Işığın Kırılması ve Mercekler

Işık ışınlarının saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir. Işığın kırılmasının temel sebebi ortamların yoğunluklarının farklı olmasıdır.

Işık en hızlı boşlukta yayılır. Işığın boşluktaki yayılma hızı yaklaşık olarak saniyede 300 bin km’dir. Işık için saydam maddesel ortamda bulunan her tanecik bir engel anlamına gelir. Bu sebeple ortamın yoğunluğu ve ortamda bulunan tanecik sayısı arttığında ışığın yayılma hızı azalır.

Hava su ve cam ortamlarında ışığın yayılma hızı;

 d_cam>  d_su  >  d_hava olduğu için    V_hava > V_su  > V_cam

şeklinde ifade edilebilir.

Kırılma Kanunları

• Işık ışınları farklı bir ortama geçerken ortamları birbirinden ayıran çizgiye dik olarak ya da normal doğrultusunda gelirse kırılmadan yoluna devam eder.

• Işık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken normale yaklaşacak şekilde kırılmaya uğrar. Daha yoğun(kırıcı)  bir ortama geçtiği için hızı azalır.

Gelen ışının normalle yaptığı açı gelme açısı, kırılan ışının normalle yaptığı açı ise kırılma açısı olarak tanımlanır.

• Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken gelme açısı her zaman kırılma açısından büyük olur. Ayrıca kırılma ve sapma açısının toplamı ters açı özelliğinden gelme açısına eşittir.
• Işık çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken normalden uzaklaşacak şekilde kırılmaya uğrar. Az yoğun ortama geçildiği için ışığın hızı artar.

• Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken gelme açısı kırılma açısından küçük olur.

• Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken ışık sınır açı değeri ile gelirse 90 derecelik kırılmaya uğrar.
• Eğer ışık sınır açı değerinden daha büyük bir değerle gelirse kırılmaz; tam yansımaya uğrayarak geldiği açı ile aynı ortama geri döner.

Günlük Hayatta Işığın Kırılması 

• Fiber optik kablolarda ışığın tam yansıma özelliğinden yararlanıır.

• Endoskopi cihazları ile ışığın tam yansıma özelliğinden yararlanılarak sindirim sistemi organlarının görüntülenmesi sağlanır.

• Serap olayı ışığın tam yansıması sonucu ortaya çıkan bir durumdur. Bu olay sonucunda cisimler olduğundan farklı yerde algılanır. Çünkü Güneşten gelen ışınlar kırılmaya uğrayarak cisimlerin bulunduğu yerden farklı yerde görünmesini sağlar.

• Işığın su damlacıkları tarafından kırılması sonucu beyaz ışığın içerisindeki tüm renkler ortaya çıkar ve gökkuşağı oluşur.

• Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama doğru bakıldığında cisimler olduğundan daha yakın görünür.

• Çok yoğun ortamdan az yoğu ortama bakıldığında ise cisimler olduğundan daha uzakta algılanır.

• Işığın paralel ortamlardan geçişi sırasında ise ışık 2 defa kırılmaya uğrar. Ortam değiştirdiği için hızı da değişir. Sonrasında aynı şekilde yoluna devam eder. Işık paralel geçişi sırasında geldiği açı ile ortamları terk eder.

Mercekler

Mercekler ışığı kıran ve camdan yapılan saydam cisimlerdir. İki tür mercek bulunmaktadır.

1-İnce Kenarlı (Yakınsak) Mercekler

Kenarları ince orta kısımları şişkin olan merceklerdir.

• Merceğe paralel gelen ışınlar odak noktasından geçecek şekilde kırılmaya uğrar

• İnce kenarlı merceklerde düz ve büyük görüntü oluşumu gözlenir. Bu sebeple büyüteç, dürbün, teleskop, mikroskop, kamera, fotoğraf makinesi gibi araç gereçlerin yapısında bulunurlar.

• İnce kenarlı mercekler ışığı toplama özelliğine sahip olduğu için orman yangınlarına sebep olabilir. Cam kırıkları plastik şişe içerisindeki su ince kenarlı mercek gibi davranabildiği için ormanlık alanlara bu cisimlerin atılmaması oldukça önemlidir.

• Bu mercekler aynı zamanda hipermetrop (uzağı iyi görüp yakını iyi görememe) göz kusurlarının düzeltilmesinde kullanılır. Retinadaki sarı beneğin arkasına düşen ışık ışınları bu mercekle toplanarak sarı benek üzerine düşürülür.

 

• İnce kenarlı merceklerdeki bazı özel ışınlar ise şu şekildedir.

Kalın Kenarlı (Iraksak) Mercekler

Kenarları kalın orta kısımları ise ince olan merceklerdir.

• Bu mercekler paralel gelen ışığı uzantıları odak noktasından geçecek şekilde kırarak dağıtma özelliğine sahiptir.

• Kalın kenarlı merceklerde elde edilen görüntü düz ve cisimden küçüktür.
• Bu mercekler kapı dürbünü, el feneri, ışıldak, deniz feneri ve görüntüyü küçültmek amacıyla dürbün, teleskop, mikroskop, kamera ve fotoğraf makinesi gibi cihazlarda da kullanılır.
• Kalın kenarlı mercekler miyop (yakını iyi görüp uzağı görememe) göz kusurunun düzeltilmesinde de kullanılır. Gözdeki sarı beneğin önüne  düşen ışık ışınları bu mercekle dağıtılarak sarı beneğin tam üzerine düşürülüp göz kusuru düzeltilmiş olur.

• Merceklerin odak uzaklıkları merceğin yapıldığı maddenin yoğunluğuna, merceğin eğriliği gibi bazı özelliklere göre değişir. Işığın kırılması yansıması ve soğurulması ile ilgili konularda ayrıntılı çalışmalar yapana bilim dalına optik adı verilir.

Hazırlayan: Serkan BOLCA – Fen Bilimleri Öğretmeni