Kırılma 10. Sınıf Fizik
Işığın Kırılması
Bir ışık ışını saydam bir ortamda ilerlerken başka saydam bir ortamın sınırına çarparsa bir kısmı yansır, bir kısmı da diğer saydam ortama geçer. İkinci ortama geçen ışık ışını, sınırda yön değiştirir. Bu olaya ışığın kırılması denir. Ara kesitin normali, gelen ışın, yansıyan ışın ve kırılan ışın aynı düzlemdedir. Gelen ışın ile ara kesitin normali arasında kalan açıya gelme açısı (i), kırılan ışın ile ara kesitin normali arasında kalan açıya kırılma açısı (r) denir.
Işığın kırılmasını, su dalgalarındaki kırılma olayı ile anlayabiliriz. Derin ortamda ilerleyen doğrusal su dalgalarının sığ ortama geçişi aşağıdaki şekilde görülmektedir. Derin ortamda ilerleyen doğrusal su dalgaları sığ ortama geçerken yavaşlayıp yayılma doğrultusunu değiştirir.
Işığın ortam değiştirdiğinde kırılmasının sebebi de ortamın optikçe yoğunluğuna bağlı olarak hızının değişmesidir. Burada dalga cephelerine dik doğrular, ışık ışınları gibi düşünülebilir. Bu benzerlik ışıktaki kırılma olayının dalga teorisi ile açıklanabildiğini gösterir.
Kırılma Yasaları
« Gelen ışın, kırılan ışın ve ara kesit yüzeyinin normali aynı düzlemdedir.
« Gelme açılarının tüm değerleri için, sin i ve sin r değerleri arasında sabit kabul edilebilir bir oran vardır.
Snell Kırılma Yasası denilen bu ifade
şeklinde gösterilir. Bu sabit sayıya ışığın girdiği ortamın geldiği ortama göre bağıl kırıcılık indisi denir. Işığın bir madde içindeki hızı boşluktaki hızından daha küçüktür. Işığın boşluktaki hızının, saydam bir madde içindeki ortalama hızına oranına o saydam maddenin mutlak kırıcılık indisi denir ve n ile gösterilir.
Bu tanımdan saydam bir ortamın kırıcılık indisinin, boyutsuz olup v her zaman c’den küçük olduğu için 1’den büyük bir sayı olduğunu söyleyebiliriz. Yine bu tanıma göre boşluk için n=1 dir.
Birbiri ile karşılaştırıldığında kırıcılık indisi, küçük olan ortamlar optikçe az yoğun ortam, büyük olan ortamlar ise çok yoğun ortam olarak adlandırılır.
Mutlak kırıcılık indisi n, olan ortamdan n, olan ortama geçen ışık için ortamların bağıl kırıcılık indisi, olur.
Buradan Snell Kırılma Yasası,
şeklinde ifade edilir. Bu ifadeden de görüleceği gibi, n,>n, ise r<i olur. Yani ışık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken ara kesitin normaline yaklaşarak kırılır. n,>n, ise r>i olur. Yani, ışık çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken ara kesitin normalinden uzaklaşarak kırılır. Işık ışınları, saydam cisme dik geldiğinde yani gelme açısı 0o olduğunda kırılmadan diğer ortama geçer yani kırılma açısı da Oo olur.
Işığın Kırılması Soruları ve Çözümleri
Tam Yansıma, Sınır Açısı ve Görünür Uzaklık Soruları ve Çözümleri
Çözümlü Örnek Test Soruları
Kırılma, ışığın bir ortamdan başka bir ortama geçerken hızının değişmesiyle yön değiştirmesi olayıdır. Işığın kırılma olayında, ışık hızı ve kırılma açısı ortamın yoğunluğuna bağlı olarak değişir. Kırılma indeksi ve Snell Yasası, bu olayın temelinde yer alır.
1. Işığın kırılması nedir?
A) Işığın yansımasıdır
B) Işığın bir ortamdan başka bir ortama geçerken hızının değişmesiyle yön değiştirmesidir
C) Işığın enerji kaybetmesidir
D) Işığın emilmesidir
Çözüm: Işığın kırılması, ışığın bir ortamdan başka bir ortama geçerken hızının değişmesi sonucu yönünün değişmesidir.
Doğru cevap B şıkkıdır.
2. Işık, yoğunluğu az olan bir ortamdan yoğunluğu fazla olan bir ortama geçerse ne olur?
A) Işığın hızı artar ve doğrultusu değişmez
B) Işığın hızı azalır ve normale yaklaşır
C) Işığın hızı artar ve normale yaklaşır
D) Işığın hızı azalır ve normali terk eder
Çözüm: Işık, yoğunluğu az olan bir ortamdan yoğunluğu fazla olan bir ortama geçerken hızı azalır ve kırılarak normale yaklaşır.
Doğru cevap B şıkkıdır.
3. Işığın bir ortamdan diğerine geçerken kırılma miktarını ne belirler?
A) Ortamların sıcaklık farkı
B) Ortamların yoğunluk farkı
C) Ortamların elektriksel iletkenliği
D) Ortamların manyetik özellikleri
Çözüm: Işığın kırılma miktarını ortamların kırılma indislerinin farkı yani yoğunluk farkı belirler.
Doğru cevap B şıkkıdır.
4. Işık, dik olarak (90 derece açıyla) bir ortamdan başka bir ortama geçtiğinde ne olur?
A) Işık yön değiştirir
B) Işık hızlanır
C) Işık doğrultusunu değiştirmeden yoluna devam eder
D) Işık emilir
Çözüm: Işık, dik olarak bir ortamdan başka bir ortama geçtiğinde doğrultusunu değiştirmeden yoluna devam eder, ancak hızı değişir.
Doğru cevap C şıkkıdır.
5. Snell Yasası’na göre, ışığın kırılma açısı hangi faktörlere bağlıdır?
A) Işığın frekansına ve hızına
B) Ortamların kırılma indislerine ve ışığın geliş açısına
C) Işığın dalga boyuna ve genliğine
D) Işığın renginin parlaklığına
Çözüm: Snell Yasası’na göre, ışığın kırılma açısı, ortamların kırılma indislerine ve ışığın geliş açısına bağlıdır.
Doğru cevap B şıkkıdır.
6. Işığın camdan havaya geçerken kırılma açısı nasıl değişir?
A) Normalden uzaklaşır
B) Normale yaklaşır
C) Hiç değişmez
D) Hızı azalır
Çözüm: Işık, yoğun bir ortamdan (cam) daha az yoğun bir ortama (hava) geçerken normale göre uzaklaşır.
Doğru cevap A şıkkıdır.
7. Işığın bir prizma içerisindeki farklı renklere ayrılmasının sebebi nedir?
A) Her rengin farklı hızla yayılması
B) Her rengin farklı frekansa sahip olması
C) Her rengin farklı kırılma indislerine sahip olması
D) Her rengin aynı açıyla kırılması
Çözüm: Işığın prizmada farklı renklere ayrılmasının nedeni, her rengin farklı kırılma indislerine sahip olmasıdır. Bu yüzden ışık farklı açılarla kırılır.
Doğru cevap C şıkkıdır.
8. Kırılma indisi büyük olan bir ortamda ışığın hızı nasıl etkilenir?
A) Hızı artar
B) Hızı azalır
C) Hızı sabit kalır
D) Frekansı değişir
Çözüm: Kırılma indisi büyük olan bir ortamda ışığın hızı azalır.
Doğru cevap B şıkkıdır.
10. Sınıf Kırılma, Işığın Kırılması konu anlatımı Örnek Soru çözümleri
Daha önceki bölümde bir su dalgasını derin ortamdan sığ (az derin) ortama gönderdiğimizde şekildeki gibi büküldüğünü ifade etmiştik. Bu olaya su dalgalarının kırılması denilmişti. Işık dalgaları da aynen su dalgaları gibi daranır. Işığı bir ortamdan başka bir ortama gönderdiğimizde doğrultu değiştirerek o ortamda ilerler. Bu olaya ışığın kırılması denir. Su dalgalarında ortamları birbirinden ayıran özellik su derinliğidir. Işık dalgalarında ise ortamları ayıran bu özelliğe saydam ortamın kırılma indisi denir. Kırılma indisi saydam ortamın ışığa karşı gösterdiği direnç gibi düşünülebilir. n harfi ile gösterilir. Birimsiz bir niceliktir. Işığın kırılması olayına günlük hayatta sıkça rastlarız. Bardaktaki çay kaşığının düz görünmemesi, sudaki madeni paranın olduğundan daha büyük ve farklı yerde algılanması gibi durumlar tamamen kırılma olayı ile ilgilidir.
Işığın hareket edebildiği su ve cam gibi ortamlara saydam ortamlar denir.
Camın ışığı kırma indisi ncam = 3/2, suyun ışığı kırma indisi nsu = 4/3 tür. Kırıcılık indisi en küçük olan ortam havadır ve havanın ışığı kırma indisi nh = 1 dir. Kırıcılık indisi her ortam için farklı bir değer aldığı için ayırt edici bir özelliktir. Kırıcılık indisi büyük olan ortama çok yoğun, küçük olan ortama az, yoğun ortam denilebilir.
Şekil I deki gibi az yoğun X ortamından çok yoğun Y ortamına tek renkli bir ışık gönderildiğinde normale yaklaşarak kırılır.
Burada;
θX = Gelme açısı
θY = Kırılma açısı
Şekil II deki gibi çok yoğun K ortamından az yoğun L ortamına tek renkli ışın gönderildiğinde normalden uzaklaşarak kırılır.
Hem Şekil l de hem Şekil II de görüldüğü gibi kırıcılık indisi ile ışığın o ortamın normali ile yaptığı açı ters orantılıdır. Snell adlı bilgin yukarıda ulaştığımız ilkeyi bir eşitlik haline getirerek Snell bağıntısını türetmiştir. Snell bağıntısı
Kırılma Kanunları ve Özellikleri
1. Gelen ışın, kırılan ışın ve normal aynı düzlemdedir.
2. Işın saydam ortamlarda hareket ederken az yoğun (az kırıcı) ortama geçerken normalle yaptığı açı artar. Işın çok kırıcı (çok yoğun) ortama geçerken normalle yaptığı açı azalır.
3. Işığın bir ortamdaki hızı o ortamın kırıcılık indisiyle ters orantılıdır. Işığın boşluktaki hızı c yani ışık hızıdır. (c = 300.000 km/s dir.) n indisli ortamda ışığın hızı;
4. Yoğunlukları farklı X ortamından Y ortamına ya da Y ortamından X ortamına dik olarak gönderilen ışık kırılmadan, doğrultusunu değiştirmeden diğer ortama geçer. Ancak ışığın hızı ve dalga boyu değişir.
5. Işık geldiği yolun tersinden gönderilirse yine aynı yolu izleyerek geri döner. Şekil I de X ortamından Y ortamına gönderilen ışığın izlediği yol gösterilmiş. Işın Y ortamından X ortamına geldiği yolun tersine gönderilirse Şekil II deki gibi aynı yolu izler. Buna ışığın tersinirlik özelliği denir.
6. Bir ortamdan başka bir ortama gönderilen ışık doğrultusunu değiştirmeden gidiyorsa o ortamlar aynı demektir.
(nX = nY)
7. X ortamından Y ortamına şekildeki gibi gönderilen ışın ortamları ayıran yüzey üzerinden gidebilir. Bu durumda nX > nY dir.
8. X ortamından Y ortamına gönderilen ışık Y ortamına geçemeden geldiği ortama geri dönüyorsa buna tam yansıma denir. Bu durumda ışığın geçemediği ortamın indisi daha küçüktür. nX > nY olur.
Gerçekten muazzam bir şekilde detaylı ve açıklayıcı. O kadar sitede arayıp bulamadığım formüller burada ne kadar da güzel anlatılmış. Emeği geçen herkese teşekkürler.