Işığın kırılması

Işık ışınları bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama gönderildiğinde ışığın bir kısmı yansırken büyük bir kısmı diğer ortama geçer. Farklı ortama geçen ışığın doğrultusu ve hızı değişir. Işık ışınlarının yoğunlukları farklı olan saydam ortamların birinden diğerine geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir.

Günlük hayatta karşılaşılan bazı doğa olaylarının oluşmasında ışığın kırılma özelliği etkilidir. Örneğin; yağmurdan sonra gök kuşağının oluşurken ya da göz kusurlarının tedavi için kullanılan gözlük camlarında ışığın kırılması rol oynar. Kırılma; ışığın saydam bir ortamdan yoğunluğu farklı saydam başka bir ortama geçerken doğrultu değiştirmesidir. Yani ışığın kırılmaya uğrayabilmesi için ortamların yoğunluklarının farklı olması gerekir. 
Çünkü ışığın kırılmasının sebebi yoğunlukları farklı saydam ortamlarda  ışık hızının da farklı olmasıdır.

gökkuşağı
ışık prizması

Işık ışınlarının saydam ortamlardaki hızı, ortamın yoğunluğuyla ters orantılıdır; ortamın yoğunluğu ne kadar fazla ise ışığın hızı da o kadar küçüktür. Örneğin; hava, su, cam yoğunlukları farklı saydam ortamlar olup yoğunlukları arasındaki ilişki; dcam > dsu > dhava  şeklindedir. Bu nedenle ışığın bu ortamlardaki hızları arasında  vhava > vsu > vcam ilişkisi vardır. Işık ışınları, ortam değiştirmediği sürece hızı değişmediği için doğrultusu da değişmez; aynı ortamda doğrusal olarak yayılır.

Işık ışınları ortamları birbirinden ayıran yüzeye dik olarak gönderilirse doğrultu değiştirmez.

Normal doğrultusunda gelen ışık

Farklı ortamlardan birinden diğerine geçen ışığın izlediği yol yukarıdaki  şekilde verilmiştir.
Ortamları ayıran yüzeye dik olarak çizilen doğruya normal (N), gelen ışın ile normal arasındaki açıya gelme açısı, kırılan ışın ile normal arasında kalan açıya kırılma açısı denir.

Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçen ışın;

  • Normale yaklaşacak şekilde kırılır.
  • Kırılma açısı gelme açısından küçük olur.
  • lşığın hızı azalır.
  • Ortamın yoğunluğu (kırıcılığı) arttıkça ışığın hızı azalır.
Işığın kırılması

lşığın farklı ortamlardaki hızlarının yaklaşık olarak büyüklükleri yukarıdaki tabloda verilmiştir.

Işığın farklı ortamlarda hızı

 

Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama bakıldığında cisimler olduğundan daha yakında görülür.
Balıktan yansıyan ışınlar sudan havaya geçerken normalden uzaklaşır ve bunun sonucunda balık yüzeye daha yakın görünür.

Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakıldığında cisimler olduğundan daha uzakta görülür.
Kuştan yansıyan ışınlar havadan suya geçerken normale yaklaşır ve bunun sonucunda havadaki kuş olduğundan daha uzakta görünür.

  • Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçen ışın;
  • Normalden uzaklaşacak şekilde kırılır.
  • Kırılma açısı gelme açısından büyük olur.
  • Işığın hızı artar.

Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçen ışın normalden uzaklaşacak şekilde kırılır.

Gelme açısı arttığında kırılma açısı da artar. Gelme açısı sınır açısına eşit olduğunda kırılan ışık su yüzeyi doğrultusunda yol alır ve bu durumda kırılma açısı 90° olur.

Kırılma açısı 90° olduğunda gelme açısının aldığı değere sınır açısı denir. 

Sınır açısı

Eğer gelme açısı sınır açısından daha büyük olursa ışınlar diğer ortama geçemez ve normal ile eşit açı yapacak şekilde aynı ortama döner. Bu olaya tam yansıma denir.

Tam yansıma olayından teknolojide yararlanılmaktadır. Çok ince fiber optik kablo içerisine gönderilen ışık tam yansıma yoluyla ilerler. Fiber optik kablolar tıpta ve iletişimde kullanılmaktadır.

Serap Olayı:

Çölde veya asfaltta yeryüzüne yakın hava daha çok ısınacağından kırıcılığı yüksekteki havaya göre daha az olur.
Soğuk hava ortamından gelen ışık farklı yoğunluktaki hava tabakalarından geçerken çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçtiği için normalden uzaklaşacak şekilde kırılır.
Gelme açısı çok büyük olduğunda ışık tam yansımaya uğrar. Cisimleri, gözümüze gelen ışınların doğrultusunda algılarız.
Bu durumda cisimler olduğundan daha aşağıda ve genellikle ters olarak görünür. Serap olayında gözümüze yoğun bir ışık geldiğinden uzakta su birikintisi varmış gibi görürüz.Işık prizmasına gönderilen beyaz ışık kendisini oluşturan renklere ayrılır. Bu renkler en az kırılandan en çok kırılana doğru kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mordur. ışığın renklere ayrılmasının nedeni yayıldığı ortamın değişmesidir.
Işık, havadan cama ve camdan havaya geçerken olmak üzere iki kez kırılır. Gökkuşağı oluşumunda da beyaz ışık renklere ayrılır. Işık, havadan yağmur damlasına girdiğinde beyaz ışığı oluşturan renkler farklı açılarla kırılarak ayrılır. Farklı renkteki ışınlar yağmur damlasının yüzeyine geldiğinde tam yansımaya uğrar. Daha sonra damlayı terk edeceği yüzeye gelerek normalden
uzaklaşacak şekilde kırılır. Farklı renklerdeki ışıklar farklı açılarla kırılarak dağılır. Bir damladan gözümüze sadece bir ışık gelir. Sayılamayacak kadar çok damladan gelen ışıklar gök kuşağını oluşturur.

Mercekler:

En az bir yüzü küresel olan saydam cisimlere mercek denir. Cam veya plastikten yapılan mercekler ışığı kırarak görüntü oluşturur. Mercekler yapılarına göre iki çeşittir. 

ince kenarli Mercekler

İnce kenarlı mercekler:

Kenarları ortasına göre ince olan merceklere ince kenarlı mercek, kenarları ortasına göre kalın olan merceklere kalın kenarlı mercek denir.

 

İnce kenarlı (yakınsak) merceğe paralel olarak gelen ışınlar mercekte kırıldıktan sonra bir noktada toplanır. Kırılan ışınların toplandığı bu nokta ince kenarlı merceğin odak noktasıdır. Odak noktası ile mercek arasındaki mesafeye odak uzaklığı denir. İnce kenarlı mercekle cisimlere bakıldığında cisimlerin düz ve büyük görüntüleri oluşabilir. Bu özelliğin den dolayı ince kenarlı mercekten oluşan büyüteçler kuyumcu, antikacı ve araştırmacılar tarafından kullanılır.

ince kenarlı merceklerde ışığın kırılması

Kalın kenarlı mercekler:

Kenarları ortasına göre kalın olan merceklere kalın kenarlı mercek denir.

Kalın kenarlı (ıraksak) merceğe çok uzaktan paralel olarak gelen ışınlar bir noktadan çıkıyormuş gibi dağılır. Kırılan ışınların uzantılarının kesiştiği nokta kalın kenarlı merceğin odak noktasıdır.Kalın kenarlı mercekle cisimlere baktığımızda cisimleri daha küçük görürüz.

Mercekler göz kusurlarının düzeltilmesinde  kullanılmaktadır. Miyop olan kişiler yakını net, uzağı bulanık ; hipermetrop olan kişiler yakını bulanık, uzağı net görür. İnce kenarlı mercek kullanılarak yapılan gözlük ve kontak lensler hipermetrop göz kusurunun, kalın kenarlı mercek kullanılarak yapılan gözlük ve kontak lensler miyop göz kusurunun giderilmesinde kullanılır . Uzaktaki cisimleri büyük görmek için kullanılan dürbünlerde, gözle görülmeyecek kadar küçük canlıları görmek için kullanılan mikroskoplarda, uzaydaki gök cisimlerini görmek için kullanılan teleskoplarda mercekler kullanılır. Bu araçlarda birçok mercekten oluşan sistem vardır. Bunların dışında fotoğraf makineleri, gözlükler ve projeksiyon cihazı merceklerin kullanıldığı araçlardandır.

Not:

Mikroskopta ince kenarlı mercek, el feneri ve ışıldak gibi araçlarda kalın kenarlı mercek kullanılır.

İnce kenarlı mercekler ışığı toplama özelliğine sahip olduğundan ince kenarlı mercek kullanarak bir kağıdı yakabiliriz. Benzer şekilde piknik alanlarında bırakılan şişeler ve cam kırıkları ince kenarlı mercek gibi davranarak yangınların oluşmasına neden olabilmektedir.

Kaynak:ercankaygisiz. com