OPTİK
Işık Nedir?
Işığı yaptığı davranışlarla tanırız. Işık saydam
ortamlarda yayılır. Işık foton denilen taneciklerden oluşur. Fotonların
belirli bir dalga boyu vardır. Bazı fiziksel olaylarda tanecik, bazılarında
dalga yapılı özelliği gösterir. Belirli enerjileri vardır.
Işık Kaynakları
Hangi ortamda olursa olsun, gece ve gündüz kendiliğinden
ışık yayarak görülebilen cisimlere ışık kaynağı denir. Işık kaynakları,
yapılarına göre, sıcak (akkor) ışık kaynakları ve soğuk (akkor olmayan)
ışık kaynakları olmak üzere ikiye ayrılır.
Üzerine düşen ışığı geçirip geçirmemelerine göre,
maddeler üç kısımda incelenir. Üzerlerine düşen ışığı tamamıyla geçirebilen,
cam, su ve hava gibi maddelere saydam maddeler denir. Üzerlerine düşen
ışığın bir kısmını geçiren maddelere yarı saydam maddeler hiç geçirmeyenlere
ise saydam olmayan maddeler denir.
Işık Nasıl Yayılır?
Işık kaynaklarından yayılan ışınlar türdeş ortam
içerisinde doğru boyunca ilerler. Işığın ilerlemesi için ortama ihtiyaç
yoktur. Işık türdeş saydam ortam içerisinde sabit hızla yayılır ve ışık
hızı ortama göre değişir.
Tam Gölge - Yarı Gölge
Kaynaklardan yayılan ışınlar, ortamda
ilerlerken saydam olmayan cisimler üzerine düşerlerse, cisimleri
geçemediklerinden dolayı, cisimlerin arka tarafında karanlık alanlar
oluşur. Meydana gelen bu karanlık alanlara gölge denir. Gölgenin
şekli, saydam olmayan cismin şeklinin en büyük kesiti gibidir. Bunun
sebebi, noktasal ışık kaynağından çıkan ışığın doğrusal olarak yayılmasıdır.
|
|
Şekildeki ışık kaynağından çıkan
ışınların hiç düşmediği yerlere tam gölge, kaynağın bazı bölgelerinden
ışık düşüp bazı bölgelerinden ışık düşmediği yerlere de yarı gölge
denir.
|
|
Eğer kullanılan ışık kaynağı şekildeki
gibi saydam olmayan engelden büyük ise, perdenin bulunduğu yere göre
gölge şekilleri değişir. Perde (a) konumunda iken ortada tam gölge ve
etrafında yarı gölge oluşur. Perde (b) konumunda iken yalnız yarı gölge
oluşur. (Şekil (a) ve (b))
Dünya güneş etrafında dönerken,
ay dünya ile güneş arasına şekildeki gibi girdiğinde, ayın gölgesi
dünya üzerine düşer ve K noktasından bakan gözlemci güneşi göremez.
Bu olaya güneş tutulması denir. |
|
Dünya, güneş etrafında dönerken
ay ile güneş arasına şekildeki gibi girdiğinde dünyanın gölgesi,
ay üzerine güneş ışınlarının gelmesini engeller. Güneşten ışık alamayan
ay, L noktasından bakıldığında görülmez, bu olaya da ay tutulması
denir. |
|
DÜZLEM AYNALAR
Yansıma
Saydam ortamda hareket eden ışığın
herhangi bir yüzeye çarpıp geri dönmesine yansıma denir. Yansıma
olayında ışığın hızı, frekansı, rengi yani hiçbir özelliği değişmez.
Sadece hareket yönü değişir. |
|
Bir yüzeyle 90° lik açı yapan dikmeye
yüzeyin normali denir. Gelen ışınla normal arasındaki açıya gelme açısı
(a), yansıyan ışınla normal arasındaki açıya da yansıma açısı (b) denir.
Yansımanın iki yasası vardır:
1. Gelen ışın, normal ve yansıyan
ışın aynı düzlemdedir.
2. Gelme açısı yansıma açısına
eşittir. (a = b)
Işınların geldiği yüzey şekildeki
gibi düzgün olursa, bu yüzeyin her noktasında normaller birbirine
paraleldir. Şekildeki gibi gelen ışınların gelme açıları birbirine
yansıma açıları da birbirine eşit olur. |
|
Bundan dolayı yüzeye birbirine paralel
gelen ışın demeti, yüzeyden de birbirine paralel olarak yansır. Bu yansımaya
düzgün yansıma denir.
Eğer yüzey şekildeki gibi düzgün
değilse, yüzeyin bütün noktalarındaki normaller farklıdır. Yüzeye
paralel gelen ışınların gelme açıları yansıma açılarına eşit olmaz.
Bu yansımaya dağınık yansıma denir. |
|
Görüntü Oluşumu
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. Işınların 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. |
|
Görüntünün Özellikleri:
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.
Düzlem Aynada Görüntü ve Özellikleri:
Şekildeki gibi noktasal bir cisimden
çıkan ışınlar, düzlem aynada yansıyor ve uzantılarının kesiştiği
yerde görüntü oluşuyor. |
|
Buna göre, düzlem 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.
Görüş Alanı
Bir düzlem aynanın iki kenarına
gözden gönderilen ışınlar aynada yansır. Yansıyan bu ışınlar ile
ayna arasında kalan alana görüş alanı denir. Bu yansıyan ışınların
üzerinden geçtiği noktalar ve bu ışınlar arasında kalan noktaları
görebilmek mümkündür. |
|
Saydam olmayan küresel cisimlerin görüntülerinin
arkasında kalan noktalar görülemeyebilir. Onun için görüş alanına bakarak
görülebilecek noktalar kesinlikle bunlardır diye söylemek hatalı olabilir.
Şekilde G noktasından aynaya bakan
bir gözün görüş alanını bulurken, aynanın iki ucundan normaller
çizilir. Gelen ışının eşit açı yaparak yansımasını bulmak için,
gözün normale dik olan uzaklığı belirlenir. Yansıyan ışın yine normalden
eşit dik uzaklık olan noktadan geçer. Şekilde 1. ışın L noktasından,
2. ışın da S noktasından geçecek şekilde yansır. G noktasının aynadaki
görüntüsünü görmek için nerelerden bakılmalı diye sorulduğunda,
görüş alanı içinden bakılmalı cevabı verilir. |
|
Gelme açısını yansıma açısına eşit
çizebilmek için, aynanın normali hatasız çizilmelidir. Şekilde K
aynası birim karelerin köşelerine yerleştirilmiş ise, normal ile
ayna arasındaki açının 90° olması için bir kare köşegeni birleştirilerek
normaller çizilir. Yan yana iki kare köşesi birleştirilerek yerleştirilen
L aynasının normali, üst üste iki kare köşesi birleştirilerek bulunur. |
|
Düzlem Aynada Özel Durumlar
1. Düzlem aynada gerçek cismin görüntüsü
her zaman zahirîdir. Cismin aynaya uzaklığı, görüntünün aynaya uzaklığına,
cismin boyu da görüntünün boyuna eşittir.
2. Bir düzlem aynaya gelen ışının
doğrultusu değiştirilmeden, ayna a açısı kadar döndürülürse, yansıyan
ışın 2a kadar döner. Şekilde normal her zaman ayna ile 90° lik açı
yapar. Ayna, a açısı kadar döndürülürse normal de a açısı kadar
döner. Gelme açısı a kadar büyür, dolayısıyla yansıma açısı da a
kadar büyür. Sonuçta yansıyan ışın 2a açısı kadar sapar. |
|
Şekilde x – y eksenleri arasında
45° lik açıyla yerleştirilen aynada, x ekseni üzerindeki K cisminin
görüntüsü y ekseninde ve K' noktasında oluşur. Ayna 45° dönderilerek
y eksenine getirilirse, K' noktası 90° dönerek K'' noktasına gelir. |
|
3. 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.
4. Kesişen iki düzlem ayna arasındaki
açı a ise aynalar arasında meydana gelen görüntü sayısı,
tane olur,
Paralel iki düzlem ayna arasındaki görüntü sayısı sonsuzdur.
KÜRESEL AYNALAR
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 merkezinde geçen bütün
doğrular kürenin yüzeyine dik olduğundan,küresel aynalarda merkezden
geçen bütün doğrular normal olarak kapul edilebilir.
|
Çukur Aynada Işınların Yansıması
Yansımanın en önemli şartı gelme açısının
yansıma açısına eşit olmasıdır. Merkezden aynaya çizilen doğrular, küresel
aynaların normalidir. Çünkü bu doğrular aynaya diktir.
1. Asal eksene paralel gelen ışınlar
yansıdıktan sonra odaktan geçer. Gelen ışığın normalle yaptığı açı,
yansıyan ışığın normalle yaptığı açıya eşittir. |
|
2. Odaktan aynaya gelen ışınlar asal
eksene paralel gidecek şekilde yansır. Bir önceki ışının tam tersidir.
3. Merkezden gelen ışınlar yine
merkezden geçecek şekilde yansır. Çünkü normal üzerinden gelen ışınlar,
aynaya dik çarptıklarından kendi üzerlerinden geri yansırlar. |
|
4. Tepe noktasına gelen ışınlar, asal
eksenle eşit açı yapacak şekilde yansırlar. Çünkü asal eksen de merkezden
geçtiği için normaldir.
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.
1.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. |
|
2.Cisim merkezde ise; görüntü, merkezde ters gerçek
ve boyu cismin boyuna eşit olur. |
|
3.Cisim odakla merkez
arasında ise; görüntü merkezin dışında ters, gerçek ve boyu cismin
boyundan büyüktür. |
|
4.Cisim odakta ise; yansıyan ışınlar
birbirlerine paralel olduğundan, görüntü sonsuzda ve belirsizdir.
5.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 Aynalarda Özel Işınlar
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.
1. Asal eksene paralel
gelen ışınlar, uzantıları odaktan geçecek şekilde yansırlar. |
|
2. Uzantıları odaktan geçecek şekilde
gelen ışınlar, asal eksene paralel gidecek şekilde yansırlar.
3. Uzantıları merkezden
geçecek şekilde gelen ışınlar, kendi üzerlerinden geri dönecek şekilde
yansırlar. |
|
4. Tepe noktasına gelen ışınlar, asal
eksenle eşit açı yapacak şekilde yansırlar.
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. |
|
Küresel Aynalarda Herhangi Bir Işığın
İzlediği Yol:
Çukur aynaya özel ışınların dışında
herhangi bir ışın gönderildiğinde, ışının aynaya değme noktasına
merkezden geçen normal çizilir. Gelen ışın normal ile eşit açı yapacak
şekilde yansır. |
|
Şekilde tümsek aynaya gelen ışın,
normal ile eşit açı yapacak şekilde yansır. Tümsek aynada görüntü
daima odak ile ayna arasında oluştuğundan, yansıyan ışınların uzantısı
da odak ile ayna arasından geçer. |
|
Özel Durumlar
Ayna formülleri kullanılarak özel konumlu cisimlerin
görüntülerinin yerleri tespit edilir.
1. Cisim çukur aynanın merkezinden
f, aynadan 3f kadar uzaklıkta ise, görüntü odakla merkezin tam ortasında;
yani aynadan 3f/2 kadar uzaklıkta olur. Görüntünün boyu cismin boyunun
yarısı kadar olur. |
|
2. Cisim çukur aynadan 3f/2 kadar uzaklıkta
ise, görüntü aynadan 3f kadar uzaklıkta ve boyu cismin boyunun iki katı
olur.
3. Şekildeki gibi cisim çukur ayna
ile odağın tam ortasında; yani aynadan f/2 kadar uzakta ise zahirî
görüntü f kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun iki katı olur.
|
|
4. Şekildeki gibi cisim tümsek
aynadan f kadar uzakta ise, görüntü, ayna ile odak noktasının tam
ortasında, yani aynadan f/2 kadar uzaktadır. Boyu ise cismin boyunun
yarısı kadar olur. |
|
IŞIĞIN KIRILMASI
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. |
|
Kırılma Kanunları
1. Gelen ışın, normal ve kırılan ışın
aynı düzlemdedir.
2. Gelme açısının sinüsünün, kırılma
açısının sinüsüne oranı her zaman sabittir. Bu sabit, ikinci ortamın
birinci ortama göre kırılma indisine eşittir. Şekildeki açılara göre,
şeklinde ifade edilir. Bu bağıntıya Snell
bağıntısı denir. Bağıntıdaki sabit değere ışığın havadan saydam maddeye
girişte kırılma indisi veya sadece ortamın kırılma indisi denir.
Kırılma indisi saydam maddelerin ayırt edici bir özelliğidir.
Burada kırılma indisi bağıl kırılma indisi
ve mutlak kırılma indisi olmak üzere ikiye ayrılır.
Işık kırılma indisi küçük ortamlardan
büyük ortamlara geçerken normale yaklaşır.
Kırılma indisi büyük ortamlardan
küçük ortamlara geçerken normalden uzaklaşır.
|
|
Kırılma indisi büyük ortamlara çok yoğun
ortam, kırılma indisi küçük ortamlara az yoğun ortam denir. Buradaki
yoğun kelimesinin özkütle ile ilgisi yoktur.
Işık az yoğun ortamdan çok yoğun
ortama veya çok yoğun ortamdan az yoğun ortama dik olarak geçerse
doğrultusu değişmez, fakat hızı ve dalga boyu değişir |
|
Sınır Açısı ve Tam Yansıma
Işık ışınları, kırılma indisi 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.
|
|
Sınır Açısı
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 kırılma indisleri arasındaki fark büyüdükçe sınır açısı küçülür.
Aynı sonuç Snell bağıntısından da anlaşılabilir.
Işığın Paralel Yüzlü Ortamdan
Geçişi
Işık ışınları d kalınlığında paralel
yüzlü bir cama şekildeki gibi geldiğinde önce normale yaklaşarak,
çıkışta ise normalden uzaklaşarak kırılır. Kırılan ışın ile gelen
ışın, birbirine paralel olur. Sadece paralel bir kaymaya uğrar.
Kayma miktarı camın kalınlığına ve q1 ve q2 açılarına
bağlıdır. q2 ise ortamların kırılma indislerine
bağlıdır.
|
|
Görünür Derinlik
Bulunduğumuz ortamdan kırıcılık indisleri
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 sebebi, ışığın kırılarak göze gelmesi ve
gözün de kırılan ışınların uzantısında görmesindendir. |
|
Küresel Yüzeylerde Kırılma
Küresel camlara gönderilen ışık camdan
geçerken kırılmaya uğrar. Önce girişte normale yaklaşır. Çıkarken de
normalden uzaklaşarak kırılır. Burada unutulmaması gereken olay, küresel
yüzeylerde merkezden geçen bütün doğruların normal olduğu ve normal
üzerinden gelen ışınların kırılmayacağıdır. Şimdi de bir kaç şekil üzerinde
bu olayı inceleyelim.
Şekil (e) de açı 45° den büyük olduğu
için tam yansımıştır. Şekil (f) de ise ışık yarım kürenin merkezine
gelmesine rağmen normal üzerinden gelmediği için kırılmıştır. Fakat
çıkarken kürenin merkezinden geçecek şekilde geldiği için normal üzerinden
doğrultu değiştirmeden çıkar.
PRİZMALAR
Kesiti üçgen şeklinde olan saydam
ortamlara ışık prizması denir. Bu prizmada A açısına tepe açısı
ya da kıran açı denir. Bu açının karşısındaki kenara da taban
denir. Işık prizmalarda kırılma kanunlarına uygun olarak kırılır.
|
|
Şekilde cam prizmaya gelen ışın
normale yaklaşarak kırılır. Camdan havaya gelen ışın için q
açısının sınır açısına göre kıyaslanmasıyla üç farklı yol izleyebileceği
görülür. |
|
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
diğeride tam yansımaya uğramamıştır.
Beyaz Işığın 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 ta mor ışın kırılır. |
|
Renk
Güneş ışığını bir prizmadan geçirdiğimizde
renklerine ayrıldığını ve bu renklerinde sırası ile kırmızı, turuncu,
sarı, yeşil, mavi ve mor olduğunu biliyoruz.
Cisimler güneş ışığı ile aydınlatıldığında,
üzerine bu renklerin karışımı olan ışık düştüğünden, cisimler bunlardan
bir kısmını yansıtırlar ve değişik renklerde cisimler algılanır. Bir
cisim güneş ışığındaki tüm renkleri yansıtıyorsa beyaz, hiç birini yansıtmıyorsa
siyah, herhangi bir rengi yansıtıyorsa o renkte görünür.
Güneş ışığındaki renklerden kırmızı,
mavi ve yeşil renge ana renk denir. Bu üç ışığın tek tek ya da değişik
oranlardaki karışımı göze gelirse, göz, cisimleri bu karışımlara
göre değişik renklerde algılar. Bu üç rengin, karışımları beyaz
ışığı verir. Şekildeki venn şemasında bu durum görülüyor. Aynı tabloyu
incelersek kırmızı ve yeşil ışık göze gelirse sarı, kırmızı ve mavi
ışık göze gelirse magenta, mavi ve yeşil ışık göze gelirse cyan
olarak algılanır. |
|
Karışımları beyaz rengi verebilecek iki
renge tamamlayıcı renkler denir. Şekil (a), (b), (c) de görüldüğü gibi
kırmızı ile cyan (mavi - yeşil), yeşil ile magenta (kırmızı – mavi)
ve mavi ile sarı (yeşil – kırmızı) tamamlayıcı renklerdir. Kısacası
bu renklerin hepsinin içerisinde kırmızı mavi ve yeşil olduğundan bu
üç rengin karışımı beyaz olarak algılanır.
Cisimlerin Işığı Yansıtması
Bir cisim güneş ışığındaki tüm renkleri
yansıtıyorsa beyaz görünür. Buradan anlıyoruz ki beyaz cisimler bütün
renkleri yansıtıyor. Beyaz cisim, beyaz ışıkla aydınlatılırsa beyaz,
kırmızı ışıkla aydınlatılırsa kırmızı, mavi ışıkla aydınlatılırsa mavi
görünür. Dolayısıyla beyaz cisimler hangi ışıkla aydınlatılırsa o renkte
algılanırlar.
Bir cismin rengi ana renklerden birisi
ise, kendi rengini güçlü olarak yansıtır ve bir de prizmadaki renk sırasına
göre bir altı ile bir üstündeki renkleri zayıf olarak yansıtır. Kendi
rengi güçlü olduğundan zayıf renkler görülmez. Mesela kırmızı ışık,
kırmızıyı güçlü, turuncuyu zayıf yansıtır. Mavi ışık maviyi güçlü, yeşil
ve moru zayıf yansıtır.
Eğer mavi kitabı yeşil ışık altında aydınlatırsak,
yeşil mavinin komşusu olduğundan zayıf olarak yansır. Fakat bu zayıf
ışık gözü yeşil renkte uyaramayacağından mavi kitap siyah görünür.
Cisim güçlü ışıkların renginde
görülür. Şekilde, güçlü ışıklar uzun oklarla gösterilmiştir. Zayıf
ışınlar ise kısa okla gösterilmiştir. |
|
Işığın Filtrelerden Geçişi
Işığı geçirebilen renkli saydam filtrelerden
geçen ışığın renkleri ile filtre rengindeki cisimden yansıyan ışıkların
renkleri aynıdır. Yani kırmızı filtre, kırmızı ışığı güçlü, turuncu
ışığı zayıf geçirir. Mavi filtre, mavi ışığı güçlü, yeşil ve mor ışığı
zayıf geçirir. Sarı filtre, sarı ışığı kırmızı ışığı, yeşil ışığı güçlü,
mavi ışığı ise zayıf geçirir.
Şekilde kırmızı filtreden kırmızı
ışık güçlü, turuncu ışık ise zayıf geçer. Bu ışınlarda mavi filtreden
geçemez, mavi filtre siyah görünür. |
|
Şekilde sarı filtreden sarı, kırmızı
ve yeşil renkler güçlü geçerken mavi ise zayıf geçer. Bu renkler
de yeşil filtreden geçerken yeşil güçlü, sarı zayıf geçer ve filtre
yeşil renkte algılanır. |
|
Şimdi kırmızı, yeşil, mavi, beyaz
ve siyah zeminler beyaz ışıkla aydınlatılırken bu zeminlere sarı
filtre, cyan filtre ve magenta filtre ile bakılırsa renklerin nasıl
algılandığı şekilde gösterildiği gibidir. |
|
Güçlü olarak yansıyan ve geçen
renkler algılanmaz Yüzeyden zayıf olarak yansıyan veya filtreden
zayıf olarak geçen ışık algılanmaz ve o renkte görülmez
|
MERCEKLER
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.
Bu durum merceğin kırılma indisinin
ortamın kırılma indisinden büyük olması halinde mümkündür. |
|
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 hemde solundan gelen ışınlar her iki yüzeyde de eşit miktarda
kırıldıkları için mercekten eşit uzaklıklarda odaklanırlar. Bir
mercekte odak uzaklığı; |
|
1. Merceğin yapıldığı maddenin ve içinde
bulunduğu ortamın kırılma indisine
2. Merceğin yan yüzeylerinin eğirilik
yarıçapının büyüklüğüne ve cinsine (Çukur veya tümsek)
3. Kullanılan ışığın cinsine (Camın bütün
ışıklar için kırıcılık indisi farklıdır.) bağlıdır.
Merceğin havaya göre odak uzaklığı,
suya göre odak uzaklığından daha küçüktür. |
|
Merceğin bulunduğu ortamın kırılma indisi
artarsa odak uzaklığı da artar ve ortamın kırılma indisi merceğin kırılma
indisine eşit olduğunda, ışık hiç kırılmaz. İster ince, isterse kalın
kenarlı mercek olsun. Eğer dış ortamın kırılma indisi merceğin kırılma
indisinden büyük olursa, ince kenarlı mercek kalın kenarlı mercek gibi,
kalın kenarlı mercek de ince kenarlı mercek gibi davranır.
Yani mercek karakter değiştirir.
Eğrilik yarıçapı büyük olan merceğin
odak uzaklığı daha büyüktür. Aynı boydaki şişman merceğin odak uzaklığı
zayıf merceğin odak uzaklığından daha küçüktür. Ayrıca bir mercek ortadan
ikiye bölünürse, bölünen merceklerin odak uzaklıkları ilk durumdakine
göre daha büyük olur.
Ortamların ışıklara karşı gösterdikleri
kırılma indisi aynı değildir. Bunu prizmadan hatırlıyoruz.
nmor > .... > nkırmızı
olduğundan odak uzaklığı ışığa göre de değişir.
Şekil (a) ve (b) de görüldüğü gibi merceğin
kırmızı ışığa göre odak uzaklığı, mor ışığa göre odak uzaklığından daha
büyüktür.
İnce Kenarlı Mercekte Özel Işınlar:
İnce kenarlı mercekte özel ışın ve görüntüler
çukur aynanın aynısıdır. Sadece aynada yansıma, mercekte ise kırılma
olayı vardır.
1. Asal eksene paralel gelen ışın,
odaktan geçecek şekilde kırılır. |
|
2. Odaktan geçecek şekilde gelen ışın,
asal eksene paralel gider.
3. Odak uzaklığının iki katı mesafede
gelen ışın, yine odak uzaklığının iki katı mesafeden geçecek şekilde
kırılır. |
|
4. Merceğin optik merkezinden geçecek
şekilde gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider.
Herhangi bir ışının davranışını
bulmak için şekildeki gibi ışına parelel ve optik merkezden geçen
bir yardımcı eksen çizilir. |
|
Sonra gerçek eksenin odağından dikme
çıkılır. Yardımcı odak bulunur ve ışın bu odaktan geçirilir. Veya, ince
kenarlı mercek asal eksene doğru, kalın kenarlı mercek de asal eksenden
uzaklaştıracak şekilde kırar. Bu bilgiyi ve özel ışınları dikkate alarak
yardımcı eksen çizmeden de herhangi bir ışının izleyeceği yol bulunabilir.
İnce Kenarlı Mercekte Görüntü Çizimleri:
1. Cisim 2F noktasının dışında
ise görüntü F ile 2F arasında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan
küçüktür. |
|
2. Cisim 2F de ise görüntüsü 2F
de ters, gerçek ve boyu cismin boyuna eşittir. |
|
3. Cisim 2F ile F arasında ise
görüntüsü 2F nin dışında, ters, gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür. |
|
4. Cisim F de ise görüntüsü sonsuzda
olur. |
|
5. Cisim sonsuzda ise, görüntüsü F de,
gerçek ve noktasaldır.
6. Cisim mercekle F arasında ise,
görüntü cismin arkasında, düz, zahirî ve boyu cismin boyundan büyüktür. |
|
Kalın Kenarlı Mercekte Özel Işınlar:
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.
1. 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.
4. Optik merkeze gelen ışın kırılmadan
gider. |
|
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. |
|
Özel Durumlar
1. Cisim ince kenarlı mercekten
3f kadar uzakta ise, görüntüsü mercekten 3f/2 kadar uzakta olur
ve boyu cismin boyunun yarısı kadar olur. |
|
2. Cisim ince kenarlı mercekten
3f/2 kadar uzakta ise, görüntüsü mercekten 3f kadar uzakta olur
ve görüntünün boyu cismin boyunun iki katı olur. |
|
3. Cisim ince kenarlı mercekten
f/2 kadar uzakta ise, görüntüsü cisimle aynı tarafta, mercekten
f kadar uzakta ve görüntünün boyu cismin boyunun iki katı olur |
|
4. Cisim kalın kenarlı mercekten
f kadar uzakta ise görüntü mercekten f/2 kadar uzakta ve boyu cismin
boyunu yarısı kadar olur. |
|
|