1. HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ Fizik Mühendisliği Fiz 420-35 İleri Fizik Proje Raporu DURAN DALGALAR DENEY DÜZENEĞİ İÇİN JAVA PROGRAMIYLA BİLGİSAYAR SİMÜLASYONU HAZIRLANMASI T. YILMAZ DOĞAN 20119597 Proje Yöneticisi: Öğr. Gör. MUSTAFA M. BAYRAMGİL 09.06.2011

2. İçindekiler 1. Projenin Amacı ve Simülasyonun hedefi, 2. Giriş; a. Dalgalar , b. Java Programla Dili , 3. Önbilgi; a. Duran Dalgalar Deney Düzeneği; a. 1. Görsel Öğeler , a. 2. Bağıntılar , a. 3. Deney Hedefi ve Sonuçları , b. Simülasyon; b. 1. Ekran Görüntüsü, Sabit ve Değişkenler , b. 2. Akış Şeması , b. 3. Kodlar ; b. 3. 1. Kütüphane Erişimi , b. 3. 2. Bileşenlerin adlandırılması , b. 3. 3. Butonlar, İşlevleri ve Bağıntı İlişkilendirilmeleri , c. Deney Verilerinin Simülasyonda Kullanılması, 4. Sonuçlar ( Deney ve Simülasyon ), 5. Kaynaklar, 6. Teşekkürler.

3. 3/20 1.Projenin Amacı ve Simülasyonun hedefi, D uran dalgalar deney düzeneğinin, fizik kuralları çerçevesinde, java programlama dili kullanılarak, katılımcı bilgisayar simülasyonunun oluşturulması bu projenin amacıdır. G elişigüzel hatalardan kurtularak, deney düzeneğine ihtiyaç duymadan sonuçların teorik olarak hesaplanması ya da deney düzeneğiyle elde edilen sonuçların teorik hesaplarla karşılaştırılması bu projenin hedefidir.

4. 4/20 2.Giriş; a. Dalgalar, D alga, enerjinin ve bilginin taşınmasına yol açan titreşime verilen isimdir. Dalgalar üç ana başlıkta toplanabilir; * Mekanik dalgalar, * Elektromanyetik Dalgalar, * Madde Dalgaları. D alga hareketi sırasında ortamın yeri değişmez, sadece aşağı yukarı hareket eder. B ir engele doğru giden ve engelden geri yansıyan dalgaların girişmiyle oluşan dalgara duran dalgalar ( kararlı dalgalar ) denir. İki düğüm noktası arası uzaklık bir yarım dalgaboyu bölgesi ise, L uzunluğundaki bir ipte n kadar yarım dalga bölgesi oluşmuşsa; şeklinde bir ilişki vardır.

5. 5/20 2.Giriş; b. Java Programla Dili, J ava ile yazılmış programların bir bilgisayarda çalışması için öncelikle sisteme java programının sanal dokusunun kurulması gerekir. J ava ile herhangi bir ortamda oluşturulan bir yazılım, hiçbir değişiklik yapılmadan, hatta tekrar derlenmeye bile ihtiyaç duyulmadan başka bir ortamda kullanılabilir. İ htiyaç halinde gerekli modüller e ağ üzerinden erişilmesi mantığına dayandığından, modüllerinin tamamının kullanılan bilgisayarda bulunması gerekli değildir.

6. 3.Önbilgi; a. Duran Dalgalar Deney Düzeneği; a.1. Görsel Öğeler, Resim . Duran Dalgalar deney düzeneğinde dalga desenlerinin gözlenmesi. Resim . Duran Dalgalar deneyinin şematik gösterimi.

7. 7/20 3.Önbilgi; a. Duran Dalgalar Deney Düzeneği; a.2. Bağıntılar, D algalar için, bir ipin üzerindeki enine dalgaların hızı, dır. Burada T ipteki gerilme kuvveti (birimi : Newton), L ipin boyu (birimi : metre) ve M de ipin kütlesidir (birimi : kg). i pin birim uzunluğunun kütlesi için λ n dalgaboyu (birimi: metre), sabit f frekansına (birimi: Hz), biçiminde bağlıdır.

8. D eneyde µ ’ nün değeri gözetmen tarafından verilir. λ 2 ’ nin T ’ ye bağlı çizilecek grafiğinin s eğimi ile titreşicinin frekans değerine aşağıdaki eşitlik yardımıyla ulaşılır ki, buda deneye başlamadan önce bilinen titreşicinin gerçek frekans değeri ile karşılaştırılarak deneyde yapılan hata değeri ve deneyde alınan verilerin geçerliliği hakkında bize bilgi verir. D eney düzeneğinden alınan veriler deneyin amacı olan duran dalga sayısını verirken, aynı zamanda deneyin güvenilirliğinin de belirlenmesini sağlar. Düzenekteki sabit frekanslı titreşicinin gerçek değeri deneysel verilerle bulunan değeri ile karşılaştırılır. Bu karşılaştırmada gelişigüzel ve sistematik hatalar incelenecektir. Deney düzeneğinde sistematik hataların olmadığı varsayılırsa, yukardaki eşitlik ile bulunan frekans değeri için hata hesabı aşağıdaki gibi olur:

9. 9/20 3.Önbilgi; a. Duran Dalgalar Deney Düzeneği; a.3. Deney Hedefi ve Sonuçları, S onuç olarak ; “ İpteki duran dalganın dalgaboyunun, ipteki gerilmenin kareköküyle orantılı ” olduğu görülür. H esaplama sonuçları yorumlanırken unutulmaması gereken, deneyin ideal şartlarda yapıldığının düşünülmesidir. İdeal ortamlarda dalgaların hızlarının ve genliklerinin değişmediği kabul edilecektir.

10. 3.Önbilgi; b. Simülasyon; b.1. Ekran Görüntüsü, Sabit ve Değişkenler,

11. 3.Önbilgi; b. Simülasyon; b.2. Akış Şeması,

12. 12/20 3.Önbilgi; b. Simülasyon; b.3. Kodlar; b.3. 1. Kütüphane Erişimi ,

13. 13/20 3.Önbilgi; b. Simülasyon; b.3. Kodlar; b.3. 2. Bileşenlerin adlandırılması,

14. 14/20 3.Önbilgi; b. Simülasyon; b.3. Kodlar; b.3. 3. Butonlar, İşlevleri ve Bağıntı İlişkilendirilmeleri, Resim . İlgili butonun atanması.

15. Resim . Butonların işlevlendirilmesi.

16. 16/20 Resim . Butonlara fizik formüllerinin atanması.

17. 3.Önbilgi; c. Deney Verilerinin Simülasyonda Kullanılması, Resim . Deneyde 7,6,5,4,3,2 adet yarım dalga bölgesinin gözlenmesini sağlayan kefeye konan ağırlıklar için simülasyonda gözlenen yarım dalga bölgesi sayıları (yeşil renkli kutularda) verilmiştir. Resim . Simülatör yardımıyla istenilen yarım dalga bölge sayıları için kefeye konulması gereken ağırlıklar.

18. 18/20 4.Sonuçlar ( Deney ve Simülasyon ), D eneyde titreştiricinin gerçek titreşim frekansıyla , verilerden gidilerek bulunan frekansı arasında %5.6 lık bir sapma vardır. T am duran dalga desenleri elde edilmesi için deney düzeneğinde kefeye konan ağırlıklarla , simülasyonda kefeye konulması gereken ağırlıklar arasında ise ~ %8 lik bir fark vardır. D eneysel veriler ve simülasyon arasındaki bu fark, ortam şartlarının etkisinin göz ardı edilmesi (sıcaklık gibi) , ideal şartlarda deneyin yapıldığının kabülüdür. B u sonuçlar altında hazırlanan simülasyonun deneysel sonuçlarla uyumlu olduğu söylenebilir.

19. 19/20 5.Kaynaklar, =============================================================================================================== (1) HALIDAY, RESNICK, WALKER, Fundamentals of Physics, ( Wiley & Sons Inc., NewYork, 6th Edition ), s.371 (2) SAKMAN, E., Çağlar Boyu bilim adamları, ( Bilim ve Teknik Yayınları, Ankara ), s.224-36 (3) KELLER, GETTYS, SKOVE, Fizik 1, ( McGraw-Hill – Literatür, İstanbul ), s.365,383 =============================================================================================================== (4) SCHROEDER, D.V., Physics Simulations in Java, ( Weber State Univercity, v2.3 ), s.6 =============================================================================================================== (5) Department of Physics of UTC, Physics Lab. Manual 1030L: Standing Waves, ( Tennessee, USA ), s.79 (6) SUNGUR,R., Temel Fizik Deneyleri Lab. Kılavuzu, ( H.Ü. Müh. Fak. Yayınları, 2000 ), s.48 (7) WILSON,J.D, Physics Laboratory Experiments, ( Houghton Mifflin Company, Newyork ), s.213 =============================================================================================================== (8) ROBERTS,B, Java Programming Tutorial, ( www.thenewboston.com/?cat=36&pOpen=tutorial ) ===============================================================================================================

20. 20/20 6.Teşekkürler. P rojenin devamlılığında yardımlarında ötürü, en başta proje yöneticisi Öğr. Gör. MUSTAFA M. BAYRAMGİL ’e, P roje raporunda deney düzeneklerinin tanıtılmasında katkılarından dolayı Uzm. AYATÇ ERKİŞİ ’ye, D eney verilerinin ve hesaplamarının kontrolünde katkılarından dolayı Yrd. Doç. Dr. Akın BACIOĞLU ’na teşekkür ederim.