Optik

Bu konuda ne öğreneceksin

Aynada kendine bakarken, gözlük takarken, gökkuşağını izlerken, havuzun içindeki bir çubuğun kırık görünmesinde, hepsinde ışık vardır. Optik, ışığın davranışını inceler. Işık düz bir çizgi boyunca yayılır, yüzeylerden yansır, saydam ortamlardan geçerken yön değiştirir ve renklere ayrılır. TYT’de optik soruları genellikle şekil çizerek çözülür. Bu konuda ışığın yayılmasını, gölgeyi, yansımayı, düzlem ayna ve küresel aynaları, kırılmayı, mercekleri ve renkleri öğreneceksin.

1. Işığın yayılması ve gölge

Işık kaynaklardan çıkan, doğrusal yayılan bir enerjidir. Boşlukta hızı $c = 3 \cdot 10^8\ \text{m/s}$’dir. Işık maddesel ortama gerek duymaz. Hızı ortama bağlıdır: Hava ve boşlukta yaklaşık $3 \cdot 10^8$, suda yaklaşık $2{,}25 \cdot 10^8\ \text{m/s}$.

Cisimler: Işık kaynağı (Güneş, ampul) kendi ışığını yayar, ışık vermeyen cisimler (ay, kitap) üzerlerine düşen ışığı yansıtarak görülür.

Gölge: Işık kaynağı ile ekran arasına opak (ışığı geçirmeyen) cisim konunca ekranda oluşan karanlık bölgedir. Işık doğrusal yayıldığı için gölgenin şekli cisme benzer.

• Tam gölge: Hiç ışık gelmeyen bölge.
• Yarı gölge: Kaynağın yalnızca bir kısmından ışık gelen bölge (noktasal olmayan kaynaklarda).

Güneş ve Ay tutulmaları gölge ile açıklanır.

2. Yansıma

Işığın bir yüzeye çarpıp aynı ortama geri dönmesidir.

Yansıma kanunları:

1. Gelen ışın, normal ve yansıyan ışın aynı düzlemdedir.
2. Gelme açısı yansıma açısına eşittir ($i = r$). Açılar normale göre ölçülür.

Örnek. Bir ışın düzlem aynaya, ayna yüzeyi ile 30° yapacak biçimde geliyor. Gelme açısı $90° - 30° = 60°$, yansıma açısı da $60°$’dir. Gelen ve yansıyan ışınlar arasındaki açı $60° + 60° = 120°$’dir.

Düzgün ve dağınık yansıma: Pürüzsüz yüzeyde ışınlar paralel yansır (ayna). Pürüzlü yüzeyde ışınlar her yöne dağılır (kâğıt, duvar). Cisimleri her yönden görmemizin nedeni dağınık yansımadır.

3. Düzlem ayna

Düzlem aynada oluşan görüntü:

• Sanaldır (ışınlar gerçekten kesişmez, ekranda toplanamaz).
• Düzdür (cisimle aynı yönlüdür, sağ-sol yer değiştirir).
• Cisimle aynı boydadır.
• Aynanın arkasında, cisim ile ayna arasındaki uzaklık kadar uzaktadır.

Örnek. Aynanın önünde 2 m uzaklıkta duran kişinin görüntüsü aynanın 2 m arkasındadır. Kişi ile görüntüsü arasındaki uzaklık $2 + 2 = 4\ \text{m}$. Kişi aynaya 1 m yaklaşırsa kişi ile görüntüsü arasındaki uzaklık $1 + 1 = 2\ \text{m}$ olur.

Hız: Kişi aynaya $v$ hızıyla yaklaşıyorsa görüntü de aynaya $v$ hızıyla yaklaşır. Kişi ile görüntü $2v$ hızıyla birbirine yaklaşır.

Tam boy görüntü: Boyunu tam görebilmek için aynanın boyu kişinin boyunun en az yarısı kadar olmalıdır.

4. Küresel aynalar

Çukur ayna (içbükey) ışınları toplar. Odak noktası aynanın önündedir. Tümsek ayna (dışbükey) ışınları dağıtır ve geniş görüş alanı sağlar (araç dikiz aynası).

Odak uzaklığı $f = \dfrac{R}{2}$ ($R$: eğrilik yarıçapı).

Özel ışınlar (çukur ayna):

• Asal eksene paralel gelen ışın odaktan geçerek yansır.
• Odaktan gelen ışın asal eksene paralel yansır.
• Merkezden gelen ışın aynı yoldan geri döner.

Çukur aynada cisim odak içindeyse görüntü sanal, düz ve büyüktür (makyaj aynası, diş hekimi aynası). Tümsek aynada görüntü her zaman sanal, düz ve küçüktür.

5. Kırılma

Işık bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama geçerken hızı değişir ve yönü değişir. Buna kırılma denir. Işığın ortamdaki hızı $v$, boşluktaki hızı $c$ ise kırıcılık indisi $n = \dfrac{c}{v}$’dir. Hava için $n \approx 1$, su için $n = \dfrac{4}{3}$, cam için yaklaşık $1{,}5$.

Kırılma kuralları:

• Seyrek ortamdan (düşük $n$) yoğun ortama geçerse ışın normale yaklaşır, hızı azalır.
• Yoğun ortamdan seyrek ortama geçerse ışın normalden uzaklaşır, hızı artar.
• Frekans değişmez. Dalga boyu ve hız değişir.
• Normal boyunca (dik) gelen ışın sapmaz.

Snell yasası. Geliş ve kırılma açıları normalle yapılan açılar olmak üzere $n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$ yazılır.

Tam yansıma. Işık yoğun ortamdan seyrek ortama geçerken geliş açısı sınır açıdan büyükse ışık kırılmaz, tamamen yansır. Sınır açıda kırılma açısı $90°$’dir: $\sin\theta_s = \dfrac{n_2}{n_1}$. Optik fiberler tam yansımadan yararlanır. Örnek. Camdan ($n = 1{,}5$) havaya ($n = 1$) geçen ışık için $\sin\theta_s = \dfrac{1}{1{,}5} = \dfrac{2}{3}$ olur, sınır açı yaklaşık $42°$’dir.

Örnek. Suda ışığın hızı $\dfrac{3 \cdot 10^8}{4/3} = 2{,}25 \cdot 10^8\ \text{m/s}$.

Günlük hayatta kırılma: Su dolu bardaktaki kaşığın kırık görünmesi, havuzun gerçekte olduğundan sığ görünmesi, mercekler, gökkuşağı.

6. Mercekler

Mercek, ışığı kırarak görüntü oluşturan saydam cisimdir.

Yakınsak merceğin özel ışınları:

• Asal eksene paralel gelen ışın, odaktan geçer.
• Optik merkezden geçen ışın sapmadan geçer.
• Odaktan gelen ışın asal eksene paralel çıkar.

Görüntü (yakınsak mercek):

Iraksak mercekte görüntü her zaman sanal, düz ve küçüktür.

Göz kusurları: Miyop (uzağı görememe) ıraksak mercekle, hipermetrop (yakını görememe) yakınsak mercekle düzeltilir.

Görüntüyü gör

Cismi merceğe yaklaştırıp uzaklaştır. Cisim odak noktasının içine girince görüntü sanal ve düz olur.

7. Işığın renkleri

Beyaz ışık, prizmadan geçince kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert, mor renklere ayrılır (tayf). Kırmızı en az, mor en çok kırılır. Gökkuşağı, yağmur damlalarının ışığı renklerine ayırmasıdır.

Cisimlerin rengi: Bir cisim, üzerine düşen ışıktan yalnızca kendi rengini yansıtır, diğerlerini soğurur. Kırmızı bir elma beyaz ışıkta kırmızıyı yansıtır. Beyaz cisim tüm renkleri yansıtır, siyah cisim tümünü soğurur. Kırmızı elma, yeşil ışık altında siyah görünür, çünkü yeşili soğurur ve yansıtacak renk yoktur.

• Gelme açısı 40°Yansıma açısı da 40°.
• Işık seyrek ortamdan yoğuna giriyorNormale yaklaşır, hızı azalır.
• Cisim yakınsak merceğin odak uzaklığından daha yakınSanal, düz, büyük görüntü.
• Kırmızı cisim yeşil ışıktaSiyah görünür.

8. Konuyu toparla

Mini test

Kendini dene

Yanlış yaptığın soruları yanlış soru defterine ekleyebilirsin. Birkaç gün sonra tekrar karşına çıkar.