Işığın Kırılması

Işığın Kırılması: Işığın saydam ortamdan farklı bir saydam ortama geçerken doğrultusunu değiştirmesi olayına ışığın kırılması denir.

Farklı kelimesinin altını çizmemin sebebi ise kırılma olayının gerçekleşebilmesi için ışığın geldiği ortamdan farklı bir ortama geçmesi gerekir. Işık farklı ortama geçince hızında değişme  olur ve ışığın  doğrultusu da bir miktar değişir.  

Işığın kırılmasına günlük hayattan birçok örnek verebiliriz bunlardan bazıları aşağıda listelenmiştir.

-Bir su kuyusuna baktığımız zaman kuyunun dibini daha yakında görürüz.

- Çay bardağındaki kasığı bardak içindeyken kırık gibi görürüz.

-Yazın asfalt üzerinde yağmur yağmış     gibi serap etkisi görülmesi.

-Yıldızlardan gelen ışınların atmosferin tabakalarından geçerken kırılması ve bize farklı doğrultularda gözükmesi.

-Güneş doğarken ve batarken ışığın kırılmasından dolayı ufuğun kırmızı renkte görülmesi.

- Yağmur sonrası ışığın yağmur damlalarında kırılarak gökkuşağı nı oluşturması

Hepsi ışığın kırılmasına birer örnektir.

Kırılma Kanunları :
Gelen ısının ayırıcı yüzeye geldiği noktadan yüzeye çıkan dik doğrultuya yüzey normali, gelen ışınla yüzey normali arasındaki açıya ( i ) gelme açısı, kırılan ışınla yüzey normali arasındaki açıya ( r ) kırılma açısı denir.

1.)   Gelen ısın, kırılan ısın ve yüzeyin normali aynı düzlem içindedirler.
2.)   Ortamları değiştirmemek şartıyla gelme açısının sinüsü nün, kırılma açısının sinüsü ne oranı daima sabittir.

n1.sin(i)=n2.sin(r)

Kırılma indisi: Ortamların yoğunluğu ile ilgili bir sabittir.  n1:Işığın geldiği ortamın kırılma indisi      n2: Işığın kırılmaya uğradığı ortamın kırılma indisidir.

Snell bağıntısı  : n1.sin(i)=n2.sin(r)

Not: Boşlukta her renk ışığın yayılma hızı 300 000 km/sn dir. Ancak bir saydam ortamda her renk ısının yayılma hızı  birbirinden farklıdır.

Özel Durumlar:
1.) Bir ısın bir yüzeye normal doğrultusunda gelirse, yani yüzeye dik gelirse  diğer ortama kırılmadan geçer. Ortamların kırıcılık indislerinin bir önemi yoktur.

2.) Işığın frekansı sadece ışık kaynağına bağlıdır. Kırıcılık indisleri ne, gelme ve yansıma açılarına bağlı değildir.

3.) Kırıcılık indisleri eşit olan iki ortamdan ışık geçerken kırılmaya uğramaz.

Tümsek Aynada Görüntü

1.) Tümsek ayna önünde bir cisim her nerede olursa olsun görüntüsü her zaman odak ile tepe noktası arasında oluşur.Görüntü daima düz, daima sanal ve daima cismin boyundan küçüktür.

2.) Tümsek aynada, sonsuzdaki bir cismin odak noktasında noktasal bir görüntüsü oluşur.

3.) Özel olarak tümsek aynanın odak noktasında bulunan bir cismin görüntüsü – F / 2 ‘ dedir.

Özel Durumlar:
1.) Tümsek aynada görüntü daima sanal , düz ve küçüktür.

2.) Tümsek aynada; cisim aynaya yaklaştıkça görüntü boyu artar.

3.) Tümsek aynada bir cismin görüntüsü aşağıdaki formüllerle bulunabilir.

Görüntü gerçek ise isaret ( + ), sanal ise isaret ( – ) ‘dir.

Tümsek Ayna

Yansıtıcı yüzeyi, küre parçasının dış yüzeyi gibi olan aynalara  tümsek ayna yada dışbükey ayna ( konkav ayna ) denir.  Tümsek aynaların dağıtıcı özelliği vardır. Bu aynalar güneş ışınlarına dik tutulursa, yansıyan ışınların uzantıları bir noktada kesişirler. Bu noktaya aynanın odak noktası denir.

Tümsek Aynada Özel Işınlar:
1. Tümsek aynaya paralel gelen ışınlar uzantısı odaktan geçecek şekilde yansır. Aynı zamanda odak doğrultusunda gelen ışınlar da paralel yansır.

 2. Tümsek aynanın merkezine doğru gelen ışınlar kendi üzerinden geri yansır.

 3. Tümsek aynanın tepe noktasına doğru gelen ışınlar asal eksenle eşit açı yapacak şekilde yansır.

 4. Tümsek aynaya odak noktasından gelen ısın uzantısı F /2’ den geçecek şekilde yansır.

5. Tümsek aynaya rastgele bir ısın; normali olan merkezden gelen çizgi ile eşit açı yapacak şekilde yansır.

Yardımcı odak yardımıyla yansıyan ısının çizilmesi;

Yansıyan ısını çizmek için;
1. Merkezden geçen ve gelen ısına paralel olan ikincil bir eksen çizilir.
2. Asal eksene dik olan ve odaktan geçen odak düzlemi çizilir.
3. İki eksenin kesiştiği nokta, ikincil odaktır ve yansıyan ısın bu noktadan geçer.

Çukur Aynada Görüntü

Çukur aynada görüntü
Bir cismin aynadaki görüntüsünü çizmek için, cisimden aynaya en az iki ışın gönderilir. Bu ışınların yansıdıktan sonra kesiştikleri yerde görüntü oluşur. Eğer yansıyan ışınların kendisi kesişiyorsa görüntü gerçektir, yansıyan ışınların kendisi değilde uzantıları kesişiyorsa görüntü sanaldır.

1. Sonsuzdaki bir cismin çukur aynada görüntüsü aynanın odağındadır ve görüntü nokta şeklindedir

2. Çukur aynada 3F noktasında bulunan bir cismin, 1.5 F ‘de gerçek ve ters görüntüsü oluşur. Boyu ise kendi boyunun yarısıdır.

3. Çukur aynada merkezde ( 2F ) ‘de bulunan bir cismin görüntüsü yine merkezde ( 2F ) , ters ve gerçektir. Boyu ise cismin boyuna eşittir.

4.  Çukur aynada 1.5 F noktasında bulunan bir cismin, 3F ‘de gerçek ve ters görüntüsü oluşur. Boyu ise kendi boyunun iki katıdır.

5. Çukur aynanın odağındaki noktasal bir cismin görüntüsü sonsuzda dır.

6. Çukur aynada F / 2 üzerinde buluna bir cismin görüntüsü ayna arkasında odak uzaklığı mesafesinde, düz ve sanaldır.

7. Çukur aynanın tepe noktası üzerinde bulunan bir cismin görüntüsü yine tepe noktası üzerinde, düz, sanal ve boyu cismin boyuna eşittir.

Özel Durumlar :
1.)

2.) Bir cisim çukur aynanın odak noktasına yaklaşırken görüntüsünün boyu artar.

3.) Çukur aynada bir cismin görüntüsü aşağıdaki denklemlerle bulunabilir.

f : Aynanın odak uzaklığı
hc : Cismin boyu
hg : Görüntünün boyu
Dc : Cismin aynaya uzaklığı
Dg: Görüntünün aynaya uzaklığı
Sc : Cismin odak noktasına uzaklığı
Sg : Görüntünün odak noktasına uzaklığı

4.)Görüntü gerçek ise işaret ( + ), sanal ise işaret ( – ) ‘dir.  Bir cismin görüntüsü aynada yansıyan ışınların kesişmeleriyle oluşuyorsa görüntü gerçektir. Eğer bir cismin görüntüsü aynada yansıyan ışınların uzantılarının kesişmesiyle oluşuyorsa sanaldır ( zahiri yada görünen ). Sanal görüntüler görülebilirken gerçek görüntüler ancak perde üzerine düşürülerek görülebilir.

Çukur Ayna

Yansıtıcı yüzeyi çukur olan aynalaraÇukur Ayna denir.  Çukur ayna, cisimlerin görüntülerini büyütebilme ve gelen paralel ışınları bir noktada toplayabilme özelliğine sahiptir.  Çukur aynalara makyaj aynaları, araba farları, el fenerleri örnek olarak verilebilir.

Çukur Aynalarda Özel Işınlar

1.) Çukur aynaya paralel gelenler ışınlar odaktan geçecek şekilde yansır. Aynı zamanda odaktan gelen ışınlar da paralel yansır.

2.) Çukur aynaya 3F noktasını keserek gelen ısın 1.5 F‘ den geçecek şekilde yansır. Aynı zamanda 1.5 F den gelen ısında 3F’ den geçecek şekilde yansır.

3.) Çukur aynaya merkezden ( 2F ) gelen ışınlar kendi üzerinden geri yansır.

4.) Çukur aynanın tepe noktasına gelen ısın asal eksenle eşit açı yapacak şekilde yansır.

5.) Çukur aynaya F / 2 ‘den gelen ışınlar – F‘den geçecek şekilde yansır.

Çukur Aynada Herhangi Bir Işının Yansıması

Çukur aynada herhangi bir ışının yansıması için iki yöntem vardır.

1-Merkezin normal olarak kullanılması: Çukur aynaya gelen ışına merkezden bir normal çizilir ve normalle eşit açı yapacak şekilde yansıtılır.

2-İkincil odak yardımıyla yansıyan ısının çizilmesi: Aşağıda adımlar izlenir

•  Merkezden geçen ve gelen ısına paralel olan ikincil bir eksen çizilir.
•  Asal eksene dik olan ve odaktan geçen odak düzlemi çizilir.
• İki eksenin kesiştiği nokta ikincil odaktır ve yansıyan ısın bu noktadan geçer.

Küresel Aynalar

Küresel Ayna Nedir?

Yansıtıcı yüzeyi küre şeklinde olan aynalara küresel ayna denir. Küresel Aynaların diğer bir ismi de Parabolik Aynalardır. Küresel aynalara arabaların dikiz aynası, yemek kaşıkları, çaydanlıkların dış kısımlarını örnek olarak verebiliriz.

Küresel Ayna Çeşitleri Nelerdir?

Küresel aynalar kendi arasında ikiye ayrılır. Bunlar;

Çukur Ayna: Yansıtıcı yüzeyi çukur olan aynalara denir.

Tümsek Ayna:Yansıtıcı yüzeyi tümsek olan aynalara denir.

Küresel Aynalarda Bilinmesi Gereken Temel Kavramlar

Asal Eksen: Küresel aynayı iki eşit bölmeye ayıran doğruya denir.

Tepe Noktası: Asal eksenin ayna ile kesiştiği noktaya denir.

Eğrilik Yarıçapı (R): Tepe noktası ile merkez arası uzaklığa eşittir.

Odak Uzaklığı (F): Merkez uzaklığının yarısına eşittir.

Küresel Aynalarda Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar

• Küresel Aynalarda eğrilik yarıçapı ile merkez uzaklığı birbirine eşittir.
• Küresel aynalarda odak uzaklığı merkez uzaklığının yarısına eşittir.   R=F/2
• Küresel aynaların odak uzaklığı sadece eğrilik yarıçapına bağlıdır.
• Düzlem aynalarda uygulanan yansıma kuralları aynen geçerlidir.

Derleyen: Baki TURAN
Kaynak:  Atatürk Üniversitesi  Fizik Öğretmenliği Bölümü 3. Sınıf “Optik”  Dersi Ders Notları (Baki TURAN); Açık Öğretim Fizik Ders Kitapları ve MEB Liseler İçin Fizik Dersi Ders Kitapları

Düzlem Aynalar

Düzlem  Ayna  Nedir?

Fizik derslerinden de hatırladığımız gibi Üzerine düşen ışığı yansıtan yüzeylereayna denir. Aynalar yansıtıcı  yüzeyin sekline (fiziki özelliklerine) göre adlandırırlar. Yansıtıcı yüzeyi düz olan aynalara düzlem  aynalar, yansıtıcı yüzeyi çukur olan aynalaraçukur aynalar, yansıtıcı yüzeyi tümsek olan aynalara tümsek aynalar denir.

Düzlem Aynaların Günlük Hayatta Kullanım Alanları Nelerdir?

Düzlem aynalar,

• Cisimlerin aynı büyüklükte görüntülerini elde etmek için ; evlerde , mağazalarda, iş yerlerinde ve çeşitli teknolojik araçlarda kullanılır.
•  Isı ve ışık yalıtımı sağlamak için binaların dış cepheleri ayna gibi yansıtıcı camlarla kaplanır.
• Projeksiyon, tepegöz, periskop gibi teknolojik araçların yapımında da düzlem aynalardan faydalanılır.

Düzlem Aynalarda Görüntü Oluşumu Nasıl Olur?

Düzlem aynalarda görüntü oluşumunu anlamak için öncelikle fizikteki görme olayının nasıl gerçekleştiğini  anlamamız gerekir.

Bir cismin görülebilmesi için o cisimden gözümüze ışık gelmesi gerekir. Cisimden çıkan ışınlar gözümüze doğrudan gelirse cismin kendisini algılarız. Işık yansıma yada kırılma sonucu gelirse, görüntüsünü algılarız.

Bir cismin düzlem aynada görüntüsünü bulabilmek için , cisimden düzlem aynaya en az iki tane ışın gönderilir ve bu ışınların yansımaları sağlanır. Yandaki şekildeki  görüldüğü gibi yansıyan  ışınların kesiştiği noktada görüntü oluşur.

Düzlem Aynada Görüntü Özellikleri Nelerdir?

• Görüntü  Zahiri ( sanal )dir.  Yani sadece gözle görülür,  herhangi bir perdeye düşürülemez.
• Cisim ve görüntünün aynaya uzaklıkları eşittir.
• Cisim ve görüntünün boyları eşittir.
• Cisim ve görüntü  Aynaya  göre simetriktir

Düzlem Aynada Görüş Alanı Nasıl Bulunur?

Düzlem aynaya bakan bir gözün aynada  görebildiği bölüme (uzay parçasına) görüş alanıdenir. Göz görüş alanındaki cisimleri görebilir. Görüş alanını bulmak için iki yöntem kullanılır

1-) Gözden ayna uçlarına ışınlar gönderilir ve yansıtılır. Yansıyan ışınlar arasındaki bölge görüş alanıdır.

2-)  Önce gözün aynaya göre simetrisi bulunur, bulunan  simetriden aynanın uçlarına ışınlar gönderilir.  Işınlar arasında kalan bölüm görüş alanıdır ve göz tarafından görülebilir.

Not: Oda duvarında bulunan düzlem aynaya  baktığımızı düşünelim, düzlem aynaya doğru yürümeye başlarsak

1-) Düzlem aynada görebildiğimiz bölge (görüş alanı) artar.

2-) Düzlem aynada kendi vücudumuzun görebildiğimiz kısmı değişmez.

Derleyen: Baki TURAN
Kaynak:  Atatürk Üniversitesi  Fizik Öğretmenliği Bölümü 3. Sınıf “Optik”  Dersi Ders Notları (Baki TURAN); Açık Öğretim Fizik Ders Kitapları ve MEB Liseler İçin Fizik Dersi Ders Kitapları