Küresel Aynalar

KÜRESEL AYNALAR

Yarıçapı R olan bir kürenin tümsek kısmı parlatılıp ayna yapılırsa tümsek ayna, çukur kısmı parlatılıp ayna yapılırsa çukur ayna elde edilmiş olur. Aynanın tam ortasından ve merkezinden geçen eksene asal eksen denir. Aynanın asal eksenle çakıştığı noktaya tepe noktası (T) denir.
Tepe ile merkez noktalarının tam ortasındaki noktaya da odak noktası (F) denir. Odak noktasının aynaya veya merkeze uzaklığına da odak uzaklığı (f) denir. Odak uzaklığı ile aynanın (R) yarıçapı arasındaR = 2f bağıntısı vardır.

Kürenin merkezinde geçen bütün doğrular kürenin yüzeyine dik olduğundan,küresel aynalarda merkezden geçen bütün doğrular normal olarak kapul edilebilir.

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.

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. Bir önceki ışının tam tersidir.

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 Çizimleri

Oluşan görüntünün yerini bulmak için en az iki tane ışın kullanmak gereklidir. Işınlar nerede kesişirse görüntü orada oluşur.

Cisim sonsuzda ise; sonsuzdan gelen ışınlar asal eksene paralel gelirler. Paralel gelen ışınlar ise yansıdıktan sonra odakta toplanırlar. Görüntü, odakta gerçek ve nokta halinde oluşur.

1.Cisim merkezin dışında ise; görüntü, odak ve merkez arasında, ters gerçek ve boyu cismin boyundan küçüktür. Hatırlanacağı gibi ışınların kendisi kesişirse görüntü gerçek, uzantıları kesişirse görüntü zahirî olur.

2.Cisim merkezde ise; görüntü, merkezde ters gerçek ve boyu cismin boyuna eşit olur.

3.Cisim odakla merkez arasında ise; görüntü merkezin dışında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür.

4.Cisim odakta ise; yansıyan ışınlar birbirlerine paralel olduğundan, görüntü sonsuzda ve belirsizdir.

5.Cisim ayna ile odak arasında ise; görüntü aynanın arkasında, düz, zahirî ve boyu cismin boyundan büyüktür. Çizimlerden de görüldüğü gibi cisim veya görüntüden aynaya yakın olanın boyu daha küçüktür.

Tümsek Aynalarda Özel Işınlar

Tümsek aynada da çukur aynada olduğu gibi merkezden geçen bütün doğrular normaldir. Tümsek aynada odak noktası aynanın arkasında olduğu için zahirîdir. Çünkü odak, ışığın toplandığı noktadır. Tümsek aynada ışık toplanmaz. Sadece uzantıları odaktan geçer, kendileri geçemez.

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 merkezden geçecek şekilde gelen ışınlar, kendi üzerlerinden 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, zahirî ve boyu cismin boyundan küçüktür. Cisim sonsuzda iken görüntü odakta nokta halinde olur. Şekilde görüldüğü gibi cisim aynaya yaklaştıkça görüntünün boyu büyüyerek aynaya yaklaşır.

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.

Şekilde tümsek aynaya gelen ışın, normal ile eşit açı yapacak şekilde yansır. Tümsek aynada görüntü daima odak ile ayna arasında oluştuğundan, yansıyan ışınların uzantısı da odak ile ayna arasından geçer.

Özel Durumlar

Ayna formülleri kullanılarak özel konumlu cisimlerin görüntülerinin yerleri tespit edilir.

1. Cisim çukur aynanın merkezinden f, aynadan 3f kadar uzaklıkta ise, görüntü odakla merkezin tam ortasında; yani aynadan 3f/2 kadar uzaklıkta olur. Görüntünün boyu cismin boyunun yarısı kadar olur.

2. Cisim çukur aynadan 3f/2 kadar uzaklıkta ise, görüntü aynadan 3f kadar uzaklıkta ve boyu cismin boyunun iki katı olur.

3. Şekildeki gibi cisim çukur ayna ile odağın tam ortasında; yani aynadan f/2 kadar uzakta ise zahirî görüntü f kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun iki katı olur.

4. Şekildeki gibi cisim tümsek aynadan f kadar uzakta ise, görüntü, ayna ile odak noktasının tam ortasında, yani aynadan f/2 kadar uzaktadır. Boyu ise cismin boyunun yarısı kadar olur.

IŞIĞIN KIRILMASI

Işık ışınları saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken ışınların bir kısmı yansıyarak geldiği ortama dönerken bir kısmı da ikinci ortama, doğrultusu ve hızı değişerek geçer. Işığın ikinci ortama geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir.

Kırılma Kanunları

1. Gelen ışın, normal ve kırılan ışın aynı düzlemdedir.

2. Gelme açısının sinüsünün, kırılma açısının sinüsüne oranı her zaman sabittir. Bu sabit, ikinci ortamın birinci ortama göre kırılma indisine eşittir. Şekildeki açılara göre,

şeklinde ifade edilir. Bu bağıntıya Snell bağıntısı denir. Bağıntıdaki sabit değere ışığın havadan saydam maddeye girişte kırılma indisi veya sadece ortamın kırılma indisi denir. Kırılma indisi saydam maddelerin ayırt edici bir özelliğidir.

Burada kırılma indisi bağıl kırılma indisi ve mutlak kırılma indisi olmak üzere ikiye ayrılır.

Işık kırılma indisi küçük ortamlardan büyük ortamlara geçerken normale yaklaşır.   Kırılma indisi büyük ortamlardan küçük ortamlara geçerken normalden uzaklaşır.

r

Kırılma indisi büyük ortamlara çok yoğun ortam, kırılma indisi küçük ortamlara az yoğun ortam denir. Buradaki yoğun kelimesinin özkütle ile ilgisi yoktur.

Işık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama veya çok yoğun ortamdan az yoğun ortama dik olarak geçerse doğrultusu değişmez, fakat hızı ve dalga boyu değişir

Sınır Açısı ve Tam Yansıma   Işık ışınları, kırılma indisi küçük ortamlardan büyük ortamlara hangi açı ile gelirse gelsin normale yaklaşarak kırılır ve ikinci ortama geçer. Işık ışınları çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırılır. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama gelen ışınlar ikinci ortama her zaman geçemez. Ancak belli açılardan küçük açılarla geldiği zaman geçer.

Sınır Açısı   Gelme açısı büyüdükçe kırılma açısı da büyür ve ışığın kırılma açısı 90° olduğu andaki gelme açısına sınır açısı denir. Eğer ışık ışınları sınır açısından daha büyük açıyla gelirse ikinci ortama geçemez ve geldiği ortama normalle eşit açı yaparak geri döner.

Bu olaya tam yansıma denir.

Örneğin, sudan havaya gelen ışınlar için sınır açısı 48°, camdan havaya gelen ışınlar için ise 42° dir.

Bu iki örnekten de anlaşılacağı gibi ortamların kırılma indisleri arasındaki fark büyüdükçe sınır açısı küçülür. Aynı sonuç Snell bağıntısından da anlaşılabilir.

Işığın Paralel Yüzlü Ortamdan Geçişi   Işık ışınları d kalınlığında paralel yüzlü bir cama şekildeki gibi geldiğinde önce normale yaklaşarak, çıkışta ise normalden uzaklaşarak kırılır. Kırılan ışın ile gelen ışın, birbirine paralel olur. Sadece paralel bir kaymaya uğrar. Kayma miktarı camın kalınlığına ve q1 ve q2 açılarına bağlıdır. q2 ise ortamların kırılma indislerine bağlıdır.

Görünür Derinlik

Bulunduğumuz ortamdan kırıcılık indisleri farklı saydam ortamlardaki cisimlere baktığımızda, bulundukları yerlerden farklı yerlerde görürüz. Mesela akvaryuma üstten bakıldığında balıklar yüzeye çok yakın görülür. Su dolu havuza üstten bakıldığında, havuzun derinliği, olduğundan daha yakın algılanır. Sonuç olarak az yoğun ortamdan çok yoğun ortamdaki cisimlere bakan gözlemciler cismi daha yakında, çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakan gözlemciler ise daha uzakta görür.

Şekilde görüldüğü gibi az yoğun ortamdan çok yoğun ortama normal ya da normale yakın yerden bakılırsa cisim gerçek yerinden daha yakında görülür.

Şekilde ise çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakıldığında ise cisim gerçek bulunduğu yerden daha uzakta görülür. Bunların sebebi, ışığın kırılarak göze gelmesi ve gözün de kırılan ışınların uzantısında görmesindendir.

Küresel Yüzeylerde Kırılma

Küresel camlara gönderilen ışık camdan geçerken kırılmaya uğrar. Önce girişte normale yaklaşır. Çıkarken de normalden uzaklaşarak kırılır. Burada unutulmaması gereken olay, küresel yüzeylerde merkezden geçen bütün doğruların normal olduğu ve normal üzerinden gelen ışınların kırılmayacağıdır. Şimdi de bir kaç şekil üzerinde bu olayı inceleyelim.

Şekil (e) de açı 45° den büyük olduğu için tam yansımıştır. Şekil (f) de ise ışık yarım kürenin merkezine gelmesine rağmen normal üzerinden gelmediği için kırılmıştır. Fakat çıkarken kürenin merkezinden geçecek şekilde geldiği için normal üzerinden doğrultu değiştirmeden çıkar.

PRİZMALAR   Kesiti üçgen şeklinde olan saydam ortamlara ışık prizması denir. Bu prizmada A açısına tepe açısı ya da kıran açı denir. Bu açının karşısındaki kenara da taban denir. Işık prizmalarda kırılma kanunlarına uygun olarak kırılır.

Şekilde cam prizmaya gelen ışın normale yaklaşarak kırılır. Camdan havaya gelen ışın için q açısının sınır açısına göre kıyaslanmasıyla üç farklı yol izleyebileceği görülür.

Tam Yansımalı Prizmalar

Kesiti ikizkenar dik üçgen şeklinde olan camdan yapılmış prizmalara tam yansımalı prizmalar denir. Çünkü bu üçgenin açıları 45°, 45° ve 90° dir. Camdan havaya geçişte sınır açısı 42° olduğundan bu prizmaya gönderilen ışık en az bir defa tam yansımaya uğrar.

Şimdi bu prizmaya gönderilen bir kaç ışığın izlediği yolları şekiller üzerinde görelim.

Şekillerdeki sistemlerde görüldüğü gibi ışık, en az bir yüzeyde tam yansımaya uğrar. Şekiller üzerinde de görüldüğü gibi ışınların, yüzeylerin normalleri ile yaptıkları açı 42° den büyükse tam yansımaya uğrar.

Şekilde görüldüğü gibi aynı prizmaya farklı iki ışık gönderildiğinde biri tam yansımaya uğramasına rağmen diğeride tam yansımaya uğramamıştır.

Beyaz Işığın Renklerine Ayrılması

Aynı saydam düzleme şekildeki gibi eşit gelme açılarıyla gönderilen kırmızı ve mavi ışınların aynı miktarda kırılmadığı, mavinin daha çok kırıldığı gözleniyor. Yani aynı ortam, farklı ışınlar için farklı kırılma indisine sahipmiş gibi davranır.

Şekildeki prizmaya gönderilen beyaz ışık renk karışımı olduğundan bu renkler prizmadan geçerken farklı miktarlarda kırılırlar. En az kırmızı en çok ta mor ışın kırılır.

Renk

Güneş ışığını bir prizmadan geçirdiğimizde renklerine ayrıldığını ve bu renklerinde sırası ile kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor olduğunu biliyoruz.

Cisimler güneş ışığı ile aydınlatıldığında, üzerine bu renklerin karışımı olan ışık düştüğünden, cisimler bunlardan bir kısmını yansıtırlar ve değişik renklerde cisimler algılanır. Bir cisim güneş ışığındaki tüm renkleri yansıtıyorsa beyaz, hiç birini yansıtmıyorsa siyah, herhangi bir rengi yansıtıyorsa o renkte görünür.

Güneş ışığındaki renklerden kırmızı, mavi ve yeşil renge ana renk denir. Bu üç ışığın tek tek ya da değişik oranlardaki karışımı göze gelirse, göz, cisimleri bu karışımlara göre değişik renklerde algılar. Bu üç rengin, karışımları beyaz ışığı verir. Şekildeki venn şemasında bu durum görülüyor. Aynı tabloyu incelersek kırmızı ve yeşil ışık göze gelirse sarı, kırmızı ve mavi ışık göze gelirse magenta, mavi ve yeşil ışık göze gelirse cyan olarak algılanır.

Karışımları beyaz rengi verebilecek iki renge tamamlayıcı renkler denir. Şekil (a), (b), (c) de görüldüğü gibi kırmızı ile cyan (mavi – yeşil), yeşil ile magenta (kırmızı – mavi) ve mavi ile sarı (yeşil – kırmızı) tamamlayıcı renklerdir. Kısacası bu renklerin hepsinin içerisinde kırmızı mavi ve yeşil olduğundan bu üç rengin karışımı beyaz olarak algılanır.

Cisimlerin Işığı Yansıtması

Bir cisim güneş ışığındaki tüm renkleri yansıtıyorsa beyaz görünür. Buradan anlıyoruz ki beyaz cisimler bütün renkleri yansıtıyor. Beyaz cisim, beyaz ışıkla aydınlatılırsa beyaz, kırmızı ışıkla aydınlatılırsa kırmızı, mavi ışıkla aydınlatılırsa mavi görünür. Dolayısıyla beyaz cisimler hangi ışıkla aydınlatılırsa o renkte algılanırlar.

Bir cismin rengi ana renklerden birisi ise, kendi rengini güçlü olarak yansıtır ve bir de prizmadaki renk sırasına göre bir altı ile bir üstündeki renkleri zayıf olarak yansıtır. Kendi rengi güçlü olduğundan zayıf renkler görülmez. Mesela kırmızı ışık, kırmızıyı güçlü, turuncuyu zayıf yansıtır. Mavi ışık maviyi güçlü, yeşil ve moru zayıf yansıtır.

Eğer mavi kitabı yeşil ışık altında aydınlatırsak, yeşil mavinin komşusu olduğundan zayıf olarak yansır. Fakat bu zayıf ışık gözü yeşil renkte uyaramayacağından mavi kitap siyah görünür.

Cisim güçlü ışıkların renginde görülür. Şekilde, güçlü ışıklar uzun oklarla gösterilmiştir. Zayıf ışınlar ise kısa okla gösterilmiştir.

Işığın Filtrelerden Geçişi

Işığı geçirebilen renkli saydam filtrelerden geçen ışığın renkleri ile filtre rengindeki cisimden yansıyan ışıkların renkleri aynıdır. Yani kırmızı filtre, kırmızı ışığı güçlü, turuncu ışığı zayıf geçirir. Mavi filtre, mavi ışığı güçlü, yeşil ve mor ışığı zayıf geçirir. Sarı filtre, sarı ışığı kırmızı ışığı, yeşil ışığı güçlü, mavi ışığı ise zayıf geçirir.

Şekilde kırmızı filtreden kırmızı ışık güçlü, turuncu ışık ise zayıf geçer. Bu ışınlarda mavi filtreden geçemez, mavi filtre siyah görünür.

Şekilde sarı filtreden sarı, kırmızı ve yeşil renkler güçlü geçerken mavi ise zayıf geçer. Bu renkler de yeşil filtreden geçerken yeşil güçlü, sarı zayıf geçer ve filtre yeşil renkte algılanır.

Şimdi kırmızı, yeşil, mavi, beyaz ve siyah zeminler beyaz ışıkla aydınlatılırken bu zeminlere sarı filtre, cyan filtre ve magenta filtre ile bakılırsa renklerin nasıl algılandığı şekilde gösterildiği gibidir.

Güçlü olarak yansıyan ve geçen renkler algılanmaz Yüzeyden zayıf olarak yansıyan veya filtreden zayıf olarak geçen ışık algılanmaz ve o renkte görülmez