Transcript optik ppt - Fahrettin Kale

Galile, 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 300.000 kilometredir (saniyede 186.000 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.



Işığı 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.


Bir 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.




Gökteki 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 hızı
C = 2 X 1,47 X 1011 m / 980 s = 3,00 X 106 m/s bulunur.


Güneş 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.






Ay 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.

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.


Işığın 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...



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...
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.

Işık 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.

Ayna 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.



Işığın 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.


Ortamda 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.

Tam 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.

Işık 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.




Herhangi 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.


Yansıyan 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.







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.
1.




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.


Yarıçapı 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.





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.




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.



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.





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.

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.

Işık 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


Gelen 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.


İki 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.



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.


Gelme 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.




Bulunduğumuz 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.



Kesiti 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.




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.



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.


İki 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.


Şekildeki 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.


Aynalarda 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.





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.



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.


Cisim F de ise
görüntüsü sonsuzda
olur.
Cisim sonsuzda ise,
görüntüsü F de,
gerçek ve
noktasaldır.

Cisim mercekle F
arasında ise, görüntü
cismin arkasında, düz,
zahirî ve boyu cismin
boyundan büyüktür.
(Büyüteç durumu)





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.

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.



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.


www.torpil.com
www.onlinefizik.com