OPTİK
Işık nedir ? Nasıl Yayılır?
Çevremizdeki cisimleri sahip olduğumuz beş duyu organımızla tanıyıp algılamaya çalışırız.Bu organlarımızın en önemlilerinden biriside gözümüzdür.Çünkü etrafımızda meydana gelen bir çok şeyi görerek tanır ve onlar hakkında fikir ediniriz.Görme olayı ise tamamen ışıkla gerçekleşir.Etrafımızdaki cisimlerden bir kısmı ışık yayarak görünürler. (güneş, yıldızlar, yanan kibrit, lamba vs.) Ayrıca ışık yaymadıkları halde ışık kaynaklarından yayılan ışığı yansıtarak görünen cisimlerde vardır.(çiçekler, ev, masa, vs.) İşte cisimleri görmemizi sağlayan, göze gelerek bize algılatan enerjiye IŞIK diyoruz.
Işık Kaynakları
Hangi ortamda olursa olsun, gece ve gündüz kendiliğinden ışık yayarak görülebilen cisimlere Işık Kaynağı denir.Işık kaynakları, yapılarına göre sıcak(akkor) ışık kaynakları ve soğuk (akkor olmayan) ışık kaynakları olmak üzere ikiye ayrılır.
Sıcak ışık kaynakları, ısı yoluyla ışık yayan (Güneş, mum, ampul ve kızgın metaller gibi) kaynaklardır.Soğuk ışık kaynakları ise, elektrik ve manyetik etkilerle ışık veren (Flouresan, ateş böceği gibi kaynaklardır.
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 madde denir.Buzlu cam, yağlı kağıt gibi ortamlar da yarı saydam maddelerdir.Bir de ışığı hiç geçirmeyen bakır, kitap, duvar gibi maddeler vardır ki, bunlara saydam olmayan maddeler denir.
Işık Nasıl Yayılır ?
Işık kaynaklarından yayılan ışınlar homojen ortam içerisinde doğru boyunca ilerler.Işığın ilerlemesi için ortama ihtiyaç yoktur.Işık homojen saydam ortam içerisinde sabit hızla yayılır ve ışık hızı ortama göre değişir.Işığın boşlukta yayılma hızı yaklaşık olarak c=3.108m/s ve ışık ışınlarının bir yılda gittikleri 9,46.1012km uzaklığa bir ışık yılı denir.
Tam Gölge - Yarı Gölge
Kaynaklardan 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.Gölgenin şekli, saydam olmayan cismin şeklinin en büyük kesiti gibidir.Bunun sebebi, noktasal ışık kaynağından çıkan ışığın doğrusal olarak yayılmasıdır.
DÜZLEM AYNALAR
Yansıma:
Saydam ortamda hareket eden ışığın herhangi bir yüzeye çarpıp geri dönmesine Yansıma denir.Yansıma olayında ışığın hızı, frekansı, rengi vs. hiçbir özelliği değişmez.Sadece hareket yönü değişir.
Bir yüzeyle 90 derecelik açı yapan dikmeye yüzeyin normali denir.Gelen ışınla normal arasındaki açıya gelme açısı (a), yansıyan ışınla normal arasındaki açıya yansıma açısı (b) denir.
Yansımanın 2 yasası vardır:
1-) Gelen ışın, normal ve yansıyan ışın aynı düzlemdedir.
2-) Gelme açısı yansıma açısına eşittir.
Yüzeye gelen ışın demeti, yüzeyden de paralel olarak yansıyorsa bu yansımaya düzgün yansıma denir.
Yüzeye gelen ışın demeti, yüzeyden paralel olarak yansımıyorsa 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.
Görüntünün Özellikleri
1-) Noktasal bir cismin görüntüsünün oluşması için en az iki ışın gereklidir.
2-) Cisimden çıkan ışınlar (ayna,mercek) optik sistemlerde yansıdıktan sonra kesiştikleri yerde görüntüleri oluşur.
3-) Yansıyan veya kırılan ışınların kendileri kesişirse görüntü gerçek, uzantıları kesişirse görüntü zahiri(sanal) olur.
4-) Gerçek görüntüler ancak perde ya da ekran üzerine düşürüldüğünde görünürler.Zahiri görüntüler ise optik araçlarda görünen görüntülerdir.
AYNALAR
Üzerlerine düşen ışığın tamamına yakınını yansıtabilen yüzeylere AYNA denir.Aynalar yansıtıcı yüzeyin şekline göre adlandırılırlar.Yansıtıcı yüzeyleri düz olan aynalara düzlem ayna, yansıtıcı yüzeyi çukur olan aynalara çukur ayna, yansıtıcı yüzeyleri tümsek olan aynalara tümsek ayna denir.
Düzlem Aynada Görüntü ve Özellikleri
Cisimden çıkan ışınlar, düzlem aynadan yansıyor ve uzantılarının kesiştiği yerde görüntü oluşuyor ise Görüntü ;
-Zahiridir
-Aynaya olan uzaklığı, cismin aynaya olan uzaklığına eşittir.
-Boyu cismin boyuna eşittir.
-Cisme göre sağlı solludur Sağ elimiz görüntümüzün sol elidir
-Aynaya göre simetriktir.
Düzlem Aynada Özel Durumlar
1-) Düzlem aynada gerçek cismin görüntüsü her zaman zahiridir.Cismin aynaya uzaklığı görüntünün aynaya olan uzaklığına cismin boyuda görüntünün boyuna eşittir.,
2-) Aynaya paralel duran bir cisim v hızıyla yaklaşırsa görüntü aynaya -v hızıyla yaklaşır.
3-) Bir düzlem aynaya gelen ışığın doğrultusu değiştirilmeden, ayna a açısı kadar döndürülürse yansıyan ışın 2a kadar döner.
4-) Bir düzlem ayna yaklaştıkça gelme açısı, dolayısıyla yansıma açısı da büyür.Bu da yansıyan ışınlar arasındaki alanın büyümesi demektir.Ayna gözden uzaklaştıkça görüş alanı azalır.
5-) Kesişen iki düz ayna arasındaki açı a kadar ise aynalar arasında meydana gelen görüntü sayısı n= (360 / a )-1 tane olur.
6-)Paralel iki düzlem ayna arasındaki görüntü sayısı sonsuzdur.
KÜRESEL AYNALAR
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.Özel ışınlar ;
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.
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;
1-) Cisim sonsuzda ise sonsuzdan gelen ışınlar asal eksene paralel geleceğinden, paralel gelen ışınlar ise yansıdıktan sonra odakta toplanırlar.Görüntü, odakta gerçek ve nokta halinde oluşur.
2-)Cisim merkezin dışında ise görüntü odak ve merkez arasında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan küçüktür.
3-) Cisim merkezde ise görüntü merkezde ters gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür.
4-) Cisim odakta merkez arasında ise görüntü merkezin dışında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür.
5-) Cisim odakta ise yansıyan ışınlar birbirlerine paralel olduğundan, görüntü sonsuzda ve belirsizdir.
6-) Cisim ayna ile odak arasında ise görüntü aynanın arkasında düz, zahiri, boyu cismin boyundan büyüktür.
Tümsek Aynalarda Özel Işınlar
Tümsek aynada da çukur aynada olduğu gibi merkezden geçen bütün doğrular normaldir.Tümsek aynada odak noktası aynanın arkasında olduğu için zahiridir.Çünkü odak ışığın toplandığı noktadır.Tümsek aynada ışık toplanmaz.Sadece uzantıları odaktan geçer, kendileri geçemez.Bu ışınları ayrı ayrı inceleyelim;
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 odaktan geçecek şekilde gelen ışınlar kendi üzerinden 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, zahiri ve boyu cismin boyundan küçüktür.Cisim sonsuzda iken görüntü odakta nokta halinde olur.Cisim aynaya yaklaştıkça görüntünün boyu büyüyerek aynaya yaklaşır.
Küresel Aynada Bağlantılar
1-) HC / HG = DC / DG
2-) (+,-) 1 / f = 1 / DC (+,-) 1 / DG
DC : Cismin aynaya olan uzaklığı
DG : Görüntünün aynaya olan uzaklığı
HC : Cismin boyu
HG : Görüntünün boyu
(f): Odak uzaklığı
Bağıntıda, görüntü gerçek ise DG uzaklığı (+), zahiri ise (-) alınır.Odak uzaklığı çukur ayna için (+), tümsek ayna için (-) alınır.
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.Ayrıca asal eksen üzerinde ışığın geldiği yerde cisim yansıyan ışığın asal ekseni kestiği yerde de görüntü varmış gibi düşünülebilir.
Özel Durumlar
Ayna formülleri kullanılarak özel konumlu cisimlerin görüntülerinin yerleri tesbit edilir.
1-) Cisim çukur aynanın merkezinden f, aynadan 3f kadar uzakta ise görüntü odakta merkezin tam ortasında; yani aynadan 3/2f kadar uzaklıkta olur.Görüntünün boyu cismin boyunun yarısı kadar olur.
2-) Cisim çukur aynadan 3/2f kadar uzaklıkta ise, görüntü aynadan 3f kadar uzaklıkta ve boyu cismin boyunun 2 katı kadar olur.
3-) Cisim çukur ayna ise odağın tam ortasında, yani aynadan f/2 kadar uzaklıkta ise zahiri görüntü aynadan f kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun iki katı kadar olur.
4-) Cisim tümsek aynadan f kadar uzakta ise, görüntü, ayna ise odak noktasının tam ortasında, yani aynadan f/2 kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun yarısı kadar olur.
MERCEKLER
İnce Kenarlı Mercekte Özel Işınlar
İnce kenarlı mercekte özel ışın ve görüntüler çukur aynanın aynasıdır.Sadece aynada yansıma, mercekte de kırılma olayı vardır.Şimdi ışınları inceleyelim ;
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 2 katı mesafeden geçecek şekilde kırılır.
4-) Merceğin optik merkezinden geçecek şekilde gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider.
Kalın Kenarlı Mercekte Özel Işınlar
Kalın kenarlı mercekte özel ışınlar ve görüntü çizimleri tümsek aynadaki özel ışınlar ve görüntü çizimlerinin aynısıdır.Sadece onlarda 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 gider.
3-) Uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde gelen ışın yine uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde kırılır.
4-) Merceğin optik merkezinden geçecek şekilde gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider.
Merceklerde Bağıntılar
Merceklerdeki bağıntılar aynalardaki bağıntıları aynısıdır.Bu bağıntıların hepsi benzerlikten elde edilir.
1-) HC / HG = DC / DG
2-) (+,-) 1 / f = 1 / DC (+,-) 1 / DG
DC : Cismin aynaya olan uzaklığı
DG : Görüntünün aynaya olan uzaklığı
HC : Cismin boyu
HG : Görüntünün boyu
(f): Odak uzaklığı
Bağıntıda, görüntü gerçek ise DG uzaklığı (+), zahiri ise (-) alınır.Odak uzaklığı çukur ayna için (+), tümsek ayna için (-) alınır.
Özel Durumlar
1-) Cisim ince kenarlı mercekten 3f kadar uzakta ise görüntüsü mercekten 3/2f kadar uzaklıkta olur.Görüntünün boyu cismin boyunun yarısı kadar olur.
2-) Cisim ince kenarlı mercekten 3/2f kadar uzaklıkta ise, görüntüsü mercekten 3f kadar uzaklıkta ve boyu cismin boyunun 2 katı kadar olur.
3-) Cisim ince kenarlı mercekten, f/2 kadar uzaklıkta ise görüntüsü cisimle aynı tarafta, mercekten f kadar uzakta, görüntünün boyu cismin boyunun 2 katı olur.
4-) Cisim ince kenarlı mercekten f kadar uzakta ise, görüntü, mercekten f/2 kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun yarısı kadar olur.
