Işık ışınlarının saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultusunu değiştirmesine ışığın kırılması denir.

Kırılma Kanunları

• Gelen ışın, normal ve kırılan ışın aynı düzlemdedir.
• Gelme açısı, kırılma açısına eşit değildir.
• Bir kaşığın, içinde su bulunan bir bardakta kırıkmış gibi görünmesi,
• Su dolu bir kabın arkasında kalan yazının büyük görünmesi,
• Gökkuşağı’nın oluşması ışığın kırılmasına örnek verilebilir.

Işık ışınları farklı ortamlarda farklı yayılma hızlarına sahiptir. Bu nedenle ortam değiştirdiğinde ışığın hızı değişeceğinden doğrultusu da değişir.

• Işık ışınları az yoğun saydam ortamdan, çok yoğun saydam ortama geçerken normale yaklaşarak kırılır.
• Işık ışınları çok yoğun saydam ortamdan, az yoğun saydam ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırılır.
• Işık ışınları az yoğun saydam ortamdan, çok yoğun saydam ortama ya da çok yoğun saydam ortamdan, az yoğun saydam ortama normal üzerinden gelirse kırılmadan ortam değiştirir. Değişen sadece hızıdır.

Sınır Açısı

Işığın çok yoğun ortamdan, az yoğun ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırıldığını gördünüz. Ancak her defasında ışık çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçemez. Aşağıdaki şekilleri incelersek sudan havaya geçen ışınların gelme açısı büyüdükçe kırılma açısının da büyüdüğünü görürüz.

Son şekilde belli bir gelme açısında sudan havaya geçen ışının kırılma açısının 90° olduğu görülür. Bu durumda kırılan ışın hava ile su ortamını ayıran yüzeyde gider. Kırılma açısının 90° olduğu andaki gelme açısına sınır açısı denir. Sınır açısı θ_sınır şeklinde gösterilir. Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçişlerde sınır açısı kavramından bahsedilmez.

Tam Yansıma

Çok yoğun ortamda, normale sınır açısından daha büyük bir açıyla gelen ışınlar az yoğun ortama geçemez ve aynı ortamda yansıma kanunlarına göre yansır. Bu olaya tam yansıma denir. Su – hava arasındaki sınır açısı 48°dir. 48°nin üzerindeki gelme açısında sudan gelen ışın hava ortamına geçemez, tam yansımaya uğrar. Örneğin, sudan 50° ile havaya geçecek şekilde gelen ışın sınır açısından daha büyük değerde geldiği için ışın hava ortamına geçemez, geldiği açıyla tam yansıma yapar.

Görünür Derinlik

Bulunduğumuz ortamın dışındaki saydam ortamlarda bulunan cisimlere bakıldığında, cisimler gerçekte bulunduğu yerlerden farklı yerlerde görülür.

Az yoğun saydam ortamdan, çok yoğun saydam ortama bakan gözlemci cisimleri bulunduğu yerden daha yakında görür.

Çok yoğun saydam ortamdan, az yoğun saydam ortama bakan gözlemci cisimleri bulunduğu yerden daha uzakta görür.

Gökkuşağının Oluşumu

Güneş ışığı su damlalarına çarptığında bir kısmı yansırken bir kısmı da damlanın içine kırılarak girer. Ancak ışığı oluşturan renkler farklı enerjilere sahip oldukları için farklı miktarlarda kırılır. Kırılan ışınlar damlanın iç yüzeyinden yansıyarak tekrar hava ortamına geçerler. Bu geçiş sırasında ikinci kez kırılır ve dağılarak gökkuşağını oluştururlar. Gökkuşağında belirgin renkler, kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mordur. Bu renklerin arasında ara tonlar da bulunmaktadır. Mor ışık en fazla, kırmızı ışık ise en az kırılır.

Serap

Pek çok filmde çölde aç, susuz kalmış insanların ileride gördükleri suya koşmalarını ancak oraya vardıklarında sadece kum bulmalarını izlemişsinizdir. Böyle bir yanılgının olması için ille de çölde olmaya gerek yok.

Sıcak bir yaz gününde otoyolda ilerlerken hep bir su birikintisi görürsünüz. Bu olaya serap diyoruz. Serap olayının nedeni ışığın kırılmasıdır. Işık ışınlarının havada kırılması havanın yoğunluğuna bağlıdır. Sıcak bir günde atmosferin yere yakın kısımları daha sıcaktır ve genleşerek hacmi artmıştır. Bu nedenle yoğunluğu azalır. Bu katmana giren ışık ışınları çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçmiş gibi olur ve kırılmaya uğrar. Sıcak hava durgun olmadığından kırılan ışınlar hafifçe titrer ve su yüzeyinde olduğu gibi bir görüntüye neden olur.

MERCEKLER VE KULLANIM ALANLARI

Bir görüntü oluşturmak üzere ışık ışınlarını yaklaştırarak veya uzaklaştırarak kıran cam veya plastikten yapılmış saydam cisimlere mercek denir. Merceklerin kenarları orta noktalarına göre daha kalın ya da ortası kenarlarına göre daha kalın olabilir. Mercekler bu özelliklerine göre ince kenarlı mercekler ve kalın kenarlı mercekler olmak üzere ikiye ayrılır.

1. İnce Kenarlı Mercekler (Yakınsak)

Uç noktaları ince, orta noktaları şişkin olan merceklerdir.

İnce kenarlı merceğe gelen paralel ışınlar merceğin karşı tarafında bir noktada toplanır. Işınların toplandığı bu noktaya merceğin odak noktası denir.

İnce kenarlı mercekler ışık ışınlarını odak noktasında topladığı için bu noktada yüksek bir sıcaklığın oluşmasını sağlarlar. Bu nedenle ormanlık bölgelerde bırakılan ince kenarlı mercek görevi görebilecek cam kırıkları son derece tehlikeli yangınların çıkmasına sebep olabilir.

İnce kenarlı mercekler belirli mesafelerdeki cisimlerin düz ve büyük görüntülerini oluşturur. Bu nedenle büyüteç görevi yapabilir.

* İnce kenarlı mercek hipermetrop göz kusurunun düzeltilmesinde kullanılır.

Hipermetrop Göz Kusuru ve Düzeltilmesi

Göze gelen ışınlar sarı lekenin arkasında birleşir. İnce kenarlı mercekle bu kusur düzeltilir.

1. Kalın Kenarlı Mercekler (Iraksak)

Uç noktaları geniş, orta noktaları ince olan merceklerdir.

Kalın kenarlı merceğe gelen paralel ışınlar merceğin karşı tarafında dağılarak ilerler. Fakat dağılan ışınların uzantıları bir noktada toplanır. Bu nokta kalın kenarlı merceğin odak noktası olarak tanımlanır.

Kalın kenarlı mercekler cisimlerin düz ve küçük görüntülerini oluştururlar. Cisimleri daha küçük gösterip sürücünün görüş alanının artması için araçların arka camlarına kalın kenarlı mercekler yerleştirilir.

Merceklerin odak uzaklıkları, merceğin eğrilik yarıçapına, yapıldığı malzemeye ve bulunduğu ortamın cinsine göre değişir. Ayrıca farklı renklerdeki ışıklar için merceğin odak noktası da farklıdır.

* Kalın kenarlı mercek miyop göz kusurunun düzeltilmesinde kullanılır.

Merceklerin Kullanım Alanları

Büyüteç odak uzaklığı birkaç santimetre olan ince kenarlı bir mercektir. Küçük cisimleri daha büyük görmek için kullanılır.

Mikroskop çıplak gözle, büyüteçle göremediğimiz çok küçük cisimleri, hücreleri büyüterek görmemizi sağlayan araçtır. Basit bir mikroskop, objektif merceği ve göz merceği olmak üzere iki mercekten oluşur. Işık, odak uzaklığı çok küçük olan bir objektifle odaklanır. Daha sonra mikroskobun gövdesinin içinden yukarı doğru çıkan ışık göz merceğiyle gözün içine odaklanır.

Dürbün uzaktaki cisimleri daha belirgin izlemeye yarayan optik araçtır. Yer, gök dürbünü gibi çeşitleri vardır. Astronomik incelemelerde kullanılan dürbün ters görüntü verir.

Teleskop uzaktaki cisimleri büyüterek, yakına gelmiş gibi gösteren bir optik araçtır. Bugün çok güçlü dev teleskoplarla gök cisimleri bütün ayrıntılarıyla incelenmektedir. Mercekli teleskopun önünde ışığı toplayıp odaklayarak tüpün içinde bir görüntü oluşturan bir objektif merceği bulunur. Göz merceği ise bu görüntüyü büyütür. Aynalı teleskopta objektif merceği yerine bir ayna kullanılır.

Fotoğraf makinesi insan gözünün özelliklerinden yararlanarak yapılmıştır. Kasa içinde gerçek görüntüyü oluşturan yakınsak mercek bulunur. Merceğin arkasında gerçek görüntüyü kayıt eden bir film vardır.

Yansıma ve Kırılma

Durgun suyun yüzeyinde kendi görüntünüzü görebilmeniz yansıma olayının bir sonucudur. Işık ışınlarını yansıtan yüzeyler ışığı geldiği ortama geri gönderir. Gelen ışın ve kırılan ışın, tıpkı kırılma olayında olduğu gibi aynı düzlemdedir, Kırılma olayında olduğu gibi yansıma olayı da ışığın yayılması ile ilgilidir ve ışığın madde ile etkileşimi sonucu oluşur. Yansımanın gerçekleştiği yüzey ister durgun bir su, ister bir ayna olsun gelme açısı yansıma açısına daima eşittir. Ancak kırılma olayında maddenin cinsi kırılma açısını etkiler. Bir ortamdan bir başka ortama yüzeyin normaline dik olarak gönderilen ışık ışınları doğrultu değiştirmezken farklı bir açı ile gönderilen ışınlar için gelme açısı hiçbir zaman kırılma açısına eşit olmaz. Düzlem ayna gibi düzgün yansımanın gerçekleştiği yüzeylerde cismin görüntüsü cisim ile aynı büyüklükte olur. Merceklerde ışığın kırılması sonucu oluşan görüntülerde ise cisimden büyük, cisimle aynı büyüklükte ya da cisimden küçük görüntüler elde edilebilir.