AOL FİZİK 4 DERS ÖZETİ 2. ÜNİTE

2. ÜNİTE OPTİK ÖZET

1. BÖLÜM AYDINLANMA

2.1.1. Işığın Davranış Modelleri

18. yüzyılın sonlarında bilim insanları ışığın ya gözlenmekte olan cisim tarafından yayılan ya da gözlemcinin gözlerinden çıkan parçacıklar olduğunu kabul ediliyorlardı.Işığın parçacıklardan oluştuğunu savunan parçacık teorisinin en önemli kurucularından biri Isaac Newton (Ayzek Nivtın)’dır. Newton, parçacıkların ışık kaynağından yayıldığını ve bu parçacıkların göze girerek görme duygusu uyandırdığı fikrini ortaya atmıştır. Birçok bilim insanı tarafından kabul edilen Newton’ın bu teorisi ışığın yansıma ve kırılmasını açıklayabilmektedir.

 Newton’ın yaşadığı dönemde ışıkla ilgili başka bir teori daha ortaya atılmıştı. Bu teoriye göre ışık bir tür dalga hareketi olabilirdi. 1678’de Hollandalı fizikçi ve astronom Christiaan Huygens (Kıristiyan Huygens,ışığın dalga teorisinin yansıma ve kırılmayı açıklayabildiğini gösterdi. Huygens’in ışığın dalga teorisi olarak isimlendirilen bu teorisi diğer bilim insanları tarafından hemen kabul edilmedi. Bunun nedenini şöyle açıklamaktaydılar: "Eğer ışık dalga olsaydı, dalgalar engellerin çevresinde bükülecekler; böylece köşelerin çevresini görebilecektik." Ancak günümüzde yapılan deneyler sonucunda ışığın cisimlerin kenarlarında büküldüğü bilinmektedir. Bu olay kırınım olarak adlandırılmaktadır.

2.1.2. Işık Şiddeti, Işık Akısı ve Aydınlanma Şiddeti

Çevremizdeki varlıkları görmek için gerekli olan ışığın bir kaynaktan yayıldığını biliyoruz. Işık kaynaklarına Güneş, yıldızlar, mum, evlerimizi ve sokaklarımızı aydınlatmak için kullanılan ampuller örnek olarak verilebilir. 

Işık Şiddeti: Işık bir enerji biçimidir. Bir kaynaktan birim zamanda yayılan ışık enerjisine o kaynağın ışık şiddeti denir. Işık şiddeti I sembolü ile gösterilir ve SI’da birimi candela (cd)’dır.

Işık Akısı: Bir ışık kaynağının karşısına yerleştirilen yüzey üzerine düşen ışık ışını miktarına ışık akısı adı verilir. Işık akısı, kaynağın ışık şiddeti ile doğru orantılıdır.  Işık akısı Ф (fi) sembolü ile gösterilir ve SI’da birimi lümen (lm)’ dir.

Lümen, yarıçapı 1m olan bir kürenin merkezine konmuş ışık şiddeti 1 cd olan kaynağın, kürenin merkezine konmuş ışık şiddeti 1 cd olan kaynağın, kürenin yüzeyindeki 1 "m2 " ’lik alandaki ışık akısı miktarıdır.

Aydınlanma Şiddeti: Birim yüzeye dik olarak düşen ışık akısına aydınlanma şiddeti denir. Aydınlanma şiddeti E sembolü ile gösterilir ve SI’da birimi lüks (lx)’tür. Yüzey alanı A olan bir yüzeyde meydana gelen aydınlanma şiddeti ile ışık akısı arasında E = Φ 

                                                                                                       ---

                                                                                                       A     ilişkisi vardır.

Aydınlanma şiddeti nelere bağlıdır?

• Dünyamız doğal bir ışık kaynağı olan Güneş’ten gelen ışık ışınları ile aydınlanır. Yıldızlar ise Güneş’e göre Dünya’dan çok uzakta olduğu için dünyayı aydınlatamaz.
• Aydınlanma şiddetinin kaynağın yüzeyden olan uzaklığının karesi ile ters orantılı olduğunu göstermiştir. Buna göre; yüzeyin kaynaktan uzaklığı (d) iki kat attırılırsa aydınlanma şiddeti dört kat azalır.

• Dik yerleştirilmiş bir yüzeye gelen ışık ışınlarının şiddeti arttırılırsa yüzeydeki aydınlanma şiddeti artar.

• Işık kaynağından çıkan ışık ışınlarının yüzeye dik gelmesi durumunda yüzeydeki aydınlanma şiddeti en büyük değerdedir.

Yukarıda verilen bilgilere göre bir noktada meydana gelen aydınlanma şiddeti matematiksel olarak;

E = I

     --- cosα 

     d2 

2. BÖLÜM GÖLGE

2.2.1. Saydam, Yarı Saydam ve Saydam Olmayan Maddelerin Işık Geçirme Özellikleri

1. Saydam maddeler: 

Üzerine düşen ışığın tamamını geçiren maddelerdir. Cam, su ve hava saydam maddelere örnek olarak verilebilir.

2. Yarı saydam maddeler: 

Üzerine düşen ışığın bir kısmını geçiren, bir kısmını tutan ya da yansıtan maddelerdir. Buzlu cam, yağlı kâğıt ve naylon yarı saydam maddelere örnek olarak verilebilir.

3. Saydam olmayan maddeler: 

Üzerine düşen ışığı geçirmeyen maddelerdir. Bu maddeler üzerine düşen ışığın tamamını tutar ya da yansıtır. Saydam olmayan maddeler opak olarak da isimlendirilir. Tahta, beton ve metal levha saydam olmayan maddelere örnek olarak verilebilir.

2.2.2. Gölge Olayı

Işık doğrular boyunca yayılırken bir engelle karşılaşması engelin arkasında gölgelerin oluşmasına neden olur. Noktasal bir ışık kaynağının önüne konulan saydam olmayan topun gölgesi, topun şekline benzer. Perde üzerinde oluşan gölge türüne tam gölge adı verilir.

Eğer top, küresel bir ışık kaynağının önüne yerleştirilmişse perde üzerinde hem tam gölge hem de yarı karanlık bölgeler oluşur. Yarı karanlık bu bölgelere yarı gölge adı verilir. 

Tam ve yarı gölgenin büyüklüğü nasıl değişir?

Perde üzerinde oluşan tam ve yarı gölgenin büyüklüğü, kaynak-cisim arasındaki uzaklığa ve perde-cisim arasındaki uzaklığa göre değişir. 

Peki, ışık kaynağı cisimden büyük olursa ne olur?

Işık kaynağı engelden büyük olduğunda farklı büyüklüklerde gölgeler oluşur. Bu duruma en iyi örnek Güneş ve Ay tutulması olayıdır.Ay’ ın gölge konisi Dünya üzerine düşer. Gölge konisi içindeki bir noktadan Güneş’e bakan gözlemci Güneş’i göremez. Bu olaya Güneş tutulması denir.

Dünya’nın gölge konisi Ay’ın üzerine düşerse Ay, tam gölge içerisinde kalır. Gölge konisi içerisinden Ay’a bakan gözlemci Ay’ı göremez. Bu olaya Ay tutulması denir.

3. BÖLÜM YANSIMA 

2.3.1. Işığın Yansıması

 Işık kaynağından çıkan ışık ışınlarının bir yüzeye çarpıp doğrultu değiştirerek geldiği ortama geri dönmesi olayına yansıma denir. Işığın madde ile etkileşiminin diğer bir sonucu da yansıma olayıdır.

Çevremizdeki cisimleri görmemiz de yansıma olayının sonucudur. Cisimler üzerinden yansıyan ışık ışınları gözümüze gelerek cisimleri görmemizi sağlar. Işığın yansıdığı yüzeye, yansıtıcı yüzey; yansıtıcı yüzeye çarpan ışına, gelen ışın; yansıtıcı yüzeyden etrafa dağılan ışına da yansı- yan ışın adı verilir.  

Yansıma Yasaları

1. Gelen ışın, yüzey normali ve yansıyan ışın aynı düzlemdedir.

2. Gelen ışının yüzey normali ile yaptığı açı (α), yansı- yan ışının yüzey normali ile yaptığı açıya (β) eşittir.

Düzgün Yansıma: 

Birbirine paralel olarak yüzeye çarpan ışınlar yansıdıktan sonra paralellikleri bozulmuyorsa bu tür yansımaya düzgün yansıma adı verilir.

Dağınık Yansıma: 

Birbirine paralel olarak yüzeye çarpan ışınların yansıdıktan sonra paralellikleri bozuluyorsa bu tür yansımaya dağınık yansıma adı verilir.

4. BÖLÜM DÜZLEM AYNA

Işık ışınları cilalı ve arkası sırlı cam yüzeyine çarptığında neredeyse tamamı geri yansır. Bu tür yüzeylere ayna adı verilir. Yüzeyi düz ve pürüzsüz olan aynalara düzlem ayna denir.

2.4.1. Düzlem Aynada Görüntü Oluşumu

Düzlem aynalar düz ve pürüzsüz bir yüzeye sahiptir. Bu nedenle düzlem ayna yüzeyinde düzgün yansıma meydana gelir. Bir düz aynanın karşısında durup aynaya baktığımızda kendimizi ve çevremizdeki bazı varlıkları görebiliriz. Aynada gördüklerimiz, aynanın önünde bulunan cisimlerin görüntüsüdür.

Peki, düzlem aynada görüntü nasıl oluşur ve görüntünün özellikleri nelerdir?

Düzlem aynada bir noktanın görüntüsünü bulmak için o noktadan aynaya en az iki ışının çizilip yansıtılması gerekir. Noktasal cisimden çıkarak düzlem aynadan yansıyan ışınların kendileri değil ayna gerisinde uzantıları çakışır. Bu nedenle noktasal cismin görüntüsü düz aynanın arkasında ve sanal olarak oluşur.

Düzlem aynada bir cismin oluşan görüntüsünün özelliklerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:

• Görüntünün boyu cismin boyuna eşittir.
• Görüntü cisme göre düzdür. 
• Görüntü sanaldır.
• Görüntünün aynaya uzaklığı cismin aynaya olan uzaklığına eşittir.

Düzlem Aynada Görüş Alanı

Düzlem aynaya bakan bir gözlemcinin, aynada görebildiği bölgeye görüş alanı denir.

Düzlem aynanın görüş alanı iki farklı yöntemle bulunabilir:

1. Aynanın uçlarından yansıdıktan sonra gözlemcinin gözüne ulaşan ışık ışınları çizilir. Yansıyan bu iki ışık ışını arasında kalan bölge, gözlemcinin o aynada görebileceği görüş alanıdır. 
2. Gözlemcinin bulunduğu G noktasının düzlem aynadaki görüntüsünün (G') yeri belirlenir. Görüntünün bulunduğu yerden aynanın uçlarına ışınlar çizilir. Bu iki ışın arasında kalan bölge, gözlemcinin o aynada görebileceği görüş alanıdır. 

Aynanın Gerçek Rengi Nedir?

Işık bir cisimle etkileştiğinde cisim tarafından soğurulabilir ya da yansıtılabilir. Bir cismin hangi renkte göründüğü cisimden yansıyan ışığın hangi dalga boyunda olduğuyla ilişkilidir.  

Eğer bir cisim yüzeyine çarpan bütün dalga boylarındaki ışığı yansıtıyorsa beyaz görünür. Ancak aynalar için durum biraz daha farklıdır. Karşısına koyulan cisim hangi renkteyse ayna o renkte görünür. Çünkü aynalar yüzeylerine çarpan ışığı aynı şekilde yansıtır, yani aynaya çarpan ışığın gelme ve yansıma açısı aynıdır.

5. BÖLÜM KÜRESEL AYNALAR 

2.5.1. Küresel Aynalarda Odak Noktası, Merkez, Tepe Noktası ve Asal Eksen Kavramları

Yansıtıcı yüzeyi küre şeklinde olan aynalara küresel ayna denir. Aynanın yansıtıcı yüzeyi, küre kapağının iç yüzeyi olan aynalara çukur ayna, dış yüzeyi olan aynalara da tümsek ayna adı verilir.

Asal eksen: Küresel aynanın tam ortasından geçtiği düşünülen ve aynayı ikiye bölen doğru parçasına asal eksen adı verilir.  

Tepe noktası: Asal eksenin aynayı kestiği noktaya tepe noktası denir ve T sembolü ile gösterilir.

Odak noktası:Küresel aynaların üzerine birbirine paralel gönderilen ışınların, yansıdıktan sonra kendilerinin ya da uzantılarının toplandığı noktaya aynanın odak noktası denir ve F sembolü ile gösterilir. Küresel aynanın tepe noktası ile odak noktası arasındaki uzaklığa odak uzaklığı adı verilir ve f sembolü ile gösterilir.

Merkez noktası: Küresel aynalarda küre yüzeyinin merkezi aynı zamanda küresel aynanın da merkezini oluşturur. Merkez noktası M sembolü ile gösterilir.

Çukur aynada ışınların yansıması

Aynanın şekli ne olursa olsun ayna yüzeyine çarpan ışın yansıma yasalarına uyarak yansır. Küresel yüzeylerde yüzey normalinin merkezden geçtiği bilinmektedir. Çukur ayna yüzeyine çarpan bir ışık ışınının yansımasını çizmek için ışının aynaya değdiği noktadan merkezden geçen bir yüzey normali çizilir. Ayna yüzeyine gelen ışık ışınının gelme açısı yansıma açısına eşit olacak şekilde çizildiğinde, ışının çukur aynadan yansıması çizilmiş olur. 

Çukur aynada özel ışınlar

1. Asal eksene paralel gelen ışınların yansıması

Çukur aynanın asal eksenine paralel gelen ışınlar, yansıdıktan sonra odak noktasından geçer.

2. Odak noktasından gelen ışınların yansıması 

Çukur aynanın odak noktasından gelen ışınlar, asal eksene paralel olacak şekilde yansır.

3. Merkezden gelen ışınların yansıması

Çukur aynanın merkezinden gelen ışınlar, aynanın yüzey normali üzerinden gelir. Yüzey normali, ayna yüzeyine dik olduğundan merkezden gelen ışınlar yansıdıktan sonra geldiği yoldan geri döner .

4. Tepe noktasına gelen ışınların yansıması

Çukur aynanın tepe noktasına çarpan ışınlar için merkezden çizilen yüzey normali asal eksen ile çakışır. Bu nedenle tepe noktasına gelen ışın ile yansıyan ışın, asal eksen ile eşit açı yaparak yansır.

5. Herhangi bir ışının yansıması

Çukur aynaya her zaman yukarıda sıralanan özel ışınlar gelmez. Aynaya herhangi bir doğrultuda da ışınlar gelebilir. Böyle bir durumda yansıyan ışınları çizmek için önce gelen ışına paralel olacak şekilde merkezden geçen doğru çizilir. 

Tümsek aynada ışınların yansıması

Çukur aynada olduğu gibi tümsek ayna yüzeyine çarpan bir ışık ışınının yansımasını çizmek için ışının aynaya değdiği noktadan merkezden geçen bir yüzey normali çizilir. Ayna yüzeyine gelen ışık ışınının gelme açısı, yansıma açısına eşit olacak şekilde çizildiğinde, ışının tümsek aynadan yansıması çizilmiş olur.

Tümsek aynada özel ışınlar

1. Asal eksene paralel gelen ışınların yansıması

Asal eksenine paralel gelerek tümsek aynaya çarpan ışınlar, uzantıları aynanın odak noktasından geçecek şekilde yansır.

2. Uzantısı tümsek aynanın odağından geçecek şekilde gelen ışınların yansıması

Tümsek aynaya çarpan ışının uzantısı, aynanın odak noktasından geçiyorsa ışın yansıdıktan sonra asal eksene paralel olacak şekilde yansır.

3. Uzantısı tümsek aynanın merkezinden geçecek şekilde gelen ışınların yansıması

Küresel yüzeylerin yüzey normalinin merkezden geçtiğini ifade etmiştik. Buna göre; tümsek aynaya çarpan ışının uzantısı, aynanın merkez noktasından geçiyorsa ışın geldiği yoldan geri döner.

4. Tümsek aynanın tepe noktasına gelen ışınların yansıması

Tümsek aynanın tepe noktasına çarpan ışınlar için merkezden çizilen yüzey normali asal eksen ile çakışır. Bu nedenle tepe noktasına gelen ışın ile yansıyan ışın asal eksen ile eşit açı yaparak yansır.

5. Herhangi bir ışının yansıması

Tümsek aynaya her zaman yukarıda sıralanan özel ışınlar gelmez. Aynaya herhangi bir doğrultuda da ışınlar gelebilir. Böyle bir durumda yansıyan ışınları çizmek için önce gelen ışına paralel olacak şekilde merkezden geçen doğru çizilir. Tümsek aynanın odak noktasından dik doğrultuda çizilen ikinci bir doğrunun kestiği nokta, aynanın ikincil odak noktasıdır. Herhangi bir doğrultuda tümsek aynaya gelen ışınlar, yansıdıktan sonra ikincil odaktan geçer.

2.5.2. Küresel Aynalarda Görüntü Oluşumu

Küresel aynalarda görüntü oluşumu, düzlem aynalarda görüntü oluşumu ile aynıdır. Bir cismin küresel aynada oluşan görüntüsünü çizerken yine cismin herhangi bir noktasından aynaya iki ışın çizilir. Yansıyan ışınların kendilerinin ya da uzantılarının çakıştığı yerde görüntü oluşur.

Tümsek aynada herhangi bir ışının yansımasının çizimi için yansıma yasalarından da yararlanılabilir.

Çukur aynada görüntü oluşumu 

1. Sonsuzdaki cismin görüntüsü

Çukur aynadan sonsuz uzaklıkta bulunan cisimden gelen ışınlar, yaklaşık olarak aynanın asal eksenine paralel gelir. Çukur aynaya paralel gelen ışınlar, yansıdıktan sonra aynanın odağından geçer. Bu durumda çukur aynadan sonsuz uzaklıkta bulunan cismin görüntüsü, odak noktasında nokta şeklinde ve gerçek olarak oluşur.

2. Sonsuz ve merkez noktası arasındaki cismin görüntüsü

Çukur aynanın merkez noktasının dışında bulunan KL cisminden gönderilen özel ışınlar, aynadan yansıdıktan sonra merkez nokta ile odak noktası arasında kesişir. Oluşan görüntü; ters, gerçek ve boyu cismin boyundan küçüktür. 

3. Merkezdeki cismin görüntüsü

Çukur aynanın merkezinde bulunan KL cisminden gönderilen ışınlar aynadan yansıdıktan sonra geldiği yoldan geri dönerek merkezde kesişir. Oluşan görüntü; ters, gerçek ve boyu cismin boyuna eşittir.

4. Merkez ve odak noktası arasındaki cismin görüntüsü

Çukur aynanın merkez ve odak noktası arasında bulunan KL cisminden gönderilen özel ışınlar, aynadan yansıdıktan sonra merkez noktasının dışında kesişir. Oluşan görüntü; ters, gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür.

5. Odaktaki cismin görüntüsü

Odak noktasında bulunan bir cisimden aynaya gelen ışınlar, aynadan yansıdığında birbirine paralel olur. Paralel ışınların sonsuzda kesiştiği varsayılır ve görüntüsü sonsuzda oluşur. Aynada gözlemlenen görüntü belirsizdir.

6. Ayna ile odak arasındaki cismin görüntüsü

Ayna ile odak noktası arasındaki cismin görüntüsü, ayna arkasında yansıyan ışınların uzantısı kesişerek oluştuğundan sanaldır. Ayrıca görüntü cisimden büyük ve cisme göre düzdür.

ÇUKUR AYNADA GÖRÜNTÜ ÖZELLİKLERİ 

Tümsek Aynada Görüntü Oluşumu

Eşit boydaki K ve L cisimlerinin uçlarından çıkıp asal eksene paralel ışın ile tepe noktasına gelen ışınların aynadan yansımasıyla, yansıyan ışınların uzantılarının ayna gerisinde kesiştiği noktada cisimlerin görüntüsü oluşur.

Günlük yaşantımızda küresel aynalarla oldukça sık karşılaşırız. Örneğin; keskin virajlı yollarda karşıdan geleni görmek için köşelerde tümsek ayna kullanılır. 

Yemek yerken kullandığımız kaşıkların dış yüzeyi tümsek, iç yüzeyi çukur ayna gibidir.

Yine günlük yaşamda kullandığımız metal çaydanlık, tencere ve tabakların da tümsek olan yüzeyleri tümsek ayna, çukur olan yüzeyleri ise çukur ayna gibidir.

6. BÖLÜM KIRILMA 

2.6.1. Işığın Kırılması

Işığın, bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir. 

Işık farklı iki saydam ortamın ayırıcı yüzeyine geldiğinde ikinci ortama geçerken hepsi ikinci ortama geçmez, bir kısmı yansıyarak geldiği ortama geri dönerken, bir kısmı soğurulur. İkinci ortama geçen ışık ilk geldiği doğrultudan farklı bir yönde hareket eder. Işığın bu davranışı, dalgalar ünitesinde işlediğimiz su dalgalarının farklı derinlikteki ortamlardan geçişi sırasında dalgaların kırılma olayı ile benzerdir.

*Doğrusal su dalgalarının derin ortamdan sığ ortama geçerken hızı ve dalga boyu değişir. Işığın hava ortamından su ortamına geçişi de aynı özellikleri gösterir. Işığın kırılması olayında ışığın geldiği ortama 1. ortam, iletildiği ortama da 2. ortam adı verilir.

Kırılma Yasaları

1. Yasa: Işık kırılırken gelen ışın, yüzey normali ve kırılan ışın aynı düzlem üzerinde kalır.

2. Yasa: Gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı sabittir. Bu ifadeye Snell Yasası ya da Kırılma Yasası denir.

Işığın boşluktaki hızının saydam ortamdaki hızına oranına, o ortamın mutlak kırıcılık indisi denir.Mutlak kırıcılık indisi "n" sembolü ile gösterilir.

Bir ortamın, hava ortamı dışında başka bir saydam ortama göre kırıcılık indisine bağıl kırılma indisi adı verilir.Işık ışınları birinci ortamdan ikinci ortama geçerken bağıl kırılma indisi n12 ile gösterilir ve 2. ortamın 1. ortama göre bağıl kırılma indisi olarak ifade edilir.

 Bir ortamın ışık dalgalarını yavaşlatma miktarı, ortamın cinsine bağlıdır ve optik yoğunluk adı verilen bir nicelik ile ifade edilir.

2.6.2. Tam Yansıma Olayı ve Sınır Açısı

Kabın içerisindeki sıvıya tek renkli ışık üreten kaynaktan çıkan ışık ışınları yönlendirildiğinde ışınların hava ortamına çıkamadığı, sıvı yüzeyinden geri yansıdığı görülüyor.Bu durum her zaman gözlemlenmez. Sadece belirli gelme açısından büyük gelme açılarında ışık ışınları çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçemez, yansıyarak geldiği ortama geri döner. Bu olaya tam yansıma olayı denir.

Işık ışınının çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken kırılma açısının 90° olduğu gelme açısına sınır açısı denir.Sınır açısından büyük gelme açılarında ışık ışınları tam yansıma yapar. Farklı ortamlar için sınır açısı değeri farklıdır

2.6.3. Görünür Uzaklık

Bir cam bardakta su içerisindeki metal paraya baktığımızda onu olduğu yerden daha yukarıda görürüz.Bunun nedeni bulunduğumuz yer ile paranın farklı saydam ortamlarda bulunmasından dolayı ışığın kırılmasıdır.

Gözlemci ve cisim farklı saydam ortamlarda bulunduğunda, cismin gözlemciden olan uzaklığı gerçek uzaklık, görüntünün gözlemciden uzaklığı ise görünen uzaklık ya da görünen derinliktir. Görünen derinlik (görünen uzaklık), gözün bakış açısına (α), saydam ortamın derinliğine yani gözlemci ile cisim arasındaki saydam ortamın kalınlığına ve saydam ortamın kırıcılık indisine bağlıdır.

Cisim saydam ortamda, gözlemci hava ortamında bulunuyorsa;

• Saydam ortamın yüzeyine daha yatık bakılırsa (α açısı büyük olursa) göze gelen ışınların uzantısı daha yukarıda kesişeceğinden görünen derinlik azalır yani cisim daha yukarıda görünür. Bir başka deyişle bakış açısı büyüdükçe görünen derinlik (h) küçülür.
• Saydam ortamın kalınlığı (d) ve gözlemcinin saydam ortamdan uzaklığı artarsa ışınlar cisimden daha uzakta kırılacağından görüntü daha yukarıda oluşur. Diğer bir deyişle, gözlemci ile cisim arasındaki saydam ortamların kalınlığı artarsa görünen derinlik (h) azalır yani cisim daha yakın görünür.
• Cisimle gözlemci arasındaki saydam ortamın kırıcılık indisi büyük olursa ışınların havaya çıkış açısı (α) daha büyük olacağından cisim daha yukarda görülür. Yani görünen uzaklık (görünen derinlik) azalır.

Cismin bulunduğu saydam ortamın yüzeyi her zaman düz olmayabilir. Görünen derinlik saydam ortam yüzeyinin eğriliğine de bağlıdır.

Gözlemci saydam ortamda, cisim hava ortamında bulunuyorsa cismin görüntüsü nasıl görünür?

Cisimden çıkarak göze gelen ışık ışınları hava ortamından saydam ortama girdiği için normale yaklaşarak kırılır. Gözlemcinin gözüne ulaşan ışınların uzantısı cisimden yukarıda bir noktada kesiştiği için, cisim bulunduğu yerden daha yukarıda görülür. Buna göre çok yoğun ortamda bulunan gözlemci, az yoğun ortamdaki cisme baktığında onu kendinden uzaklaşmış görür. 

7. BÖLÜM MERCEKLER

2.7.1. Merceklerin Çeşitleri ve Özellikleri

En az bir yüzeyi küresel şekilde olan ve ışığın farklı saydam ortamlardan geçerken yön ve doğrultu değiştirmesinden yararlanmak amacıyla yapılan araçlara mercek adı verilir.

Mercekler, şekil ve ışığın mercekteki kırılma biçimine göre iki çeşittir. Kenarları orta bölgelerine göre ince olan merceklere ince kenarlı mercekler denir. İnce kenarlı merceğin arkasından cisimlere bakıldığında cisimlerin daha büyük bir görüntüsü göründüğünden için bu merceklere yakınsak mercekler de denir. 

Kenarları orta noktasına göre kalın olan merceklere kalın kenarlı mercekler denir. Kalın kenarlı merceğin arkasından bakıldığında cisimlerin görüntüsünü küçülttüğü için bunlar ıraksak mercek olarak da adlandırılır. 

İnce ve kalın kenarlı merceklerde merceğin ortasından geçen doğrultuya asal eksen denir.

Asal eksene paralel gelen ışık ışınlarını ince kenarlı mercekler bir noktada toplarken, kalın kenarlı mercekler sanki bir noktadan geliyormuş gibi dağıtır. 

İnce kenarlı mercekte kırılan ışıkların toplandığı, kalın kenarlı mercekte kırılarak dağılan ışıkların uzantılarının kesiştiği noktaya odak noktası adı verilir ve F sembolü ile gösterilir.

Merceğin odak uzaklığının bağlı olduğu faktörler nelerdir?

Mercekler, küresel yüzeylerin kesiştiği ya da küresel yüzeylerin arasında kalan saydam ortamlardır.  

Şekil’deki ince kenarlı merceğin M1 ve M2 ile gösterilen noktaları, merceği oluşturan küresel yüzeylerin merkezleridir ve merceğin eğrilik merkezleri olarak isimlendirilir. 

Küresel yüzeylerin R1 ve R2 yarıçaplarına da merceğin eğrilik yarıçapı denir. 

Odak noktası eğrilik yarıçapı üzerindedir ve optik merkez ile odak noktası arasındaki uzaklığa odak uzaklığı adı verilir. Odak uzaklığı f sembolü ile gösterilir (F1 O = f ve OF2 = f).

 Bir merceğin odak uzaklığını etkileyen faktörler;

• Bir mercek yüzeyine gelen ışın merceği oluşturan birinci küresel yüzeyin merkezinden geçen yüzey normaline yaklaşarak kırılır. Mercekten çıkarken ise ikinci küresel yüzeyin merkezinden geçen yüzey normalinden uzaklaşarak kırılır.Mercekten çıkarken ise ikinci küresel yüzeyin merkezinden geçen yüzey normalinden uzaklaşarak kırılır. Yapılan deneylerde mercek yüzeyinin eğrilik yarıçapı büyütüldüğünde, küresel yüzeyin M merkez noktası mercekten uzaklaştığı için, ışık ışınlarının asal ekseni daha uzak bir noktada kestiği gözlemlenmiştir. Bu durum; “Mercek yüzeyinin eğrilik yarıçapının büyümesi odak uzaklığının (f) büyümesine neden olur.” şeklinde ifade edilebilir.
• Merceğin yapıldığı maddenin kırıcılık indisi de odak uzaklığını etkiler. Yapılan deneylerde mercek maddesinin kırıcılık indisinin artması kırılan ışığın doğrultusundan daha çok sapmasına dolayısıyla f ' nin küçülmesine neden olduğunu göstermiştir. Bu durum “Merceğin yapıldığı maddenin kırıcılık indisinin büyümesi odak uzaklığını küçültür.” şeklinde ifade edilebilir.
• Merceğin odak noktasını etkileyen faktörlerden bir diğeri de mercek yüzeyine gelen ışığın rengidir. Yapılan deneylerde bir merceğe gönderilen farklı renkteki ışık ışınlarının mercekte kırıldıktan sonra farklı noktalarda asal ekseni kestiği gözlemlenmiştir. Bu durum “Merceğin odak uzaklığı merceği geçen ışığın rengine bağlıdır.” şeklinde ifade edilebilir.

2.7.2. Merceklerin Oluşturduğu Görüntünün Özellikleri

Merceklerdeki özel ışınlar ile küresel aynalardaki özel ışınlar ve görüntü oluşumu birbirlerine oldukça benzerdir.  

İnce kenarlı mercekte özel ışınlar ve görüntü oluşumu

1. Asal eksene paralel olarak merceğe gelen ışınlar, odak noktasından geçecek şekilde kırılır.

2. Odak noktasından geçerek merceğe gelen ışınlar, kırılarak asal eksene paralel olarak gider.

3. Optik merkezden geçerek merceğe gelen ışınlar kırılmaya uğramaz.

4. İnce kenarlı merceğe gelen herhangi bir ışın, mercekte kırıldıktan sonra ikincil odak noktasından geçer.

5. İnce kenarlı merceğe asal eksen üzerindeki optik merkezden 2f uzaklıktaki K1 noktasından gelen ışın, kırıldıktan sonra diğer tarafta asal eksen üzerindeki optik merkezden 2f uzaklıktaki K2 noktasından geçer.

İnce kenarlı mercek önünde bulunan cismin görüntü özelliklerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:

• Sonsuzda bulunan cismin görüntüsü, odak noktasında noktasal ve gerçek olarak oluşur.
• Merkeze yakın ve merkezin dışında bulunan cismin görüntüsü; merceğin diğer tarafında ikinci merkez – ikinci odak noktası arasında cisimden küçük, ters ve gerçek olarak oluşur.
• Merkezdeki cismin görüntüsü; ikinci merkez noktasında, ters, cisimle aynı boyda ve gerçek olarak oluşur.
• Merkez ve odak noktası arasında bulunan cismin görüntüsü; ikinci merkez noktasının dışında, ters, cisimden büyük ve gerçek olarak oluşur.
• Odak noktasındaki cismin görüntüsü; odaktan geçerek gelen ışınlar kırıldıktan sonra asal eksene paralel olduğu için cismin görüntüsü sonsuzda, ters, gerçek ve noktasaldır.
• Odak noktası–optik merkez arasında bulunan cismin görüntüsü; cismin bulunduğu tarafta, cismin arkasında, cisimden büyük, düz ve sanal olarak oluşur.

Kalın kenarlı mercekte özel ışınlar ve görüntü oluşumu

1. Merceğin asal eksenine paralel olarak gelen ışın, kırılarak uzantısı odak noktasından geçecek biçimde gider.

2. Odak noktasına doğru gelen ışın; mercekte kırıldıktan sonra asal eksene paralel olarak gider.

3. Optik merkez ışını: Merceğin optik merkezine doğru gelen tek renkli ışın, kırılmaya uğramadan devam eder.

4. Herhangi bir ışın: Merceğe gelen tek renkli herhangi bir ışın, mercekten geçerken uzantısı ikincil odak noktasından geliyormuş gibi kırılır.

5. Uzantısı asal eksen üzerindeki optik merkezden 2f uzaklıktaki K1 noktasından geçecek şekilde gelen ışın, kırıldıktan sonra uzantısı merceğin diğer tarafında yine optik merkezden 2f uzaklıktaki K2 noktasından geçer.

Kalın kenarlı mercek önünde bulunan cismin görüntü özelliklerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz: 

• Cisim sonsuzda ise görüntü cismin bulunduğu tarafta, sanal ve noktasal olarak oluşur.
• Cisim sonsuz ile optik merkez arasında hangi noktaya konulursa konulsun görüntü optik merkez- odak noktası arasında, sanal, düz ve cisimden küçük olarak oluşur.

*Günlük hayatımızda merceklerin en önemli işlevi, hiç kuşkusuz gözümüzde görme olayını sağlamasıdır.Cisimden çıkan ışınlar korneada kırılarak göz merceğine gelir. Göz merceğinde de kırılan bu ışınlar öyle ayarlanır ki görüntü retinada sarı benek üzerinde oluşur.Merceklerden göz kusurlarının tedavisinde kullanılan gözlük ve lenslerde, fotoğraf makinesi kameralarında, büyüteç, teleskop ve optik mikroskop yapımında yararlanılır.

8. BÖLÜM PRİZMALAR

2.8.1. Işık Prizmalarının Özellikleri

Kırıcılık indisi büyük ortamdan küçük ortama gönderilen ışık ışınının, sınır açısından büyük açı ile geldiğinde tam yansımaya uğrayacağını biliyoruz. Işığın tam yansıma yapma özelliğinden yararlanarak sistemden çıkan ışınların doğrultularını değiştirmek mümkün olur. Bu şekilde; birbirine paralel olmayan iki düzlem arasında kalan saydam ortama ışık prizması denir.

a) Tam yansımalı prizma
Prizmalar genellikle kırıcılık indisi 1,5 civarında olan saydam maddelerden yapılmıştır. Bu kırıcılık indisine sahip saydam maddelerden geçen ışık için sınır açısı yaklaşık 42°’dir. Bu durumu göz önüne alarak kesiti ikizkenar dik üçgen olan ve tam yansımalı prizma olarak da adlandırlır.

Kesiti ikizkenar dik üçgen şeklinde olan prizmanın dar açılarından biri 45°’dir.

b) Prizmadan Geçen Işığın Renklerine Ayrılması
Işık prizmasına gönderilen beyaz ışık renklerine ayrılır. Işığın kırıldıktan sonra renklerine ayrılmasının nedeni prizmanın her renge farklı kırılma indisi etkisi göstermesindendir.  Farklı kırılma indisleri için ışık renklerinin hızları da farklıdır. Hızı en büyük olan ışık kırmızı, en az olan da mordur. Bunun sonucu olarak en az kırılan kırmızı renkli ışık, en çok kırılan da mor renkli ışıktır.

c) Işık Prizmasının Bazı Kullanım Alanları
Fotoğraf ve projeksiyon makinelerinde, periskop,yer dürbünü, tepegöz, mikroskop gibi birçok alette ışık prizması bulunur. Özellikle tam yansımalı prizmalar, optik araçların ana parçaları arasında yer alır.

9. BÖLÜM RENK

2.9.1. Cisimlerin Renkli Görünmesinin Nedeni Nedir?
Güneş ışığı (beyaz ışık) altında cisimlerin kendi renginde görülür. Güneş ışığı altında ya da beyaz ışıkla aydınlatılan bir cisim, üzerine düşen ışığın tamamını yansıtıyorsa bu cisim beyaz, üzerine düşen ışığın tamamını soğuruyorsa siyah görülür.

 Renkli cisimler beyaz ışık ve Güneş ışığı altında kendi rengindeki ışığı ve bu renge en yakın renkteki ışınları yansıtır. Yansıyan ışınlar arasında güçlü olan renk yeşil olduğundan cisim yeşil görünür. Aynı cisim üzerine mavi ışık düşürüldüğünde yeşil renkli cisim mavi ışığı tamamen soğurur. Bu nedenle yeşil cisim mavi ışık altında siyah görünür.

Yapılan deneylerde beyaz bir perde üzerine kırmızı, yeşil ve mavi ışık kaynağından çıkan ışınlar düşürüldüğünde bu renkler dışında farklı renkler de elde edilir. Doğada görülen her türlü renk kırmızı, yeşil ve mavi ışıkların değişik oranda karışımıyla oluşur. İşte bu nedenle kırmızı, yeşil ve mavi ışığın ana renkleridir.

Kırmızı ışık + yeşil ışık = Sarı ışık
Yeşil ışık + mavi ışık = Cyan (siyan, yeşilimsi mavi) ışık
Kırmızı ışık + mavi ışık = Magenta ışık (pembemsi kırmızı)
Kırmızı ışık+ mavi ışık+ yeşil ışık = Beyaz ışık

Ana renklerin ikişerli birleşmesinden oluşan, sarı ışık, magenta ışık ve cyan ışık ışığın ara renkleridir. Ara renklerden sarı ışık, kırmızı ve yeşil ışıkların karışımından elde edildiği gibi beyaz ışığın içinde saf sarı ışık da bulunur.

Boya Renkleri
Boya maddeleri (pigmentler) saydam olmayan katı maddelerdir. Bu maddelerin sıvı içerisinde çözünmeleriyle boya adı verilen çözelti oluşur. Boya çözeltisi, üzerine düşen beyaz ışığı oluşturan ana renklerin bazılarını soğurup kalanını geri yansıtır. Diğer bir deyişle boyaların rengi ışığın madde ile etkileşiminin sonucudur.

Yapılan deneyler ışıktaki ara renklerin, boyadaki ana renkleri oluşturduğunu ortaya çıkarmıştır.
Buna göre boya renklerinin karışımıyla elde edilen renkler aşağıdaki gibidir:

Sarı boya + magenta boya = Kırmızı boya
Sarı boya + cyan boya = Yeşil boya
Magenta boya + cyan boya = Mavi boya
Sarı boya + magenta boya + cyan boya = Siyah boya

Işık Filtreleri
Üzerine düşen ışığın bir kısmını geçirip bir kısmını soğuran saydam levhalara ışık filtresi adı verilir. Ana renkteki bir cisimden başka bir ana rengin yansımayıp soğurulduğunu biliyoruz. Işık filtrelerinde de benzer bir durum gözlemlenir. Ana renkteki bir ışık filtresi başka bir ana renkteki ışığı geçirmez, soğurur.

Kaynak: http://aok.meb.gov.tr/kitap/aol-kitap/Fizik/fizik-4/fizik_4.pdf

2. ÜNİTEDE BİTTİ :)) 

ÇIKMIŞ SORULAR ÜZERİNDEN TESTLERİ ÇÖZMEYİ İHMAL ETMEYİNİZ...