç, frekans ve genliğin kareleri ile orantılıdır. Örnek: Birim uzunluk başına kütlesi 𝜇 = 5𝑥10−2 𝑘𝑔/𝑚 olan gerilmiş bir ip, 80 𝑁 luk gerilme kuvveti altındadır. 60 𝐻𝑧 frekansında ve 6 𝑐𝑚 genliğinde harmonik dalgalar üretmek için ipe ne kadar bir güç uygulamalıdır?  Kaynaklar R. Serway, R. Beichner, (K. Çolakoğlu), Fen ve Mühendislik için Fizik, Palme Yayıncılık, 2007. P. Fishbane, S. Gasiorowicz, S. Thornton, (C. Yalçın), Temel Fizik, Arkadaş Yayınevi, 2009. SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN SESİN TEMEL KAVRAMLARI I 6. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği Akustik Ses ile ilgili fizik alanına akustik denir. Psikoakustik Fiziksel uyaranla buna verilen psikolojik tepkiler arasındaki ilişkiyi inceleyen bilim dalına psikoakustik adı verilir.  Ses Ses fiziksel enerji cinslerinden biridir, bir titreşim enerjisidir. Ses, hava basıncındaki küçük, titreşimsel değişikliklerinin iletimi ile karakterizedir. Bu titreşimlerin, spesifik bir ses alıcısı olan kulağa ulaşması sonucunda işitme hissi ortaya çıkar.  Ses esnek bir ortamdaki (örneğin hava) moleküllerin meydana gelen basınç farkından dolayı sıkışıp gevşeyerek yer değiştirmesi ve bu yer değişim sonucu kulağımızda hissettiğimiz işitsel algıdır.  Titreşim hareketi yapan bir kaynak, dalgaların yayılabileceği maddesel bir ortam ve bu dalgaları algılayıp yorumlayabilecek bir alıcının var olması gerekmektedir. Bununla beraber insan ses algı mekanizmasının bir takım sınırlılıkları nedeniyle ortamda yayılan her dalga ses olarak nitelendirilemez. Kaynak Ortam Alıcı  Bir nesne titreştiğinde çevresinde hava moleküllerine çarparak basınç etkisi yapar ve bu etki, ses dalgası olarak yayılır. Titreşen nesne ses kaynağı, ses dalgasının bulunduğu bölge de ses alanı olarak adlandırılır.  Fiziksel olarak ses, gaz, sıvı veya katı ortamlarda oluşan mekanik titreşimlerdir. Bu titreşimlerin ses olarak algılanabilmesi için, yayılım ortamı (propagation medium), kulak hassasiyeti (duyu yeteneği) ve enerjiye sahip olması gerekir.  Ses katı, sıvı ve gaz ortamlarda yayılabilir. Bizler için sesin yayıldığı ortam havadır. Ses dalgaları havada birbirini takip eden sıkışma (yüksek basınç) ve genleşme (alçak basınç) bölgeleri biçiminde yayılır.  Sesin Oluşumu Ses titreşime sokulan yapılar tarafından oluşturulur. Yayılması, ortamdaki taneciklerin bu hareketi bir sonraki taneciğe iletmesi ile olur. Ortamdaki tanecik kendisine iletilen enerji ile istirahat pozisyonundan uzaklaşır, komşu taneciğe çarpar, sonra istirahat pozisyonuna dönerken komşu parçacık istirahat pozisyonundan uzaklaşıp bir sonraki taneciği harekete geçirir. Böylece taneciklerin birleştiği sıkışma (compression) fazları ve taneciklerin ayrıldığı seyrelme (rarefaction) fazları oluşturur. Tanecikleri taşınmaz, nakledilen enerjidir.  Titreşen nesneler kendilerine en yakın hava molekülünü harekete geçirir. Harekete geçen molekül enerjisini bir sonrakine aktararak ardışık moleküller boyunca enerji transferi devam eder. Böylece oluşan harekete dalga hareketi, oluşan dalgaya ise ses dalgası denir.  Bu dalgaların yorumlanabileceği bir alıcı olan kulağımıza ulaşan dalga hareketi kulak zarının ileri geri titreşmesine neden olur. Orta kulaktan geçerek iç kulak sıvısına aktarılan bu titreşim hareketi ilgili hücreler tarafından elektrik sinyallerine dönüştürülerek beyine gönderilir.  Ses Şiddeti Ses şiddeti, birim zamanda birim yüzeye düşen ses enerjisi olarak yada birim yüzeye düşen sesin gücü olarak tanımlanır. 𝐸 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝐼= ( 2 ) 𝑆. 𝑡 𝑚 𝑠 𝑁 𝑚 𝐼 = 𝐵𝑎𝑠𝚤𝑛ç. 𝐻𝚤𝑧 ( 2. ) 𝑚 𝑠  Ses Hızı Ses dalgalarının hızı yayıldığı ortamın özelliklerine bağlıdır. Kaynağı hareket ettiren kuvvete bağlı değildir. Ses hızı frekansa da bağlı değildir. 𝐻𝚤𝑧 = 𝑜𝑟𝑡𝑎𝑚 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑖𝑡𝑒𝑠𝑖/𝑜𝑟𝑡𝑎𝑚𝑦𝑜ğ𝑢𝑛𝑙𝑢ğ𝑢 Ortam sıcaklığı arttırılınca hava yoğunluğu azalır, dolayısıyla hız artar.  Farklı maddesel ortamlardaki ses hızları Havada; 331 m/s Suda; 1433 m/s Çelikte; 4704 m/s  Frekans Birim zamandaki titreşim sayısına frekans denir. Birimi s-1 yada Hertz (Hz) dir. Bir tam titreşim için geçen süreye ise Heinrich Rudolf Hertz periyod denir. Birimi s dir. 1857-1894  Dalgaboyu Ard arda meydana gelen iki dalga tepesi veya iki dalga çukuru arasındaki mesafedir. Birimi m dir.  Frekansla Dalgaboyu İlişkisi Dalgaboyu ile frekans ters orantılıdır.  Sesin frekansı arttıkça ince ses (tiz), azaldıkça kalın ses (pes) olarak adlandırılır.  Amplitüd Periyodik bir dalganın ulaştığı en büyük değerdir. Dalga yüksekliği ya da genlik te denilmektedir. Dalganın gücü amplitüd ile doğru orantılıdır.  Frekansları aynı fakat amplitüdleri farklı iki ses dalgasının gösterimi. Örnek: Yüksek sesten düşük sese sıralayınız. Örnek: Aşağıda bir saniyede üretilen ses dalgaları grafiklerinden sırasıyla en yüksek ses ve en ince ses (tiz) hangileridir?  Faz Farkı Faz farkı aynı anda oluşan dalgaların faz açıları arasındaki farktır. Yani bir ses dalgasının diğerinden biraz önde gitmesidir. Faz farkının derecesi önemlidir. Çünkü 0° faz farkı olan iki ses dalgası birbirini desteklerken, 180° faz farkı bulunan iki dalga birbirini sönümleyecektir.  Yansıma, Kırınma ve Kırılma Sesin bir yüzeye çarparak yön değiştirmesine yansıma denir. Yansıtıcı yüzeyin girinti çıkıntıları yansıyan sesin dalga boyundan küçük ise yansıma düzgün, yansıtıcı yüzeyin girinti çıkıntılarının boyutu yansıyan sesin dalga boyundan büyükse yansıma yayınık olur.  Ses dalgalarının bir delikten veya yüzeyin kenarlarından geçerken yön değiştirmesine kırınma adı verilir.  Bir ortamdan başka bir ortama geçen ses dalgaları kırılma gerçekleştirir ve yön değiştirir.  Ses Dalgalarında Girişim Aynı ortamda hareket eden birden fazla ses dalgası karşılaştıklarında girişim olayı meydana gelir.  Kaynaklar R. Serway, R. Beichner, (K. Çolakoğlu), Fen ve Mühendislik için Fizik, Palme Yayıncılık, 2007. P. Davidovits, (F. Köksal), Biyoloji ve Tıpta Fizik, Nobel Akademik Yayıncılık, 2012. M. Gündüz, Odyolojide Temel Kavramlar, Nobel Tıp Kitabevleri, 2015. SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN SESİN TEMEL KAVRAMLARI II 7. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Desibel Kavramı Sesin şiddet birimi desibel (dB) dir. Bell’in onda biri olan desibel, Alexander Graham Bell’ in ismine izafeten geliştirilmiş logaritmik bir birim sistemidir. Desibel relatif bir birimdir. Alexander Graham Bell (1847-1922) Eşik işitmeye göre duyulan sesin şiddetini tanımlamak için kullanılır. İnsan kulağının işitebildiği en düşük ses şiddeti olarak da tanımlanmaktadır.  Ses dalgalarının insan kulağı tarafından işitilebilmesi, atmosferik basınçta meydana gelen çok küçük bir basınç değişikliği ile gerçekleşmektedir.  İnsan kulağını uyarabilen o en düşük güç düzeyi 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 , o basınç cinsinden ise 0.000204 Q𝑦 [ R/𝑐𝑚2 olarak belirlenmiş ve referans seviyesi olarak kabul edilmiştir. Bu değer, dB cetvelinde ‘0’ olarak kabul edilmektedir.  İnsan kulağının her frekans için şiddet algısı farklıdır. En iyi algılanan ses 1000 𝐻 g’ dir. Ortamdaki ses basınç değerinin referans değere bölünmesi ile elde edilen değerin logaritması dB’in temel birimini oluşturur.  Basınç (𝑃) Formülü 𝑃1 Q𝐵 = 20 log 𝑃0 Güç (