Dalga (fizik)

Dalga (veya eski ifadesiyle mevce), bir fizik terimi olarak uzayda ve maddede yayılan ve enerjinin taşınmasına yol açan titreşime denir. Dalga hareketi, orta parçaların yer değişimi sıklıkla olmadan, yani çok az ya da hiç kütle taşınımı olmadan, enerjiyi bir yerden başka bir yere taşır. Dalgalar sabit konumlarda oluşan titreşimlerden oluşurlar ve zamanla nasıl ilerlediğini gösteren bir dalga denklemi ile tanımlanırlar. Bu denklemin matematiksel tanımı dalga çeşidine göre farklılık gösterir.
İki çeşit dalga vardır. Mekanik dalgalar bir ortam aracılığıyla yayılırlar ve deforme edilirler. Deformasyon ile kendini tersine çevirerek eski halindeki güçleri geri getirir. Mesela, ses dalgaları çarpışan hava molekülleri yolu ile yayılır. Hava molekülleri çarpıştığında, moleküller birbirleri boyunca sıçrarlar. Bu, moleküllerin dalganın yönünde yol almasını devam ettirir.
Dalgaların ikinci çeşidi elektromanyetik dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar bir ortama ihtiyaç duymazlar. Bunun yerine yüklü parçacıklar tarafından, elektrik ve manyetik alanların periyodik titreşimlerinden meydana gelirler. Ve böylece boşlukta ilerlerler. Bu tip dalgaların ve radyo dalgalarının, mikrodalgaların, kızılötesi ışınların, görünür ışınların, morötesi ışınların, gama ışınlarının ve x ışınlarının dalga boyu değişir.
Ayrıca kuantum mekaniğinde parçacıkların davranışları dalgalar ile tanımlanır. 
Titreşimin yönüne bağlı olarak enine dalgalar ve boyuna dalgalar oluşabilir. Yayılmaya(enerji transferinin yönünde) dik sağ açılarda bir titreşim oluşursa enine dalgalar meydana gelir. Titreşimlerin yayılmanın yönüne paralel olduğu durumda ise boyuna dalgalar meydana gelir. Mekanik dalgalar enine ve boyuna olabilirken, bütün elektromanyetik dalgalar eninedir.

Genel özellikleri

Dalga terimi için hepsini kapsayan tek bir terim yoktur. Bir titreşim, bir referans değeri etrafındaki ileri-geri hareket olarak tanımlanabilir. Ama bir girişim, bir dalga olmak zorunda değildir. Mutlak bir olgu olarak tanımlayacak olursak, girişim, bir “dalga” nın belirsiz sınır çizgisindeki sonucudur.
Bir terim olarak “dalga” sıklıkla bir mekânsal bozulmanın taşınması ile ilgili olduğu anlaşılır. Bu mekânsal bozulma, hareket tarafından bir bütün olarak ortada tutulmaz. Bir dalgada titreşimin enerjisi bir karışıklık formunda kaynaktan çevrelediği ortam içerisinde uzaklaşır. Ama bu hareket sabit dalga (mesela bir ipteki dalga) için sorunludur. Enerji nerede her yöne eşit olarak hareket ediyorsa, bu, dalganın algılanmasının ve pratik uygulamasının bir anahtarıdır. Ayni şekilde boşlukta hareket eden elektromanyetik dalgalar için (örnek olarak ışık), ortamı neresi olduğu önemli değildir ve bu da dalganın algılanmasının ve pratik uygulama yapılmasının bir anahtarıdır. Okyanus üzerindeki su dalgaları; güneş tarafından emilen gama dalgaları ve ışık dalgaları; mikrodalga fırınlarda kullanılan mikrodalgalar ve radar ekipmanları; radyo istasyonlarından yayılan radyo dalgaları ve radyo alıcılarından üretilen ses dalgaları, telefon ahizeleri sadece birkaç dalga türüdür.
Dalgaların tanımı, dalgaların fiziksel kökeni ile yakından ilgili gibi görünebilir. Mesela akustik optikten ayırt edilir. Bu ses dalgaları, titreşim sebebiyle oluşan elektromanyetik dalga transferine nazaran mekanik ile ilişkilendirilir. Bu nedenle akustik(optikten farklı olarak) dalga sürecinde kütle, momentum, eylemsizlik, ya da esneklik gibi kavramları tanımlamak zor hale gelir. Bu farklılık, herhangi bir dalganın belirli belirli karakteristik özelliklerini ortaya koyar. Mesela hava durumunda: girdap, radyasyon basıncı, şok dalgaları gibi; katıların durumunda ise: Rayleigh dalgaları, dağınıklık ve bunun gibi. Diğer özellikleri genellikle kökeni açısından tanımlanmasına rağmen, bütün dalga çeşitlerini genelleyebilir. Dalga teorisi her sebep için fizikin özel bir alanını simgeler. Örneğin, uzayda ya da uzay-zamanda ilerleyen ve akustik dalgaların mekanik kökenine dayanan bir karışıklık sadece ne sonsuz esnek ne de sonsuz katı bir ortama sahip bir yerde varolabilir Eğer bir ortamda oluşturulan bütün parçalar katı bir şekilde “sınırlandırılmışsa” bunlar tek bir titreşim oluşturur. Titreşimin taşınmasında hiçbir gecikme olmaz ve bu nedenle de dalga hareketi olmaz. Diğer bir yandan, eğer bütün parçalar birbirinden bağımsız olursa titreşim taşınması yine oluşmaz ve dalga hareketi de olmaz. Yukarıdaki ifadeler, dalgaların bir ortama ihtiyaç duymasından bahsederken anlamsız olmasına rağmen, kökeni ne olursa olsun bütün dalgaların bir karakteristik özelliği olduğu açığa vurulur. Bir dalga için de, bitişik noktalar için titreşimin fazı (diğer bir deyişle, titreşim döngüsü içindeki konumu) farklıdır çünkü titreşim bu noktalara farklı zamanlarda ulaşır.
Benzer şekilde, ses dalgaları dışındaki dalgalarının üzerindeki çalışmalardan ortaya çıkan dalga süreci, ses olaylarının anlasılmasında önemli olabilir. İlgili bir örnek Thomas Young prensibidir. Bu prensip ilk defa Young'ın ışık çalışmasında ve bâzı belirli bağlamlar içinde (mesela sesten sese saçılma) da kullanılmıştır. Bu prensip hala ses üzerindeki bir araştırma alanıdır

Dalga şekilleri

d'Alembert’in formülündeki F in şekli ya da formu x − vt konusunu içerir. Bu konunun sabit değerleri F in sabit değerlerine tekabül eder. Eğer x artarsa, aynı oranda vt artar böylece bu sabit değerler meydana gelir. Yani, dalga F fonksiyonu x yönünde ve v (ve G aynı hızda, negatif x yönünde üretir.) hızında ilerliyormuş gibi şekil alır.
Periyodu λ olan bir periyodik F fonksiyonu, diğer bir deyişle F(x + λ − vt) = F(x  − vt), F periyodunun anlamı verilen bir t zamanının anlık görüntüsü, λ (dalganın dalga boyu) periyodu ile bir alanda dalganın periyodik değişimi ile bulunur. Benzer şekilde, F in bu periyodu zamana bağlı bir periyod anlamına gelir: F(x − v(t + T)) = F(x  − vt), vT = λ sağlanır. Böylece, sabit bir x noktasındaki dalganin gözlemi, T = λ/v periodu ile dalgalanan periodik dalga buldurur.

Duran dalgalar

Ayrıca durağan dalga olarak da bilinen duran dalga sabit pozisyonda kalan bir dalgadır. Bu olay ortamın dalgaya zıt yönde hareket etmesi sonucunda meydana gelebilir ya da durağan bir ortamda zıt yönlerde hareket eden iki dalga arasındaki girişimin bir sonucu olarak ortaya çıkabilir
Bir birine karşı yayılan (eşit genlik ve frekansa sahip) iki dalganın toplamı, duran dalga oluşturur. Duran dalgalar genelde sınırın dalganın daha fazla yayılmasını engellemesi, böylece dalga yansımasına neden olması sonucunda ortaya çıkar ve dolayısıyla bir birine karşı yayılan dalga oluşturur. Örneğin bir keman teli yerinden oynatıldığında, enine dalgalar eşiğe, yayın yerinde durduğu yere ve topuğa, dalgaların geri yansıdığı yere yayılır. Eşik ve topukta iki ters dalga zıt evrededirler ve birbirini söndürerek düğüm oluştururlar. İki düğümün ortasında bir dalga karnı (antinode) oluşur, burada iki ters yönde yayılan dalga birbirini maksimum derecede arttırırlar. Zaman içinde enerjinin yayılımı yoktur.

Fiziksel özellikler

Dalgalar bir standart durumda ortak davranış sergilerler, örnek:

Sönümlenme

Dalga sönümlenmesi, bir dalganın maddeye çarpası sonucunda, onun o madde tarafından sönümlenmesi anlamına gelir. Aynı doğal frekansa sahip bir dalga bir atoma çarparsa, bu atomun elektronları titreşim hareketine başlar. Belirli bir frekansa sahip dalga elektronların aynı titreşim frekanslarına sahip bir malzemeye çarpar ise, elektronlar dalga enerjisini emer ve onu titreşim hareketi dönüştürür.

Yansıma

Dalga yansıtıcı bir yüzeye çarptığı zaman yön değiştirir, dalga ile yüzey düzgeni arasında oluşan açı yansıyan dalga ile aynı düzgen arasındaki açıya eşittir. Dalga sönümlenmesi, bir dalganın maddeye çarpası sonucunda, onun o madde tarafından sönümlenmesi anlamına gelir. Aynı doğal frekansa sahip bir dalga bir atoma çarparsa, bu atomun elektronları titreşim hareketine başlar. Belirli bir frekansa sahip dalga elektronların aynı titreşim frekanslarına sahip bir malzemeye çarpar ise, elektronlar dalga enerjisini emer ve onu titreşim hareketi dönüştürür.

Girişim

Birbirleriyle çarpışan dalgalar girişim örüntüsü olarak adlandırılan yeni bir dalga yaratmak için süperpozisyon ile birleştirir. Önemli girişim örüntüleri eşevreli (eşfazlı) dalgalar için ortaya çıkar.