İçindekiler
1Isik Nedir?
Isik, elektromanyetik dalga spektrumunun gozle gorulebilen bolumdur. Isik hem dalga hem de parçacık (foton) özelligi gösterir. Vakumda isik hizi c = 3 × 10&sup8; m/s'dir ve bu evrendeki en yüksek hizdir.
Isik kaynaktan cikar ve doğru çizgiler halinde yayilir. Buna isigin doğrusal yayilmasi denir. Golge oluşumu, gunes tutulmasi ve ay tutulmasi bu özelligin sonucudur.
Isik Kaynaklari
Dogal kaynaklar: Gunes, yildizlar, atese bocekleri
Yapay kaynaklar: Lamba, mum, lazer
Isigan (saydam): Isigi geciren maddeler (cam, su)
Isik gecirmeyen (opak): Isigi gecirmeyen maddeler (tahta, metal)
Yarisaydam: Isigi kismi geciren maddeler (buzlu cam)
Golge ve Yarigolge
Noktasal isik kaynagi kullanidiginda net golge oluşur (tam golge). Genis isik kaynagi (örneğin gunes) kullanıldiginda ise golge bolgesinin çevresi yarigolge, merkezi tam golge bolgesini oluşturur. Gunes tutulmasinda Ay'in golgesi Dunya'ya duser.
2Yansıma ve Yansıma Kuralları
Yansıma, isigin bir yüzeyden geri dönmesidir. Yansıma iki tur olabilir: düzgün yansıma (parlak yüzeylerden) ve dağınık yansıma (pürüzlü yüzeylerden).
Gelis acisi = Yansıma acisi (θᵢ = θᵣ)
Yansıma yasası: Gelis ve yansıma acilari yüzeyin normaline göre ölçülur
Yansıma Kuralları
1. Gelis isini, yansıma isini ve normal aynı düzlemdedir
2. Gelis acisi yansıma acisina eşittir (θᵢ = θᵣ)
3. Isik yolu tersinirdir (geri dondurulebilir)
4. Yansımada isigin hizi, dalgaboyu ve frekans değişmez
Düzgün ve Dağınık Yansıma
Düzgün yansıma: Parlak, duz yüzeylerden olur. Paralel gelis ışınları paralel yansiyor. Goruntu oluşur (ayna)
Dağınık yansıma: Pürüzlü yüzeylerden olur. Paralel ışınlar farklı yonlere yansır. Cisimleri görmemizi sağlar
3Duz Ayna
Duz ayna, yüzey normali her noktada aynı yonde olan duz yansitici yüzeydir. Duz aynada oluşur görüntü sanal (hayali), dik ve cisimle aynı büyükluktedir.
Duz Ayna Özellikleri
Goruntu sanaldır (aynanin arkasinda oluşur)
Goruntu cisimle aynı büyüklukte ve diktir
Cismin aynaya uzakligi = Goruntunun aynaya uzakligi
Goruntu sag-sol simetridir (laterally inverted)
Aynanin boyunun yarisi kadar aynayla tamamen gorulebilir
Duz Aynada Donen Ayna
Ayna α kadar donerse, yansıma isini 2α kadar doner.
Iki duz ayna arasındaki görüntü sayısı: n = (360°/α) - 1
Örnek: Iki ayna 60° acida ise: n = 360/60 - 1 = 5 görüntü
Bu formül α'nin 360'in tam boleni olduğu durumlarda geçerlidir.
4Kuresel Aynalar
Kuresel aynalar, bir kurenin bir parcasinin ic (cukur) veya dis (tumsek) yüzeyinin parlatilamasiyla elde edilir. Kuresel aynalarda odak noktasi (F) ve merkez (C) önemli kavramlardir.
1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ | f = R/2
Ayna formülü | f: odak uzakligi | dₒ: cisim uzakligi | dᵢ: görüntü uzakligi | R: yaricap
Cukur (Konkav) Ayna
Isigi yansitici ic yüzey parlaktir. Paralel ışınları odak noktasinda toplar. Bu nedenle toplayan ayna da denir.
C öncesinde: Gerçek, ters, küçük görüntü
C uzerinde: Gerçek, ters, eşit boyda görüntü
C ile F arası: Gerçek, ters, büyük görüntü
F uzerinde: Goruntu sonsuzdadir
F ile ayna arası: Sanal, dik, büyük görüntü
Tumsek (Konveks) Ayna
Isigi yansitici dis yüzey parlaktir. Paralel ışınları yayar (dagitir). Bu nedenle dagitici ayna da denir. Her zaman sanal, dik ve küçük görüntü oluşturur.
Kullanim alanlari: Arac disi aynaları, market güvenligi, kavsaklar
Genis görüş acisi sağlar ancak görüntü küçüktur
İşaret Kurali (Kuresel Aynalar)
Cukur aynada: f pozitif, tumsek aynada: f negatif
Gerçek görüntü: dᵢ pozitif, sanal görüntü: dᵢ negatif
Buyutme: m = -dᵢ/dₒ (negatifse ters görüntü, pozitifse dik görüntü)
5Kırılma ve Snell Yasasi
Kırılma, isigin bir ortamdan baska bir ortama gecerken hızının ve yönünün değişmesidir. Isik daha yoğun bir ortama gecerken normale yaklasir, daha seyrek bir ortama gecerken normalden uzaklasir.
n₁ · sinθ₁ = n₂ · sinθ₂
Snell Yasasi | n: kırılma indisi | θ: acilar
n = c / v
n: kırılma indisi | c: vakumdaki isik hizi | v: ortamdaki isik hizi
Kırılma Indisleri
Vakum
n = 1,00
Hava
n ≈ 1,00
Su
n = 1,33
Cam
n = 1,50
Elmas
n = 2,42
Tam Yansıma (Ic Yansıma)
Isik yoğun ortamdan seyrek ortama gecerken, gelis acisi belli bir değerden büyükse isik kırılmadan tamamen yansır. Bu aciya sinir (kritik) aci denir.
sinθₒ = n₂ / n₁ (n₁ > n₂ olmalı)
Uygulama: Fiber optik kablolar, elmasin parlakli, fatamorgana
Örnek
Havadan (n=1) cama (n=1,5) 30° aciiyla gecen isik:
n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂
1 × sin30° = 1,5 × sinθ₂
0,5 = 1,5 × sinθ₂ → sinθ₂ = 0,333 → θ₂ ≈ 19,5°
Isik camda normale yaklasarak 19,5° ile kirilir.
6Mercekler
Mercekler, isigi kırılma yoluyla toplayan veya dagitan saydam ortamlardir. Iki ana turu vardir: ince kenarlı (toplayan/konveks) ve kalin kenarli (dagitan/konkav) mercekler.
1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ
Ince mercek formülü (ayna formülü ile aynı yapidir)
Toplayan (Konveks) Mercek
Ortasi kalin, kenarları ince olan mercektir. Paralel ışınları odak noktasinda toplar. Cukur aynaya benzer görüntü özellikleri gösterir.
2f otesinde: Gerçek, ters, küçük
2f uzerinde: Gerçek, ters, eşit
f ile 2f arası: Gerçek, ters, büyük
f uzerinde: Goruntu sonsuzda
f içinde: Sanal, dik, büyük
Dagitan (Konkav) Mercek
Ortasi ince, kenarları kalin olan mercektir. Paralel ışınları dagitir. Tumsek aynaya benzer şekilde her zaman sanal, dik ve küçük görüntü oluşturur.
Her durumda sanal, dik ve küçük görüntü
Kullanim: Miyop gozlugu, bazı optik cihazlar
Göz Kusurlari ve Mercekler
Miyop (uzagi görememe): Goruntu retina önünde oluşur → Dagitici (ince kenarli) mercek ile duzeltilir
Hipermetrop (yakini görememe): Goruntu retina arkasinda oluşur → Toplayan (kalin kenarli) mercek ile duzeltilir
Astigmatizma: Korneanin düzensiz kivrilmasi → Silindirik mercek ile duzeltilir
Presbiopi (yaşlılık): Göz mercegin esnekliğinin azalması → Çift odaklı mercek
7Önemli Noktalar
Mutlaka Bilmen Gerekenler
- Yansıma yasası: Gelis acisi = Yansıma acisi
- Duz aynada görüntü sanal, dik ve cisimle aynı boyuttadir
- Cukur ayna ışınları toplar, tumsek ayna dagitir
- Snell Yasasi: n1.sinθ1 = n2.sinθ2
- Kırılma indisi = c/v (büyükse ortam daha yoğun)
- Tam yansıma: Yoğun ortamdan seyrek ortama geciste sinir acisi asildiginda oluşur
- Toplayan mercek cukur aynaya, dagitan mercek tumsek aynaya benzer davranir
- Miyop: Dagitici mercek, Hipermetrop: Toplayan mercek ile duzeltilir
Sık Yapılan Hatalar
- Gelis ve yansıma acisini yüzeyden ölçmek (doğrusu: normalden ölçülur)
- Kırılmada isigin her zaman normale yaklasacagini sanmak (yoğunluga bağlıdir)
- Tam yansımayiherortamdan diger ortama geciste olur sanmak (sadece yoğundan seyreye)
- Duz aynada görüntünun gerçek olduğunu dusunmek (her zaman sanaldır)
- Mercek ve ayna formüllerinde işaret kuralıni karıştırmak
8Pratik Sorular
Öğrendiklerini test et! Aşağıdaki soruları çözmeye çalış.
Bir isik isini duz aynaya 35° gelis acisiyla carpiyor. Yansıma acisini ve yansıma isininin yüzey ile yaptigi aciyi bulunuz.
Birbirine 45° aciyla yerlestirilen iki duz ayna arasında kaç görüntü oluşur?
Odak uzakligi 20 cm olan cukur aynaya 30 cm uzakliga yerlestirilen bir cismin görüntüsunun konumunu ve özelliklerini bulunuz.
Havadan (n=1) suya (n=1,33) 45° aciyla giren isigin kırılma acisini hesaplayiniz. (sin45° = 0,707)
Kırılma indisi 1,5 olan cam ortamda bulunan bir isigin hava ortamina gecerken tam yansıma yapabilmesi için gelis acisinin en az kaç derece olması gerekir? (sinθc formülü ile bulunuz)