2 OPTİK DÖNEM ÖDEVİGizem GENÇ No:1171Beril HAKVERİR No:1275
3 ışık dalgalarıGalile, ışık hızını saptanması problemini formülleştirdi; ama çözmedi. Bir problemin formülleştirilmesi, çoğu zaman, problemin yalnız bir matematik ya da deney ustalığı sorunu olan çözümünden daha önemlidir. Yeni sorular, yeni olanaklar ortaya koymak, eski problemlere yeni bir açıdan bakmak, yaratıcı hayal gücünü gerektirir ve bilimde gerçek ilerlemeye damgasını vurur.Gaile’nin İki Yeni Bilim’inde, öğretmen ile öğrencileri arasında, ışık hızı üzerine şöyle bir konuşma geçer:"SAGREDO: Peki ama bu ışık çabukluğunun ne çeşit ve ne kadar büyük bir çabukluk olduğunu düşünmeliyiz? Ani ya da pek birdenbire midir, yoksa öbür hareketler gibi o da zaman mı gerektirmektedir? Bunu deneyle saptayabilir miyiz?"SIMPLICO: Günlük yaşantı, ışığın yayılmasının birdenbire olduğunu göstermektedir; çünkü çok uzağımızda ateşlenen bir topun önce alevini görürüz ve bu, hiç zaman almaz; oysa topun sesi ancak oldukça önemli bir zaman aralığından sonra kulağımıza ulaşır."SAGREDO: Evet ama Simplico, kimsenin yadırgamadığı bu yaşantıdan benim çıkarabildiğim tek şey, bize ulaşan sesin ışıktan daha yavaş yol aldığıdır; bu, bana ışığın gelişinin apansız olup olmadığını ya da son derece çabuk geliyorsa, yine de zaman alıp almadığını öğretmiyor."SALVIATI: Bunun ve buna benzer başka küçük gözlemlerin pek az kanıtlayıcı olması, birinde aydınlanmamın, yani ışığın yayılmasının, gerçekten birdenbire olup olmadığını kesinlikle saptamak için bir yöntem düşünmeme yol açtı."Salviati’nin önerdiği deney tekniği ile yani Galile zamanında ışığın hızını, anlatılan şekilde ölçmek olanağı pek azdı. Süredurum İlkesi, enerjinin korunumu yasası, yalnızca önceden çok iyi bilenen deneyler üzerinde yeni ve özgün bir biçimde düşünmekle bulunmuştur.Gaile’nin, yaptığı deneyin tek kişi ile daha kolay ve eksiksiz yapılabileceğini görmemiş olmasının insanı şaşırttığını söyleyebiliriz. Belirli bir uzaklıkta duran arkadaşının yerine bir ayna koyabilirdi ve ayna, işareti alır almaz kendiliğinden geri gönderirdi.Işık hızını, ilk olarak ve yalnız yeryüzündeki olanaklardan yararlanarak yaptığı deneylerle saptayan Fizeau, aşağı yukarı iki yüz elli yıl sonra, işte bu ilkeyi kullandı. Roemer, ışık hızını daha önce, ama daha az tam olarak, gökbilimsel gözlemlerle saptamıştı.Aşırı bir yük olduğu için, ışık hızının, ancak Yer ile Güneş Sistemi'nin diğer gezegenleri arasındaki uzaklıklarla bir tutulabilen uzaklıklar kullanılarak ya da çok geliştirilmiş bir deney tekniği ile ölçülebileceği bellidir. Birinci yöntem, Roemer’inki, ikincisi Fizeau’nunki idi.Bu ilk deneylerin yapıldığı günlerden beri, ışık hızını gösteren o çok önemli sayı, kesinliği gittikçe artarak birçok kez saptandı. Yüzyılımızda, Michelson, bu amaçla pek ince bir teknik geliştirdi. Bu deneylerin sonuçları kısaca şöyle özetlenebilir: Işığın boşluktaki hızı, yaklaşık olarak, saniyede kilometredir (saniyede mil).1675'te Danimarkalı Christensen Roemer (1644–1710) ışığın hızını ölçtü.1678'de yine Danimarkalı Christian Huygens ise (1629–1695) Işığın Dalga Kuramı'nı ortaya attı.
4 soğurma ve ısıtmaIşığı iyice yansıtan bir cisim, güneşte belli olacak kadar ısınmaz; oysaki ışığı soğuran siyah bir cisim oldukça ısınır. Kaldırımlardan karla birlikte kürenen toz toprak koyu renkli olduğu için ışığı daha fazla soğurur; bu olay kürenmiş, toz toprak karışmış karın, güneş altında temiz kardan daha önce erimesine sebep olur.Tanecik modeli bu olayları açıklayabilir mi? Işık tanecikleri bir madde tarafından yansıtılmıyor veya başka bir maddeye geçirilmiyorsa, o maddede durup kalıyorlar demektir. Işık tanecikleri bir madde içinde kaldıkları zaman o madde ısınır mı? Bu hallerde maddenin gerçekten ısınacağını, taneler yerine bir çekiç ve ışık soğurucu madde yerine de bir kurşun parçası alarak gösterebiliriz. Çekicin kurşun parçaya çarpması ışığın yüzeye çarpmasına; çekicin geriye sıçraması da ışığın yansımasına. karşılık alınabilir. Bu düşünceden hareketle kurşun parçasına çekiçle birkaç kez çabucak vuracak olursak çekicin geriye zıplamadığını ve kurşunun ısındığını görürüz. Bu ısınmanın bütün cisimlerde aynı olmadığını göstermek için kurşun parçası yerine bir çelik parçası kullanalım. Bu sefer çekiç her vuruşta geri sıçrar (yansır) ve çelik ısınmaz. Eğer ışık tanecikleri sıradan madde tanecikleri, örneğin saçma taneleri gibi davranıyorlarsa, ışık taneciklerini durduran her maddenin ısınmasını beklemeliyiz. Bu tartışmadan anlaşılacağı gibi, ışığı soğuran maddelerin ısınması ve yansıtan maddelerin ısınmaması gibi olaylar, gerçekten tanecik modeliyle bağdaşmaktadır.Maddelerin çoğu üzerine düşen ışığın bir kısmını yansıtır, bir kısmını da geçirebilirler. Bir maddenin aynı ışık demetinden bazı tanecikleri düzgün yansıtırken bazılarını soğurması olayını açıklayabilmek için tanecik modelini nasıl değiştirebiliriz? Cismin bazı bölgelerinin tanecikleri tutup ısınacak yapıda, bunlar arasına karışmış başka bölgelerinin de tanecikleri yansıtıp ısınmayacak yapıda olduğunu düşünebiliriz. En iyi aynalar bile güneş ışığına tutulduklarında biraz ısınır. Bu nedenle, aynanın yüzünde güneş ışığını soğuran bazı bölgeler bulunduğunu kabul etmemiz gerekir. Bir cam parçası gibi ışığı geçiren bir maddede bile, ışık taneciklerinin bir kısmını tutan bölgeler bulunmalıdır; çünkü bir ışık demeti camdan geçerken şiddetini biraz kaybeder, üstelik cam biraz ısınır.
5 ışık basıncıBir top ya da taş bize çarptığı zaman onun verdiği itmeyi duyarız. Küçük gaz moleküllerinin kabın duvarına ya da derimize çarpmaları gaz basıncını oluşturur. Bir aynaya çarpan ışık tanecikleri, aynı şekilde bir ışık basıncı doğurur mu? Işığın tanecik teorisi böyle bir ışık basıncı meydana geleceğini düşündürmektedir. Ne yazık ki, tanecik modeli, belli bir ışık tanecikleri selinin ne kadar basınç yaratacağını söylememize yetecek kadar ayrıntılı değildir.Bu kadar derin bilgimiz olmamasına karşın bir ışık demetinin eğer varsa, yaratacağı basıncın çok küçük olması gerektiğini kestirebiliriz. Bir elektrik düğmesini çevirip parlak bir lambayı yakmakla bir tüyü bile yerinden oynatmayız. Yirminci yüzyıl başına kadar gayet duyar araçlarla yapılan deneyler bile ışık basıncının varlığını gösteremedi. En sonunda, bu yüzyıl başında Rusya'da Peter Lebedev ve Amerika Birleşik Devletlerinde Nichols ve Hull bu basıncın varlığını gösterip değerini ölçmeyi başardılar. Bu basınç gayet küçüktür; fakat bütün ışık basınçları her zaman bu kadar küçük değildir. Bu basıncın aydınlanma şiddetiyle artacağı tane teorisinden kestirilmiş ve bu kestirme deneylerle doğrulanmıştır. Örneğin; Güneşin yüzünde ışık basıncı, güneş ışınlarının yeryüzündeki basıncından yüzlerce defa büyüktür. Işık basıncı bazı yıldızların yüzünde de son derece büyük değerler almaktadır.
6 ışığın hızıGökteki bir jet uçağının gürültüsünü işitip, elimizde olmadan sesin geldiği yöne doğru baktığımız olmuştur. Uçağı sesin geldiği noktadan çok daha ileride görmüşüzdür. Uçağın gerçek yerini kestirirken kulaklarımızdan çok gözlerimizi inanırız. Niçin gözlerimize inandık? O kadar uzaktan sesin bize ulaşması için epeyce zaman geçeceğini, ayrıca ışığın sesten çok hızlı yayıldığını biliyoruz. Uçağın, gördüğümüz noktadan daha geride olabileceğini düşünmedik, çünkü ışığın gerçekten çok hızlı yayıldığına inanırız. Galileo ışığın hızını ölçmek için sesin hızını ölçmekte kullandığına benzer bir yöntem önermişti. Bu yöntemde; iki adam, ölçülmüş bir uzaklığın birer ucunda, ellerinde örtülü birer fenerle dururlar. Birinci adam fenerinin örtüsünü kaldırırken bir kronometreyi işletir, ikinci adam birincinin fenerinden gelen ışığı gördüğü anda kendi fenerini açar. Birinci adam bu sefer ikincinin fenerinden gelen ışığı görür görmez kronometreyi durdurur. Galileo bu metotla ışığın birinci adamdan ikincisine gidip gelmesi için geçen zamanı ölçmeyi ummuştu. Işık pek hızlı yayıldığını için bu metotla ışık hızı ölçülemedi. Fakat bu deney büsbütün başarısız sayılmazdı. Bu deney ışık hızının kısa uzaklıklarda, o zamanın kaba kronometreleriyle ölçülemeyecek derecede büyük olduğunu açıkça gösterir.Işık hızının sonlu olduğu hakkındaki ilk kanıt, 1676 yılında Olaf Roemer tarafından, Jüpiter gezegeninin uydularının hareketinin gözlenmesi sonucunda elde edildi. Bu uydular her dönüşte bir defa Jüpiterin gölgesinde kaybolup yine görünür. Uydulardan herhangi birinin iki ardışık tutulması arasındaki zaman onun bir dönme süresidir. Bu dönme sürelerinin sabit olmadığı gözlenmişti. Periyotlar (uyduların dönme süreleri), Yerküre Güneş çevresindeki yörüngesinde Jüpiter'den uzaklaşırken büyük; Yer Jüpitere yaklaşırken ise biraz küçük görünüyordu. Remer şöyle düşündü: Yerküre Jüpiterin uydularının hareketlerini etkilemez; fakat Yer Jüpiter'den uzaklaşırken uydunun ardışık iki tutulmasından kurtulduğu anlarda Yerküreye gelen ışık. Yerküreye ulaşıncaya kadar daha fazla yol alır. Fazladan alınacak yolun yine fazladan zaman gerektirmesi, ışığın bir anda yayılmadığını, ışık hızının sonlu olduğunu gösterir. Bu, Roemer'in büyük katkısı idi. Bununla beraber o zaman, ışık hızının sayısal değeri iki nedenden dolayı kesinlikle hesaplanamadı. Birinci neden, Roemer ışığın Yerkürenin yörüngesini geçme zamanını hatalı ölçülmüştü, ikinci neden de Yerkürenin yörüngesinin çapı kesinlikle bilinmiyordu.Tutulma zamanındaki gecikmelerin daha sonraki ölçüleri ışığın Yer yörüngesini geçme süresinin 16 dak 20 s olduğunu gösterdi. Yerin Güneşten ortalama uzaklığı 1,47 X 1011 m olarak bilinir. O halde,, ışığın hızıC = 2 X 1,47 X 1011 m / 980 s = 3,00 X 106 m/s bulunur.
7 ışık nasıl yayılırGüneş ve yıldızlar o kadar bildik cisimlerdir ki, onlarla aramızda çok büyük ve hemen hemen bomboş bir uzay bulunduğu pek seyrek aklımıza gelir. Bununla beraber, güneşin dünyadan 1,5 X 1011 m uzaklıkta bulunduğunu, en yakın yıldızın güneşten üçyüz bin defa daha uzakta olduğunu biliriz. Anlaşılması bile güç gelen, son derece büyük uzaklıklarda sayısız yıldızlar görülmüştür. Bu uçsuz bucaksız evren hakkındaki bilgilerimizin hepsini ışık demetleri sayesinde öğrendik. O halde, ışığın pek uzaklara gidebileceği ve boş uzaydan serbestçe geçebileceği düşüncesi doğru olmalıdır.Güneşin düşürdüğü gölgeleri, güneşi bildiğimiz kadar yakından biliriz. Gölgeleri inceleyerek ışık hakkında neler öğrenebiliriz? Güneşli bir günde yürür ya da koşarken, gölgemiz bizimle aynı hızda hareket eder. Bu basit gözlem bize ışığın koşabileceğimizden çok daha hızlı yayıldığını gösterir; Işık çok hızlı yayılmasıydı başımızın gölgesi, ışığın başımızdan yere ulaşması için geçen zaman içinde koşarak alacağımız yol kadar geri kalırdı.
8 ışık kaynaklarıAy karanlık iken kırda, denizde ya da ormanda gece geçirmiş bir kimse, ortalığın ne kadar karanlık olduğunu bilir. Birkaç dakika önce görmediğimiz cisimler şafak sökerken şekillenmeye başlar. Sonra ayrıntılar belirir, renkler gözükür ve parlar, böylece gündüz başlar. Dünyamıza şekil, ayrıntı ve renk veren şey doğu ufkunda yükselmeye başlayan Güneşin ışığıdır.Güneş, yıldızlar, lâmbalar, hatta ateş böcekleri bile ışık yayarlar. Bunlara ışıklı cisimler denir. Bütün öteki cisimler (örneğin ağaçlar, çayırlar, kitap sayfaları) ışıksızdır. Bunlar ancak ışıklı bir cisimden ışık alıp bunu gözlerimize doğru yansıttıkları zaman görünürler.Bir cismin ışıklı ya da ışıksız oluşu, yapılmış olduğu madde kadar içinde bulunduğu koşullara da bağlıdır. Fiziksel koşullarını değiştirmek suretiyle, bildiğimiz birçok ışıklı cismi ışıksız, ya da ışıksız olanları ışıklı hale getirebiliriz. Bir ampulün içindeki ince tel (fitil) elektrik akımıyla ısıtılmadıkça ışıksız kalır. Soğuk bir demir parçasını alıp kömür ateşinde ya da havagazı alevinde ısıtarak kırmızı, sarı, hatta beyaz ışık verir hale getirebiliriz. Katı cisimler ve eritilmiş metal gibi sıvılar 800 °C'nin üstüne kadar ısıtıldıklarında ışık kaynağı haline gelirler. Bu dereceye kadar ısıtılmış cisimlere akkor cisimler denir.Mum ışığının, alevde yanmakta olan karbon zerrelerinden çıktığı dikkatli bir gözlemle anlaşılır. Bu zerreler sıcakken ışık saçar. Onun için alev, diğer bir akkor ışık kaynadığıdır. Karbon zerrelerinin çoğu alevde tümüyle yanmaz. Bu zerreler alevin çevresindeki hava akımlarıyla alınıp götürülürken soğur, soğuyunca ışıksız hale gelir ve böylece alevden yükselen duman ile isin özünü meydana getirir.Işık kaynaklarının hepsi akkor halde değildir. Neon tüpleri ve flüoresan lambalar da bildiğimiz elektrik ampulleri gibi elektrik geçirilince ışık verirler. Fakat bunlara elle dokunulacak olursa bu ışık verişin başka olduğu hemen anlaşılır. Elektrik ampulünün kısa zamanda dokunulamayacak kadar ısınmasına karşılık, neon tüpleri ve flüoresan lambalar oldukça soğuk kalır. Bu fark daha derinden incelenebilir: Elektrik ampulünün fitilinden geçen akımın şiddetini artırmak suretiyle ışığın parlaklığını artırabiliriz; parlaklığın artışıyla birlikte ışığın renginde de değişme olur. Önce soluk kırmızı bir ışık görürüz, sonra bu ışığın rengi parlak sarıya döner. Yeteri kadar akımla bu da ısıtılan demir parçasında olduğu gibi, akkor hale gelir. Öte yandan, eğer bir neon tüpünden geçen akımı şiddetlendirirsek, ışığın parlaklığını artırırız; fakat renginde bir değişiklik göremeyiz. Demek ki akkor ışık kaynakları ile öteki ışık kaynakları arasında bir temel fark vardır. Akkor halde ışık saçan kaynaklarda, kaynağın sıcaklığındaki değişmelerle ışığın parlaklığı ve rengi bir birbirine yakından bağlıdır; oysaki öteki kaynaklarda ışığın rengi maddenin cinsine bağlıdır ve üstelik ışığın parlaklığı ile değişmez.Işıksız yüzeylerden gözlerimize pek çok ışık gelir. Duvarları ve içindeki bütün eşyanın ışık yansıtmayan siyah bir boya ile boyanmış bir odada olduğumuzu düşünelim. Böyle bir odadaki lambalar, siyah fon üzerindeki beyaz parktılar gibi görünür. Beyaz tavanlar ve parlak duvarlar aldıkları ışığın çoğunu yansıtıp dağıtır ve böylece odanın aydınlığını artırır. Nitekim dolaylı aydınlatmada lambaları gözlerimizden saklarız; bize gelen ışığın hepsi duvarlara ve tavana çarparak yayıldıktan sonra gözlerimize ulaşır. Çoğu geceler, bir ışık kaynağı sandığımız ay, gerçekte güneş ışığını yansıtan büyük bir dolaylı aydınlatma aracından başka bir şey değildir.
9 saydam ve saydam olmayan maddeler Dışarıda, iyi aydınlanmış bir manzaraya temiz bir pencere camından baktığınız zaman, camın arada olduğunu zor fark edersiniz. Cam gibi ışığı geçiren bir maddeye saydam madde denir. Akşama doğru karanlık basarken gene aynı pencere camından dışarıya bakınız. Dışarıdaki manzaradan başka, şimdi camda kendinizin ve odadaki eşyanın da bir görüntüsünü görürsünüz. Görüntüleri oluşturan ışık, odanın içinden geliyor olmalıdır. Bu ışık, camı geçip dışarıya çıkacak yerde, gözlerinize geri geliyor, diğer bir deyişle camdan yansıyor. Saydam bir cismin kalınlığı geçirdiği ışık miktarını etkiler mi? Bir tek cam parçası ışığı hemen hemen tam olarak geçirir. Fakat onbeş yirmi parça temiz cam üst üste konulsa, ışığın bir kısmı soğurulur; geçen ışık hem parlaklığını kaybeder hem de biraz renklenmiş görünür. Plâstik, cam, su gibi saydam maddelerin varlığını, ışığı geçirmekle beraber bir kısmını yansıttıklarından ve biraz da soğurduklarından kolayca anlarız. Saydam maddelerin ışık üzerinde önemli bir etkisi daha vardır. Işık bu maddelere girerken ve çıkarken yayılma doğrultusunu değiştirir. Bu olay oldukça ilgi çekicidir.
10 girişimIşığın dalga özelliğini en iyi açıklayan olaylardan birisi girişim olayıdır... Girişim olayını su dalgaları örneği ile açıklayabiliriz. Suya bir taş atarsanız iç içe halkalar oluşur, benzer olarak suya daldırılmış iki çubuk düşünelim, bunlar elektrikli bir motor sayesinde devamlı iç içe halkalar oluştursun, o zaman bu iki kaynaktan gelen yuvarlak dalgalar birbirlerini bir çok noktada keser.Burada üç önemli olasılık vardır: 1. Dalga tepeleri üst üste gelince en yüksek noktalar oluşur, 2. Dalga çukurları üst üste gelince en çukur noktalar oluşur, 3. Bir dalganın tepesi ile diğerinin çukuru üst üste gelirse orada herhangi bir dalga hareketi gözlenmez Bu olay dalgaların genel bir özelliğidir... İki dalga bir birini nötrleyebilir... Işığın dalga olduğunu iddia etmemizdeki temel neden ışığın dalgaların özelliklerini göstermesiydi. Eğer iki eş (frekansları ayni) ışık kaynağını düzgün bir deney sistemi oluşturup bir perdenin önüne koyarsak perdede birbirini takip eden karanlık ve aydınlık çizgiler görürüz... İste burada karanlık yerler ışık dalgalarının birbirini yok ettiği yerleri gösterir... Çok aydınlık yerler ise ışık dalgalarının birbirlerini güçlendirdikleri yerleri belirtir...
11 girişimBu olay dalgaların genel bir özelliğidir... İki dalga bir birini nötrleyebilir... Işığın dalga olduğunu iddia etmemizdeki temel neden ışığın dalgaların özelliklerini göstermesiydi. Eğer iki eş (frekansları ayni) ışık kaynağını düzgün bir deney sistemi oluşturup bir perdenin önüne koyarsak perdede birbirini takip eden karanlık ve aydınlık çizgiler görürüz... İste burada karanlık yerler ışık dalgalarının birbirini yok ettiği yerleri gösterir... Çok aydınlık yerler ise ışık dalgalarının birbirlerini güçlendirdikleri yerleri belirtir...Frekansları farklı ışık kaynakları bizim algılayamayacağımız kadar hızlı değişen girişim örneği vereceğinden adi ışık kaynakları ile girişim deneyleri yapamayız. Bunun çaresini ilk defa 1801 yılında İngiliz fizikçisi Thomas Young buldu.Işığı ilk önce tek bir yarıktan geçiririz .. Küçük bir yarıktan ışığı geçirirseniz o yarık bir ışık kaynağı gibi davranır. Böylece elimizde bir ideal bir ışık kaynağımız olur. Ancak girişim gözleyebilmemiz için 2 tane birbirlerinin aynı ışık kaynağına ihtiyaç vardır. Bunu sağlamak için üstünde iki tane yarık bulunan bir levhayı birincisinin önüne koyarız. Ve bu iki yarık iki farklı ışık kaynağı gibi davranır. Bu iki ışık kaynağının önüne bir perde koyarsak girişim desenini görebiliriz.
12 gölge ve yarı gölgeIşık kaynaklarından yayılan ışınlar, ortamda ilerlerken saydam olmayan cisimler üzerine düşerlerse, cisimleri geçemediklerinden dolayı, cisimlerin arka tarafında karanlık bölgeler oluşur. Meydana gelen bu karanlık bölgeye gölge denir. Kare, küp şeklindeki cisimlerin gölgesi karesel, daire ve küre şeklindeki cisimlerin gölgeleri de dairesel olur. Işık kaynağından çıkan ışınların hiç düşmediği bölgeler tam gölge denir. Bazı bölgelerde hem ışık düşüp hem de gölgelenme görünüyorsa buna yarı gölge denir. Gece oynanan maçlarda sporcuların üç dört tane gölgesinin olması yarı gölgeye güzel bir örnektir. Dört gölgenin oluştuğu alana ışık düşmesine rağmen, diğer bölgeler daha aydınlık olduğundan o bölgeler yarı karanlı gözükür.
13 düzlem aynalarAyna üzerine düşen bir ışık demeti yine bir demet olarak yansır. Düzlem aynanın parlak yüzeyi sırlanmış yüzeydir. Işığın aynaya düştüğü noktadan aynaya çizilen dik doğruya normal; gelen ışının normal yaptığı açıya gelme açısı ve yansıyan ışının normal yaptığı açıya yansıma açısı denir. Yansıma Kanunları 1-Gelen ışın, normal ve yansıyan ışın aynı düzlemdedir. 2-Gelme açısı yansıma açısına eşittir. 3-Normal üzerinden gelen ışın kendi üzerinden yansır.Düzlem Aynaların Kullanıldığı Yerler Düzlem aynanın günlük yaşamda birçok kullanım alanı vardır. Tıraş olurken, giyinirken, saçınızı tararken, mağazaların vitrinlerinde ve birçok yerde kullandığımız aynalar düzlem aynalardır. Dar bir odaya asılacak düz büyük ayna odanın daha geniş görünmesini sağlar. Düz aynalar periskop yapımında da kullanılır. Periskop bir gözlemciye değişik açılardan etrafını görmeye yarar.
14 ışığın kırılmasıIşığın kırılma indisi farklı bir saydam bir maddeden diğerine giderken yönünde bir değişme olur. İste buna kırılma diyoruz. Bir bardak alıp içine bir kasık koyup bakarsak pek bir farklılık görmeyiz fakat bardağa su doldurursak içindeki kasığı eğilmiş görürüz. İste kırılma. Bardak boşken bardağa bir metal para koyunuz. Bardağa bir pipet aracılığıyla bakarak metali görmeye çalısınız simdi ise bardağı su ile doldurunuz ve çubuk vasıtasıyla tekrar bakininiz. Metal para biraz önce baktığınız yerde mi? Nedenini açıklar mısınız?Gölde gördüğümüz balıkların hiçte göründükleri yerde olmamaları, gök kuşağının oluşması, çölde insanların serap görmesi gibi birçok olayın nedenin tamamen kırılmadır...Işık çok yoğun bir ortama girerken düzlemin normaline doğru yaklaşır. Ve tabiî ki ışık olayları tersinir olduğu için az yoğun ortama girerken de normalden uzaklaşır. Kırılma indisi: Işığın her ortamdaki hızı farklıdır. Işığın boşluktaki hızına c dersek ve saydam ortamdaki hızına v dersek kırılma indisi: n=c/v olarak bulunur. Kırılma indisi ışığın rengine bağlıdır, bu nedenle ışık prizmadan geçtiğinde renklerine ayrılır.
15 ışığın yansımasıOrtamda ilerleyen bir ışık isini ,ikinci ortamın sınırına gelince eğer bu ortamın içinden geçemiyorsa, ortam yüzeyine geldiği açıyla ayni açıyı yaparak çarptığı ortamdan uzaklaşmaya baslar..Buna yansıma denir.. Eğer ısınımız pürüzsüz ,diğer bir deyişle ayna gibi bir yüzeyden yansıyorsa buna vereceğimiz isim düzgün yansımadır…düzgün yansımada paralel gelen ışık ısınları yine paralel olarak yüzeyden ayrılır..Eğer yüzeyimiz söylediğimiz gibi düzgün değil ise cisim bu gelen ışıkları düzensiz olarak saçar, buna da dağınık yansıma denir. Peki, yüzeyimizin düz pürüzlü olduğunu söylerken neye göre karar veririz? Cevap olarak ışığımızın dalga boyunu referans alabiliriz. Eğer yüzey değişimlerimiz ışığın dalga boyuna göre küçük farklılıklar gösteriyorsa yüzeyimiz düzgün bir yüzey gibi davranacaktır.
16 ışığın yansımasıTam yansıma: Bu olayda yansıtıcı yüzey kırılma indisi farkından kaynaklanmaktadır. Eğer ışığımız yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama yönelirse hele bir de kritik açıdan daha büyük bir açıyla geliyorsa ikinci ortama girmek, yerine yüzeylerin arasında bir ayna varmış gibi geri yansır bu olaya da tam yansıma denir.
17 ışıkIşık insanların nasıl görüyoruz konusunu araştırmalarıyla ortaya çıkmıştır. Önceleri, antik çağda, Yunanlılar zamanında gözün bakılan cisme doğru ışınlar yaydığı düşünülürdü. Epikür görüntünün gözden kaynaklanan resimlerden oluştuğunu iddia etmiş, Platon, ışığın bakılan cisimlerden göze geldiğini ileri sürmüştü. Daha garip düşünceler de mevcuttu; bunlar arasında, gözden fırlayan parçacıklar ile görme sağlandığı düşüncesi de mevcuttu. Bu düşünceler antik çağdan 17. yy’a kadar uzanmıştır. 17. yy’da yaşanan bilimsel devrimden günümüze kadar oluşan bilgi birikimi ışığında ışığın en bariz özelliğini şöyle sayabiliriz: Durgun kütlesi sıfırdır; boşlukta sabit hızla gider; etkileşmelere parçacık olarak girebilir ancak dalga olarak yayılır; E=h.v , p=hλ ve E=p.c bağlantılarına uyar; kütlesi sıfır olduğu halde diğer parçacıklar gibi kütle çekiminden bile etkilenir. Bilim adamları ışığın bir tür elektromagnetik olduğunu düşünüyorlardı ve içleri rahattı ki Max Planck bazı deneylerde ışığın tanecikmiş gibi davrandığını fark edinceye dek. Işık sanki devamlı dalga değil de, enerji paketçikleri olarak geliyordu. Einstein ve Planck bu enerji paketçiklerini ışık kuantumu veya foton olarak adlandırdılar. Fotonlar sanki birer parçacıklarmış gibi davranıyorlardı. Rölativite teorisine göre, bir parçacığın ışık hızında gidebilmesi için kütlesinin sıfıra eşit olması gerekiyordu. Demek ki ışığın enerjisi sadece kinetik enerjiydi; kütlesinden kaynaklanan hiçbir enerjisi yoktu. Günümüzde ışığın, dalga özelliği gösteren fotonlar olduğu kabul ediliyor. Yayılırken ya parça ya dalga özelliğini gösterir,ama kesinlikle ikisini bir arada değil!! Bazen dalga bazen parçacık olarak yayılır ışık; ama hangi hallerde parçacık hangi hallerde dalga olarak yayıldığı konusunda hiç bir bilgimiz yok. Ama şunu biliyoruz ki biz onu dalga olarak görmek istiyorsak dalga, parçacık olarak davranır bize karşı.
18 görüntü oluşumuHerhangi bir cismi görebilmek için, cisimden yayılan ışınların göze gelmesi gerekir. Cisimden çıkan ışınlar doğrudan göze gelirse cisim görülür.Eğer cisimden çıkan ışınlar, yansıma veya kırılma sonucu göze gelirse algılanan şey cismin görüntüsü olur.Şekildeki K noktasal cisminin görüntüsünü bulmak için iki ışın kullanmak yeterlidir. Bu ışınlar yansıma kurallarına göre yansıtılır. Yansıyan ışınların uzantılarının kesiştiği yerde görüntü oluşur. Bu görüntü aynaya dik gönderilen ışının uzantısı üzerinde olmak zorundadır.Eğer cisim şekildeki gibi ise K ve L noktalarının ayrı ayrı görüntüleri bulunur ve bu K', L' görüntü noktaları birleştirilerek K, L cisminin görüntüsü bulunur.
19 görüntü özellikleriYansıyan veya kırılan ışınların kendileri kesişirse görüntü gerçek, uzantıları kesişirse görüntü zahirî (sanal) olur.Zahiri görüntüler her zaman görünen görüntülerdir. Gerçek görüntüler ise, perde üzerine düşürülerek, değişik noktalardan görülebildiği gibi, gerçek görüntüden göze gelen ışınlar nedeniyle de perde olmadan da görülebilirler.
20 düz aynada görüntü ve özellikleri Şekildeki gibi noktasal bir cisimden çıkan ışınlar, düzlem aynada yansıyor ve uzantılarının kesiştiği yerde görüntü oluşuyor. Buna göre, düz aynada oluşan görüntü;Zahirîdir.Aynaya olan uzaklığı, cismin aynaya olan uzaklığına eşittir.Boyu, cismin boyuna eşittir.Cisme göre sağlı solludur. Sağ elimiz, görüntümüzün sol elidir.Aynaya göre simetriktir.Yukarıdaki şekilde cismin aynaya dik uzaklığı yoksa aynanın uzantısı alınır. K cisminin bu uzantıya göre simetriği olan K' görüntüsü bulunur.
21 düz aynada özel durumlar Düzlem aynada gerçek cismin görüntüsü her zaman zahirîdir. Cismin aynaya uzaklığı, görüntünün aynaya uzaklığına, cismin boyu da görüntünün boyuna eşittir.Bir düzlem aynaya gelen ışının doğrultusu değiştirilmeden, ayna a açısı kadar döndürülürse, yansıyan ışın 2a kadar döner.Bir düzlem ayna ışık kaynağına yaklaştıkça gelme açısı, dolayısıyla yansıma açısı da büyür. Bu da yansıyan ışınlar arasındaki alanın büyümesi demektir. Kısacası düzlem ayna göze yaklaştıkça görüş alanı artar. Ayna gözden uzaklaştıkça görüş alanı azalır. Veya düzlem aynaya yaklaştıkça görüş alanı artar, uzaklaştıkça görüş alanı azalır.Kesişen iki düzlem ayna arasındaki açı a ise aynalar arasında meydana gelen görüntü sayısı,Paralel iki düzlem ayna arasındaki görüntü sayısı sonsuzdur.
22 küresel aynalarYarıçapı R olan bir kürenin tümsek kısmı parlatılıp ayna yapılırsa tümsek ayna, çukur kısmı parlatılıp ayna yapılırsa çukur ayna elde edilmiş olur. Aynanın tam ortasından ve merkezinden geçen eksene asal eksen denir. Aynanın asal eksenle çakıştığı noktaya tepe noktası (T) denir. Tepe ile merkez noktalarının tam ortasındaki noktaya da odak noktası (F) denir. Odak noktasının aynaya veya merkeze uzaklığına da odak uzaklığı (f) denir.Odak uzaklığı ile aynanın (R) yarıçapı arasında R = 2f bağıntısı vardır. Kürenin merkezinden geçen bütün doğrular kürenin yüzeyine dik olduğundan, küresel aynalarda merkezden geçen bütün doğrular normal olarak kabul edilebilir.
23 çukur aynalarda ışınların yansıması Yansımanın en önemli şartı gelme açısının yansıma açısına eşit olmasıdır. Merkezden aynaya çizilen doğrular, küresel aynaların normalidir. Çünkü bu doğrular aynaya diktir.Asal eksene paralel gelen ışınlar yansıdıktan sonra odaktan geçer. Gelen ışığın normalle yaptığı açı, yansıyan ışığın normalle yaptığı açıya eşittir.Odaktan aynaya gelen ışınlar asal eksene paralel gidecek şekilde yansır. Bir önceki ışının tam tersidir.Merkezden gelen ışınlar yine merkezden geçecek şekilde yansır. Çünkü normal üzerinden gelen ışınlar, aynaya dik çarptıklarından kendi üzerlerinden geri yansırlar.Tepe noktasına gelen ışınlar, asal eksenle eşit açı yapacak şekilde yansırlar. Çünkü asal eksen de merkezden geçtiği için normaldir.
24 çukur aynada görüntü çizimleri Oluşan görüntünün yerini bulmak için en az iki tane ışın kullanmak gereklidir. Işınlar nerede kesişirse görüntü orada oluşur.Cisim sonsuzda ise; sonsuzdan gelen ışınlar asal eksene paralel gelirler. Paralel gelen ışınlar ise yansıdıktan sonra odakta toplanırlar. Görüntü, odakta gerçek ve nokta halinde oluşur.Cisim merkezin dışında ise; görüntü, odak ve merkez arasında, ters gerçek ve boyu cismin boyundan küçüktür. Hatırlanacağı gibi ışınların kendisi kesişirse görüntü gerçek, uzantıları kesişirse görüntü zahirî olur. Cisim merkezde ise; görüntü, merkezde ters gerçek ve boyu cismin boyuna eşit olur.
25 çukur aynada görüntü çizimleri Cisim odakla merkez arasında ise; görüntü merkezin dışında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür.Cisim odakta ise; yansıyan ışınlar birbirlerine paralel olduğundan, görüntü sonsuzda ve belirsizdir.Cisim ayna ile odak arasında ise; görüntü aynanın arkasında, düz, zahirî ve boyu cismin boyundan büyüktür. Çizimlerden de görüldüğü gibi cisim veya görüntüden aynaya yakın olanın boyu daha küçüktür.
26 tümsek aynalarda özel ışınlar Tümsek aynada da çukur aynada olduğu gibi merkezden geçen bütün doğrular normaldir. Tümsek aynada odak noktası aynanın arkasında olduğu için zahirîdir. Çünkü odak, ışığın toplandığı noktadır. Tümsek aynada ışık toplanmaz. Sadece uzantıları odaktan geçer, kendileri geçemez.Asal eksene paralel gelen ışınlar, uzantıları odaktan geçecek şekilde yansırlar.Uzantıları odaktan geçecek şekilde gelen ışınlar, asal eksene paralel gidecek şekilde yansırlar.Uzantıları merkezden geçecek şekilde gelen ışınlar, kendi üzerlerinden geri dönecek şekilde yansırlar.Tepe noktasına gelen ışınlar, asal eksenle eşit açı yapacak şekilde yansırlar.
27 tümsek aynada görüntü çizimi Bir tümsek aynada cisim nerede olursa olsun görüntü her zaman ayna ile odak noktası arasında, düz, zahirî ve boyu cismin boyundan küçüktür. Cisim sonsuzda iken görüntü odakta nokta halinde olur. Şekilde görüldüğü gibi cisim aynaya yaklaştıkça görüntünün boyu büyüyerek aynaya yaklaşır.
28 ışığın kırılmasıIşık ışınları saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken ışınların bir kısmı yansıyarak geldiği ortama dönerken bir kısmı da ikinci ortama, doğrultusu ve hızı değişerek geçer. Işığın ikinci ortama geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir
29 kırılma kanunlarıGelen ışın, normal ve kırılan ve kırılan ışın aynı düzlemdedir.Işık ışınları, az kırıcı ortamdan çok kırıcı ortama geçerken normale yaklaşarak kırılır.Işık ışınları, çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortam geçerken normalden uzaklaşarak kırılır.
30 kırılma kanunlarıİki ortamı birbirinden ayıran yüzeye dik gelen ışınlar kırılmaya uğramadan bir ortamdan diğerine geçer. Şekillerdeki çizimlere bakıldığında, havadan suya geçen ışınların normale yaklaşarak kırıldığı görülür. Tabii ki bunun tersi olarak sudan havaya geçen ışınlar da normalden uzaklaşarak kırılır.
31 sınır açısı ve tam yansıma Işık ışınları, kırıcılığı küçük ortamlardan büyük ortamlara hangi açı ile gelirse gelsin normale yaklaşarak kırılır ve ikinci ortama geçer.Işık ışınları çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırılır. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama gelen ışınlar ikinci ortama her zaman geçemez.Ancak belli açılardan küçük açılarla geldiği zaman geçer.
32 sınır açısıGelme açısı büyüdükçe kırılma açısı da büyür ve ışığın kırılma açısı 90° olduğu andaki gelme açısına sınır açısı denir. Eğer ışık ışınları sınır açısından daha büyük açıyla gelirse ikinci ortama geçemez ve geldiği ortama normalle eşit açı yaparak geri döner. Bu olaya tam yansıma denir.Örneğin, sudan havaya gelen ışınlar için sınır açısı 48°, camdan havaya gelen ışınlar için ise 42° dir. Bu iki örnekten de anlaşılacağı gibi ortamların kırıcılıkları arasındaki fark büyüdükçe sınır açısı küçülür.
33 görünür derinlikBulunduğumuz ortamdan kırıcılıkları farklı saydam ortamlardaki cisimlere baktığımızda, bulundukları yerlerden farklı yerlerde görürüz. Mesela akvaryuma üstten bakıldığında balıklar yüzeye çok yakın görülür. Su dolu havuza üstten bakıldığında, havuzun derinliği, olduğundan daha yakın algılanır.Sonuç olarak az yoğun ortamdan çok yoğun ortamdaki cisimlere bakan gözlemciler cismi daha yakında, çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakan gözlemciler ise daha uzakta görür.Şekilde görüldüğü gibi az yoğun ortamdan çok yoğun ortama normal ya da normale yakın yerden bakılırsa cisim gerçek yerinden daha yakında görülür.Şekilde ise çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakıldığında ise cisim gerçek bulunduğu yerden daha uzakta görülür. Bunların nedeni, ışığın kırılarak göze gelmesi ve gözün de kırılan ışınların uzantısında görmesindendir.
34 prizmalarKesiti şekildeki gibi üçgen şeklinde olan saydam ortamlara ışık prizması denir. Prizmalar genelde camdan yapılmışlardır.Tek renkli bir ışık ışını şekildeki gibi prizmaya gönderildiğinde ışın normale yaklaşarak prizmaya girer.Çünkü camın kırıcılığı havadan fazladır. Işık ışını prizmadan havaya çıkarken normalden uzaklaşır. Böylece ışık ışını iki defa yön değiştirip prizmanın tabanına doğru saparak dışarı çıkar.
35 tam yansımalı prizmalar Kesiti ikizkenar dik üçgen şeklinde olan camdan yapılmış prizmalara tam yansımalı prizmalar denir. Çünkü bu üçgenin açıları 45°, 45° ve 90° dir. Camdan havaya geçişte sınır açısı 42° olduğundan bu prizmaya gönderilen ışık en az bir defa tam yansımaya uğrar.Şimdi bu prizmaya gönderilen bir kaç ışığın izlediği yolları şekiller üzerinde görelim.Şekillerdeki sistemlerde görüldüğü gibi ışık, en az bir yüzeyde tam yansımaya uğrar. Şekiller üzerinde de görüldüğü gibi ışınların, yüzeylerin normalleri ile yaptıkları açı 42° den büyükse tam yansımaya uğrar.Şekilde görüldüğü gibi aynı prizmaya farklı iki ışık gönderildiğinde biri tam yansımaya uğramasına rağmen diğeri de tam yansımaya uğramamıştır.
36 beyaz ışığın renklerine ayrılması Aynı saydam düzleme şekildeki gibi eşit gelme açılarıyla gönderilen kırmızı ve mavi ışınların aynı miktarda kırılmadığı, mavinin daha çok kırıldığı gözleniyor.Yani aynı ortam, farklı ışınlar için farklı kırılma indisine sahipmiş gibi davranır. Şekildeki prizmaya gönderilen beyaz ışık renk karışımı olduğundan bu renkler prizmadan geçerken farklı miktarlarda kırılırlar. En az kırmızı, en çok mor ışın kırılır.
37 merceklerİki küresel yüzey veya bir düzlemle bir küresel yüzey arasında kalan saydam ortamlara mercek denir. Şekildeki gibi yüzeyler kesişiyorsa ince kenarlı mercek olur ki bu mercek üzerine gelen bütün ışınları her iki yüzeyden kırarak asal eksenine yaklaştırır.Mercekler yüzeylerin şekline göre iki tip olabilir.
38 merceklerŞekildeki gibi yüzeyler kesişmiyorsa bu merceklere kalın kenarlı mercek denir.Kalın kenarlı mercek ışığı her iki yüzeyden kırarak asal eksenden uzaklaştırır. Kısacası ince kenarlı mercekler ışığı toplar, kalın kenarlı mercekler ışığı dağıtır.
39 merceklerAynalarda olduğu gibi merceklerde de ışığın toplandığı nokta odak noktası ve bu noktanın merceğe uzaklığı odak uzaklığıdır. Fakat burada odak uzaklığı küresel yüzeylerin yarıçapının yarısı kadar değildir ve merceğin hem sağından gelen ışınlar hem de solundan gelen ışınlar her iki yüzeyde de eşit miktarda kırıldıkları için mercekten eşit uzaklıklarda odaklanırlar.Şekil (a) ve (b) de görüldüğü gibi merceğin kırmızı ışığa göre odak uzaklığı, mor ışığa göre odak uzaklığından daha büyüktür. Bunun nedeni kırmızı ışığın kırıcılığının mora göre daha az olmasıdır.
40 ince kenarlı mercekte özel ışınlar İnce kenarlı mercekte özel ışın ve görüntüler çukur aynanın aynısıdır. Sadece aynada yansıma, mercekte ise kırılma olayı vardır.Asal eksene paralel gelen ışın, odaktan geçecek şekilde kırılır.Odaktan geçecek şekilde gelen ışın, asal eksene paralel gider.Odak uzaklığının iki katı mesafede gelen ışın, yine odak uzaklığının iki katı mesafeden geçecek şekilde kırılır.Merceğin optik merkezinden geçecek şekilde gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider.
41 ince kenarlı mercekte görüntü çizimleri Cisim 2F noktasının dışında ise görüntü F ile 2F arasında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan küçüktür. Cisim 2F de ise görüntüsü 2F de ters, gerçek ve boyu cismin boyuna eşittir.Cisim 2F ile F arasında ise görüntüsü 2F nin dışında, ters, gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür.
42 İnce kenarlı mercekte görüntü çizimi Cisim F de ise görüntüsü sonsuzda olur.Cisim sonsuzda ise, görüntüsü F de, gerçek ve noktasaldır.
43 ince kenarlı mercekte görüntü çizimi Cisim mercekle F arasında ise, görüntü cismin arkasında, düz, zahirî ve boyu cismin boyundan büyüktür. (Büyüteç durumu)
44 kalın kenarlı mercekte özel ışınlar Kalın kenarlı mercekteki özel ışınlar ve görüntü çizimleri tümsek aynadaki özel ışınlar ve görüntü çizimlerinin aynısıdır. Sadece tümsek aynada yansıma, merceklerde ise kırılma neticesinde görüntüler oluşacaktır.Asal eksene paralel gelen ışın uzantısı odaktan geçecek şekilde kırılır.2. Uzantısı odaktan geçecek şekilde gelen ışın asal eksene paralel gidecek şekilde kırılır.3. Uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde gelen ışın yine uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde kırılır.Optik merkeze gelen ışın kırılmadan gider.
45 kalın kenarlı mercekte görüntü çizimi Şekilde görüldüğü gibi cisim nerede olursa olsun görüntü her zaman cismin olduğu taraftaki odakla mercek arasında düz, zahiri ve boyu cismin boyundan küçük olur. Cisim merceğe yaklaştıkça görüntü de merceğe yaklaşır ve boyu artar. Cisim sonsuzda iken görüntü odakta olur.
46 merceklerde yakınsama Gözlük camı olarak kullanılan merceklerin bir ölçüsü vardır. Buna yakınsama denir. Gözlük numaraları, gözlük camının odak uzaklığı ile ilgilidir.Gözlük numaraları bilimde diyoptri olarak adlandırılır. Diyoptri ise merceğin yakınsamasının birimidir. Bir merceğin yakınsaması o merceğin metre cinsinden odak uçaklığının tersi alınarak bulunur.İnce kenarlı merceklerin odak uzaklıkları pozitif (+), kalın kenarlı merceklerin odak uzaklığı negatif (–) olarak hesaplanır.