frekans

• frekans ilginç bir konudur. kendini elektromanyetik veya mekanik dalga olarak hissettirir. bu yazıda özellikle insanın kütlesi olmayan bir "ışının" veya "sesi" nasıl hisseder, bunu anlatmaya çalışayım:
  
  --- spoiler ---
  kütlesi olmayan "şeyler" de enerji taşır
  --- spoiler ---
  elektromanyetik dalgalar büyüleyicidir. kütlesi olmamasına rağmen enerji taşırlar, kendilerini hissettirerler, hatta size zarar verebilirler. lisede gördüğümüz enerji taşıyan temel denklemlere baktığımızda potansiyel(e=mgh), kinetik(e=1/2mv^2) ve hatta einstein'ın ünlü eşitli e=mc^2 denklemlerdeki "m" yani kütle vardır. kütle ortadan kalkarsa enerji taşıdığı nasıl gösterilir?
  
  elektromanyetik dalgalar 19 yy. bilim adamlarını(einstein, planck ve de broglie); sadece "ses" gibi yani "dalga" olarak davranmaması sebebiyle oldukça meşgul etmiştir. ışının aynı zamanda parçacık gibi davranabileceği yani kuantalara sahip olabileceği görülmüştür, buna foton ismi verilmiştir. einstein 1921'de dalganın parçacık gibi davranan ışığın koparttığı elektronları ispatladığı fotoelektrik olay ile nobel ödülünü kazanmıştır.
  
  bundan önce ışığın sadece dalga gibi davranabileceği düşünülmekte ve özellikle maxwell denklemleri olarak bilinen denklemlere açıklanmaktaydı. foton gibi davranmayan dalgaların genliği(şiddeti) ile enerjisi artmaktaydı(parlalığın artışı gibi düşünün). oysa ki parçacık gibi davranan ışığın enerjisi hem birim alana düşen foton sayısı hem de frekans ile artmaktadır. maxwell denklemleri ise frekans değişimi ile enerjinin değişmeyeceğini savunur. örneğin einstein; metale düşen ışığın genliği artsada akımda artış görmemiştir. şurada dalganın veya fotonun taşıdığı enerjinin ispatları mevcut: dalga veya fotonun taşıdığı enerjinin ispatları
  
  yansıma, kırılma, interferans, difraksiyon, polarizasyon dalga ile açıklanırken; yansıma-kırılma tartışmalı olarak fotonlarla; fotoelektrik olay sadece fotonlarla açıklanabilmektedir referans.
  ...............................................................................................................................
  temel teori biraz pratik sonuçlara bakalım:
  insan müthiş bir varlıktır. öyle ki kulağı ile mekanik dalgaları, gözü ile elektromanyetik dalgaları algılar.
  
  --- spoiler ---
  1) kulak ve mekanik dalgalar
  --- spoiler ---
  insan kulağındaki zar, gelen havanın molekül titreşimiyle rezonansa girer. bunun frekans aralığı 20 hz ila 20 khz arasında değişir. yapılan deneylere göre gençler 15khz'i daha rahat duyarken yaşlılarda bu oran azalmaktadır. örneğin 25 khz geldiğinde algılamayız çünkü kulak zarımız artık titreşmez. aynı zamanda kulağımızın doğal boyutları da bir parametredir. yani havanın titreşimi sonucu oluşacak dalgaları algılayacak fiziksel büyüklüğe sahip değildir. bu sebeple düşük frekansları duymakta zorluk yaşarız.
  
  --- spoiler ---
  2) göz ve elektromanyetik dalgalar
  --- spoiler ---
  bu da elektromanyetik dalgalara örnektir. gözümüzün algılayamadığı yüksek frekanslar 2. bir duyu organı tarafından tespit edilir, bu da renktir. gözde retina önünde bulunan fotoreseptör hücreleri ışıkla etkileşime geçerek algılar. burada 2 tip fotoreseptör mevcuttur, biri koni hücreleri ki bu hücreler renkleri algılar, diğeri çubuk hücrelerdir, bunlar da ışıkta aktif olurlar. yani parlaklığa duyarlıdırlar. koni hücrelerinin algıladığı en düşük ışığın frekansı kırmızı, en yüksek frekans ise mordur. bu frekanslar 4x10^14 ila 7x10^14 hz arasında değişmektedir.
  
  insan gözünde şöyle ilginç bir durum mevcut. üstte bahsettiğimiz gibi ışık elektromanyetik özelliktedir; dalga veya parçacık gibi davranabilir. insan gözünde bulunan mercek şekilleri oluşturmak için ışığı kırar yani dalga özelliğinden yararlanırken, renklerde fotoreseptörler devreye girer ve foton özelliğinden yararlanılır. çarpan foton belli bir eşik değerindeyse konik fotoreseptörlerde bulunan 3 farklı renkte ki(rgb=red/green/blue) fotopsin proteinlerini uyarır. eğer enerjisi her 2 proteinde reaksiyon başlatıyorsa biz 2 rengin karışımını görerek farklı renk kombinasyonlarını beynimizde algılarız. (konumuz bu olmasa da cisimler üstüne gelen ışınları farklı miktarlarda soğurdukları için farklı renklerde görülebilirler.)
  
  --- spoiler ---
  elektromanyetik spektrum:
  --- spoiler ---
  ışık frekans dağılımının bulunduğu aralığa elektromanyetik spektrum ismi verilir ve kullandığımız bir çok teknoloji bu aralıkta bulunmaktadır. örneğin:
  elektro-manyetik spektrum ref: wiki
  
  insan gözünün algılayabildiği minicik kısmı daha iyi algılayabilmeniz için şu şekil faydalı olacaktır.
  şekil: visible light
  
  görüldüğü gibi arada yaşamımızı birinci dereceden etkileyen mikro dalga ışınlar ve ya radyo frekansları mevcuttur. bunlar insanlarla direkt etkileşime geçmez fakat telekomünikasyon için önemlidir. verilen frekans bir alıcı tarafından seçici olarak algılanır ve bilgi taşınmış olur. bu frekanslar bize zarar vermez çünkü iyonlaşma yaratmazlar. peki iyonlaşma ne demektir?
  
  --- spoiler ---
  iyonlaşma nedir? hücrelerimiz ve ışık etkileşimi
  --- spoiler ---
  tabii ki insan kompleks bir varlıktır, her zaman görerek veya duyarak algılamayız, insanın en küçük yapı birimi hücrelerdir ve hücreler atomlardan oluşur. eğer atomlara bağlı elektronları uyaracak bir ışıma yaratırsanız, hücrelere zarar verirsiniz, bu da ancak elektronların kopmasına sebep olacak boyutta yüksek frekansla mümkündür. (planck eşitliğine göre frekans arttıkça enerji artar, e=hv). buna iyonlaşma denir. bu sebeple de mor ötesi üstündeki frekanslar insanlara zarar verir. onu da şölyle açıklamıştık
  (bkz: morötesi/@karanlikruya)
  
  aklınıza şu soru gelebilir: "röntgen zararlıysa sağlık sektöründe neden kullanılıyor?"
  bir frekansın zararlı olması sadece frekansa değil, aynı zamanda pozlanma süresine ve foton miktarına da bağlıdır. sağlık sektöründe kullanılan röntgende bunlar düşüktür, bu yüzden hücrelere hemen zarar vermez.
  
  --- spoiler ---
  diğer ışınlar ve insan etkileşimi
  --- spoiler ---
  neyse ki çevrenizde böyle kaynak çok olmadığı için hücrelerimizde iyonlaşma olmuyor sağlam durumda kalıyor. yine de siz çok güvenmeyin çünkü mikro dalga frekanslarına çok yoğun şekilde maruz kalmak iyonlaşma yaratmaz ama mikrodalga fırına girmeye benzer. bu frekanslar vücudunuzdaki yağ ve su molekülleriyle hızlıca rezonansa girerek yani "dalga" gibi davranarak titreştirir ve zarar verebilir. kısacası moleküllerin sürtünmesi sonucu pişersiniz.
  
  ileri okumalar için kaynaklar:
  hugh d. young, roger a. freedman, "university physics with modern physics", pearson, 2015.