Işığın farklı saydam ortamlarda kırılması, kırılma kanunları, ince ve kalın kenarlı mercekler, odak noktası ve merceklerin kullanım alanları.
Kırılma nedir?
Su dolu bir bardağa konan kalem kırık gibi görünür; havuzun dibi olduğundan daha sığ görünür. Bunların nedeni ışığın kırılmasıdır.
Işık, bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama geçerken (havadan suya, havadan cama) hızı değişir ve doğrultusu değişir. Buna kırılma denir.
- Işık havada en hızlıdır; suda daha yavaş, camda daha da yavaştır.
- Işığın daha yavaş ilerlediği ortama çok yoğun ortam (optik olarak), hızlı ilerlediği ortama az yoğun ortam denir.
Kırılma kanunları
Normal: Işığın ortam değiştirdiği noktada iki ortamın ayrılma yüzeyine çizilen dik çizgi.
Gelme açısı: Gelen ışın ile normal arasındaki açı. Kırılma açısı: Kırılan ışın ile normal arasındaki açı.
- Işık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken (hava → su) normale yaklaşır: Kırılma açısı gelme açısından küçüktür.
- Işık çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken (su → hava) normalden uzaklaşır: Kırılma açısı gelme açısından büyüktür.
- Işık iki ortamın ayrılma yüzeyine dik gelirse kırılmadan geçer.
- Gelen ışın, kırılan ışın ve normal aynı düzlemdedir.
Kırılmanın günlük hayattaki örnekleri
- Sudaki kalemin kırık görünmesi.
- Havuzun ya da derenin dibinin olduğundan sığ görünmesi. (Suya girerken dikkat! Gerçek derinlik daha fazladır.)
- Sudaki balığın olduğundan yakında ve yukarıda görünmesi.
- Yazın sıcak asfaltta “su birikintisi” görünmesi (serap) ve yıldızların göz kırpması.
- Gökkuşağı: Güneş ışığı yağmur damlalarına girerken ve çıkarken kırılır (içeride de yansır); farklı renkler farklı miktarda kırıldığı için beyaz ışık renklerine ayrılır.
İnce ve kalın kenarlı mercekler
Mercek: En az bir yüzeyi küresel olan, cam ya da plastik gibi saydam maddeden yapılmış ışığı kıran cisim.
| İnce kenarlı mercek (yakınsak) | Kalın kenarlı mercek (ıraksak) | |
|---|---|---|
| Şekil | Ortası kalın, kenarları ince | Ortası ince, kenarları kalın |
| Paralel ışınlar | Kırılınca odak noktasında toplanır | Kırılınca dağılır; uzantıları odakta kesişir |
| Görüntü | Yakındaki cismi büyük gösterir | Cisimleri küçük gösterir |
| Göz kusuru | Hipermetropi (yakını görememe) | Miyopi (uzağı görememe) |
| Kullanım | Büyüteç, mikroskop, teleskop, fotoğraf makinesi, projeksiyon | Kapı dürbünü, miyop gözlüğü, bazı el fenerleri |
Odak noktası: Merceğe paralel gelen ışınların kırıldıktan sonra toplandığı (ya da uzantılarının kesiştiği) nokta.
⚠️ Büyüteç güneş ışığını tek noktada toplayarak kâğıdı yakabilir. Bu yüzden ormanlara cam şişe atmak tehlikelidir!
Kavramlar
- Kırılma
- Işığın bir saydam ortamdan diğerine geçerken doğrultusunun değişmesi.
- Kırılma açısı
- Kırılan ışın ile normal arasındaki açı.
- Mercek
- Işığı kırarak toplayan ya da dağıtan saydam cisim.
- Odak noktası
- Paralel ışınların mercekten geçtikten sonra toplandığı nokta.
- Kırılma: ışığın ortam değiştirirken doğrultusunun değişmesi
- Az yoğundan çok yoğuna geçen ışın normale yaklaşır
- Çok yoğundan az yoğuna geçen ışın normalden uzaklaşır
- Dik gelen ışın kırılmaz
- İnce kenarlı mercek ışığı toplar, kalın kenarlı dağıtır
- Miyopi kalın, hipermetropi ince kenarlı mercekle düzeltilir
Örnek soru ve çözümü
Havadan suya 50° gelme açısıyla gelen bir ışının kırılma açısı 50°’den büyük mü, küçük mü olur?
Işık az yoğun ortamdan (hava) çok yoğun ortama (su) geçtiği için normale yaklaşır; kırılma açısı 50°’den küçük olur (yaklaşık 35°).
Çözümlü örnekler
1. Büyüteçte hangi tür mercek kullanılır? Kolay
Çözümİnce kenarlı mercek.
2. Işık camdan havaya geçerken normalden uzaklaşır mı yaklaşır mı? Orta
ÇözümÇok yoğun ortamdan (cam) az yoğun ortama (hava) geçtiği için normalden uzaklaşır.
3. Bir zıpkın balıkçısı sudaki balığı gördüğü yere nişan alırsa neden ıskalar? Zor
ÇözümBalıktan gelen ışık sudan havaya geçerken kırılır; balık olduğundan daha yukarıda (yüzeye yakın) görünür. Balıkçı biraz daha aşağıya nişan almalıdır.
Sık yapılan hatalar
- Işığın her durumda kırıldığını sanmak (dik gelen ışın kırılmaz).
- Kırılma ile yansımayı karıştırmak.
- Miyop gözlüğünün ince kenarlı mercek olduğunu düşünmek.
Biliyor muydun?
Elmas, ışığı çok fazla kırdığı ve içinde defalarca yansıttığı için bu kadar parlak görünür. Işık elmasta havaya göre yaklaşık 2,4 kat daha yavaş ilerler!