IŞIĞIN KIRILMASI

ışık hızı, ışığın “vakum ortamındayken” (saydam ortamlarda boşluk , hava , su , cam, elmas )1 saniyede aldığı yola ışığın o ortamdaki hızı denir. Kırılma: Işık ışınları bir ortamdan kırıcılığı(yoğunluğu) farklı bir ortama geçtiğinde yön değiştirmesine ışığın kırılması denir. Işığın kırılmasının nedeni farklı ortamlarda farklı süratlerle hareket etmesidir. ışığın saydam bir ortamdan başka saydam ortama sudan havaya geçerken doğrultusunu değiştirir bu da bize daha sığ görmemizi sağlar.

Yukardaki görselde su içindeki kalemleri dikkatle inceleyiniz Yukardaki görselde su içindeki kalemleri dikkatle inceleyiniz . Sizce kalemlerden kaç tanesi kırıktır ? Eğer kalemlerin kırık olmadığını düşünüyorsanız bu durumun sebebi ne olabilir?

N Suyun dibindeki bir balık ya da taşı yüzeye yakınmış gibi algıladığınız hiç oldu mu?

N hava su Suyun dibindeki bir balık ya da taşı yüzeye yakınmış gibi algıladığınız hiç oldu mu?

Belki siz de sağdaki görselde olduğu gibi havuzun içindeki bacaklarınıza baktığınızda olduğundan daha kısa görmüşsünüzdür. Tüm bunlar algı yanılmalarıdır. Peki. ışığın beynimize oynadığı bu oyunların nedeni ne olabilir? Acaba suda ve havadaki davranışı farklı olabilir mi?

Yukarıdaki yanılgıların hepsi hava ortamından su ortamına bakarken gerçekleşmektedir. Bu soruların cevaplarını aramaya başlamadan önce ışığın nasıl yayıldığını hatırlayınız. Işığın saydam maddesel ortamlarda ve boşlukta yayıldığını önceki sınıflarda öğrenmiştiniz. Bir ışık kaynağından çıkan ışık, bir engelle örneğin opak bir madde ile karşılaşmadığı sürece doğrusal bir yolla yayılır. Yayılma. ışık kaynağından çıkan ışığın yol alması demektir. Örneğin Güneş'ten Dünya’ya ulaşan ışık yaklaşık 150 milyon km yol alır. Bunun için de belli bir zamanın geçmesi gerekir. Yaklaşık olarak 8,3 dakika bu uzaklığı ışık alır. Yani ışık belli bir yolu belli bir sürede alır. O hâlde ışığın bir yayılma hızı olduğundan söz edebiliriz.

Aşağıdaki görselleri dikkatle inceleyiniz Aşağıdaki görselleri dikkatle inceleyiniz. Işığın farklı ortamlardaki yayılma hızlarını ve ortamların yoğunluklarını karşılaştırınız. Işığın farklı ortamlarda farklı hızlarda yol almasının nedeni ne olabilir? Boşluk Yoğunluğu 0 g/cm3 Boşlukta 300 000 Km/s Hava d= 0,00129 g/cm3 Hava 299 913 Km/s Su d= 1 g/cm3 su 225 563 Km/s cam d= 1,5 g/cm3 cam 200 000 – 157 894 Km/s Buz d= 0,95 g/cm3 buz 229 007 Km/s Elmas d= 3,5 g/cm3 elmas 133 866 Km/s

Işık, bir cisme çarptığında bir bölümü o cisim tarafından soğurulur Işık, bir cisme çarptığında bir bölümü o cisim tarafından soğurulur. Geri kalanı da yansıtılır. Eğer cisim saydamsa o zaman da ışığın soğurulan bölümü cismin diğer yüzünden çıkıp yoluna devam eder. Işığın hızı, içinden geçtiği maddeye yani ortama bağlıdır. Ortamın yoğunluğu arttıkça ışığın hızı azalır. Bu nedenle ışığın boşlukta hızı en yüksektir ve bu hız aynı zamanda doğadaki en yüksek hız kabul edilir.

Işık, bir saydam ortam içinde yayılırken bir başka saydam cisimle karşılaşabilir. Bu durumda karşılaştığı maddenin içine girerek yayılmasını sürdürür. Ancak, yukarıda da gördüğünüz gibi ışığın farklı saydam ortamlardaki hızları farklıdır. Örneğin su ortamından hava ortamına geçen ışık hızlanacak, hava ortamından su ortamına geçen ışıksa yavaşlayacaktır. Işığın bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama geçişinin yol açtığı bir durumu aşağıdaki etkinliği yaparak gözlemleyeceksiniz.

Bir ışık demetinin önüne camdan yapılmış prizma konulduğunda ışık bu ortama geçerken doğrultusu değişir. Işığın saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir.

Aslında kırılma olurken yansıma olayı da gerçekleşir Aslında kırılma olurken yansıma olayı da gerçekleşir. Sizin de yaptığınız etkinlikte fark ettiğiniz gibi su veya cama gelen bir ışık kırılırken çok az bir kısmı da yansıyarak geri döner. Işığın bir saydam ortamdan diğerine geçerken neden doğrultu değiştirdiğini bir benzetme ile anlamaya çalışalım.

Az yoğun ortam çok yoğun ortam Asfalt bir yolun bir bölümü yandaki gibi sürtünmesi daha fazla olan kum ile kaplıdır. Bu yolda hızla giden bir otomobil iki bölümü ayıran çizgiye dik bir şekilde kumlu zemine girerse hızı azalır. Ama yoluna aynı doğrultuda devam eder . Bunu iki saydam ortama dik gelen ışına benzetirsek ışık aynı doğrultuda yoluna devam eder.

Peki, eğer otomobil kum ile asfalt arasındaki ayırım çizgisine dik olarak değil de açı yaparak girerse ne olur? Az yoğun ortam çok yoğun ortam Otomobil iki bölümü ayıran çizgiye açı yaparak girdiğinde tekerleklerden biri daha önce kuma değecek ve yavaşlayacaktır. Diğer tekerleğin kum zemine girmesine kadar geçen çok kısa bir sürede otomobilin doğrultusu değişir ve hızı da azalır. Bunu iki saydam ortama açı ile gelen ışına benzetirsek ışık doğrultusunu değiştirerek yoluna devam eder.

Otomobil kumdan asfalta çıkarken ise bu olayın tersi olur Otomobil kumdan asfalta çıkarken ise bu olayın tersi olur. Otomobilin hareket doğrultusu asfalta son değen tekerlek tarafına yönelirken hızı da artar. çok yoğun ortam Az yoğun ortam Otomobilin bir ortamdan diğerine geçerken hızında ve doğrultusunda meydana gelen değişim, ışığın bir saydam ortamdan diğerine geçerken hızında ve doğrultusundaki değişime benzetebiliriz.

Elbette, otomobil ışık hızına göre çok çok az bir hızla hareket etmektedir. Ayrıca ışığın sürtünme kuvveti gibi bir engelleyicisi yoktur. Bu nedenle saydam ortamlarda giderken yavaşlaması söz konusu değildir. Aynı saydam ortamda hızı hep aynı kalır. Hız değişimi iki saydam ortamı birbirinden ayıran yüzeyde gerçekleşir. N Az yoğun ortam çok yoğun ortam

N Az yoğun ortam çok yoğun ortam ortam değiştiren ışınların gelme ve kırılma açılarını ölçmek için ortamları ayıran sınıra dik. sanal bir doğru parçası kullanılmıştır. Bu doğru parçasına yüzeyin normali (N) denir.

N Işık havadan cama veya camdan havaya 90 o lik açı ile gönderildiğinde kırılmaz, sadece süratini değiştirir. Az yoğun ortam çok yoğun ortam Işık ışınları, bir saydam ortamdan diğerine dik olarak geliyorsa doğrultusu değişmez. Yukarıda hava ortamından su ortamına geçen ışık ışınları az kırıcı (az yoğun) ortamdan çok kırıcı (çok yoğun) ortama geçtikleri için hızları azalır.

N Işık ışınları kırıcılığı az olan bir ortamdan kırıcılığı fazla olan ortama geçerken normale yaklaşır Az yoğun ortam çok yoğun ortam Kırılan ışın Işık ışınları, az kırıcı (az yoğun) bir ortamdan su gibi çok kırıcı (çok yoğun) bir ortama geçerken hızları azalır ve normale yaklaşacak şekilde kırılır.

Işık ışınları kırıcılığı çok olan bir ortamdan kırıcılığı az olan ortama geçerken normalden uzaklaşır çok yoğun ortam Az yoğun ortam Kırılan ışın Işık ışınları, cam gibi çok kırıcı (çok yoğun) ortamdan, hava gibi az kırıcı (az yoğun) ortama geçerken hızları artar ve normalden uzaklaşacak şekilde kırılır.

Işığın Kırılmasını Özetleyecek Olursak (az kırıcı ortamdan çok kırıcı ortama geçen ışın) Gelen Işın Kırılma olayında ortamları ayıran yüzeye gelen ışık ışını ile normal arasındaki açı gelme açısı, Normal Gelme Açısı Hava Cam Kırılma Açısı kırılan ışın ile normal arasındaki açı da kırılma açısı Kırılan Işın Az kırıcı ortamdan çok kırıcı bir ortama geçen ışık normale yaklaşarak kırılır.

Işığın Kırılmasını Özetleyecek Olursak (çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçen ışın) Kırılma olayında ortamları ayıran yüzeye gelen ışık ışını ile normal arasındaki açı gelme açısı, Normal Gelen Işın Gelme Açısı SU HAVA Kırılma Açısı kırılan ışın ile normal arasındaki açı da kırılma açısı Kırılan Işın Çok kırıcı ortamdan az kırıcı bir ortama geçen ışık normalden uzaklaşarak kırılır.

Işık ışınları çok kırıcı ortamdan az kırıcı bir ortama geçerken normalden uzaklaşır. Gelme açısını büyüttüğümüzde kırılma açısı da büyür.

Gelen ışık Gelme açısı Yüzeyin normali Kırılma açısı Kırılan ışık

Kırılan ışın normale yaklaştığına göre Ç ortamı daha yoğundur Kırılan ışın normale yaklaştığına göre E ortamı daha yoğundur. Kırılan ışın normalden uzaklaştığına göre F ortamı daha yoğundur

Işığın kırılmasının günlük hayatta karşılaştığımız oldukça şaşırtıcı sonuçları da vardır. Bu durumlardan birini aşağıdaki etkinliği yaparak gözlemleyeceksiniz.

Bardak boşken parayı göremeyiz Bardağı suyla doldurduğumuz parayı görebildik

Yaptığınız etkinlikte gözlemlediğiniz şaşırtıcı durumları, ışığın kırılması ile açıklayabiliriz. Kırıcılığı farklı ortamlardaki cisimlere bakıldığında cisimler bulundukları yerlerden farklı yerlerde görünürler. Etkinliğinizde, az kırıcı ortam olan havadan çok kırıcı ortam olan suya doğru baktınız.

Cismin görüntüsü kırılan ışınların uzantılarının kesiştiği yerde görülür. Havadan suya bakıldığında balıkadamdan yansıyan ışınlar normalden uzaklaşarak kırılır buda cisimlerin olduğundan yakın görünmesine yol açar.Sudan havaya bakıldığında tersi olur. Başak balığı olduğundan yakın görür çünkü balıktan yansıyan ışınlar normalden uzaklaşarak kırılır.,balık başağı olduğundan uzak görür.

B A Bu durumda bardaktaki kalemden ya da fincandaki madenî paradan gelen ışınlar sudan havaya geçtiklerinde normalden uzaklaşarak kırılır. Yanda gördüğünüz gibi A noktasında bulunan madenî para B noktasındaymış gibi algılanır.

Bu nedenle havuzların ya da derelerin suyu olduğundan sığmış

Denizde yüzen bir balık olduğundan daha yüksekteymiş gibi görünür. hava su Denizde yüzen bir balık olduğundan daha yüksekteymiş gibi görünür.

Sonuç olarak ışık bir ortamdan diğerine geçerken normalden uzaklaşıyorsa çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçiyordur Işık ışınları kırıcılığın çok olduğu ortamdan az olduğu ortama geçerken normalden uzaklaşır. N hava su VE BALIK KUŞU DAHA UZAKDA GÖRECEKTİR VE KUŞA AV OLACAKTIR . Çok kırıcı ortamdan, az kırıcı ortama örneğin sudan havaya bakıldığında ise cisimler olduğundan daha uzakta ve büyük görünür.

YAKINDA GÖRDÜĞÜ İÇİN BALIĞI YAKALAYAMAZ VE ……… AÇ KALIR Kırıcılığın az olduğu ortamdan çok olduğu ortama bakan birisi cisimleri olduğundan daha yakında görür Kırıcılığın çok olduğu ortamdan az olduğu ortama bakan birisi cisimleri olduğundan daha uzakta görür N hava YAKINDA GÖRDÜĞÜ İÇİN BALIĞI YAKALAYAMAZ VE ……… AÇ KALIR su Balık kuşu uzakta gördüğünden kaçamaz ve kuşa yem olur …………..

Işık ışınları az yoğun ortamdan çok yoğun ortama her zaman geçer Işık ışınları az yoğun ortamdan çok yoğun ortama her zaman geçer. Fakat, çok yoğun ortamdan az yoğun ortama gelen ışık ışınları her zaman geçemeyebilir.

sınır açısı Normal Gelen Işın Gelme Açısı: Sınır Açısı SU Kırılan Işın HAVA Kırılma Açısı: 90 o Gelme açısının belli bir değerine karşılık kırılma açısı 90 o olur ve kırılan ışık ışını su yüzeyini yalar. Kırılma açısının 90 o olduğu andaki gelme açısına sınır açısı denir.

TAM YANSIMA Normal Gelen Işın Gelme Açısı Yansıma açısı Yansıyan Işın SU HAVA Işık ışınları sınır açısından daha büyük bir açı ile gönderilirse bu ışınlar ikinci ortama geçmez ve geldiği ortama aynı açıyla geri yansır. Bu olaya tam yansıma denir.

Serap Olayı Çok sıcak havada bir otoyolda yolculuk yaparken yolda su birikintisi olduğunu sanıp yaklaştığınızda yolun kuru olduğunu fark ettiğiniz oldu mu? Bu aldatıcı görüntü serap adını alır. Çölde ilerleyen bir yolcu, uzakta titreyen bir su görüntüsü görür. Ancak yaklaştıkça bu görüntü kaybolur.

Serap Olayı Çölde yer yüzeyine yakın hava biraz yüksekteki havadan daha çok ısınır. Isınmanın etkisiyle genleşerek yoğunluğu ve kırıcılığı azalır. SOĞUK HAVA SICAK HAVA Çölde bizden yeterince uzaktaki bir ağacı, ağaçtan gelerek tam yansımaya uğrayan ışınların doğrultusu üzerinde ters olarak görebiliriz

Soğuk hava içinde bulunan ağaçtan gelen ışınlardan bazıları farklı yoğunluktaki hava tabakaları arasındaki sınırı yalayacak şekilde kırılır. Kırılan bu ışınların gelme açısından(sınır açısı) daha büyük geliş açısına sahip ışınlar, geldiği ortama geri döner. Yani tam yansımaya uğrar. SOĞUK HAVA SICAK HAVA Gözümüze ulaşan ışınlar kesikli çizgilerle gösterilen doğrultudan geliyormuş gibi algılanır. Bu yüzden çölün o bölgesinde sanki ağaçlar varmış gibi görürüz

Serap olayının nedeni de 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.

PRİZMA Beyaz ışık Beyaz ışığın ışık prizmasından geçmesiyle oluşan renkli ışık demetine ışık tayfı denir.

Bu ünitenin başında beyaz ışığın kendini oluşturan renklere ayrılabildiğini öğrendiniz. Şimdi kırılma olayını bildiğinize göre, bu olayın kırılmanın bir sonucu olduğunu söyleyebiliriz. Aşağıdaki etkinliği yaparak kırılmanın beyaz ışığı nasıl renklerine ayırdığını keşfedeceksiniz.

PRİZMA Beyaz ışık Beyaz ışığın ışık prizmasından geçmesiyle oluşan renkli ışık demetine ışık tayfı denir.

Yaptığınız etkinlikte beyaz ışığı renklerine ayırmak için bir ışık prizması kullandınız. Beyaz ışığın, ışık prizmasından geçirilip bir ekrana düşürüldüğünde yandaki gibi birçok renge ayrıldığını fark ettiniz mi? Prizmadan geçen ışık kendisini oluşturan renklere ayrılır. Bu renk demetine renk tayfı adı verildiğini biliyorsunuz. Güneş ışığının tayfında kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor hemen fark edilir. Aslında tayfta çok daha fazla renk bulunur.

Işığın kırılmasını öğrenebildik mi kendimizi deneyelim ?

Beyaz ışık havadan prizmanın camına girerken normale yaklaşacak şekilde kırılır. Ancak beyaz ışığı buluşturan renklerin tümü aynı açıyla kırılmaz. Hepsi aynı açıyla geldikleri hâlde kırmızı ışık en az, mor ışık ise en çok kırılır. Böylece kırılma açısı daha büyük olan kırmızının üstte, mor ışığın ise altta yer aldığı bir tayf oluşur. Camdan havaya çıkarken bu kez normalden en az uzaklaşan kırmızı ışıktır. Mor ışık ise en fazla uzaklaşır. Böylece renkler arasındaki açıklık fazlalaşır ve tayfın genişliği artar.

2 1 2 4 2 3 5 7 6 2 2 8 7 9 2 7 I Ş I Ğ I N B İ R H I Z I V A R D I R

GÖKKUŞAĞININ OLUŞUMU Işık prizmasında elde edilen renkler, yağmur damlacıklarının güneş ışığını kırması ve yansıtması sonucunda da oluşur.

Güneş ışığı yağmur damlalarında bir dizi kırılma ve tam yansımaya uğrar.

Damla içerisine girerken renklerine ayrılan ışık, damlanın karşı duvarından, ayrılmış olduğu renklere bağlı olarak farklı açılarla tam yansımaya uğrar. Damlayı terk edeceği yüzeye gelen değişik renkteki yansımış ışınlar burada tekrar kırılmaya uğrar.

Aynı renkte olmayan bu ışınlar farklı açılarla kırıldığından her bir damladan sadece bir renk ışık gözümüze ulaşır.

Kırmızı ışığın üstteki damladan, mor ışığın ise daha aşağıdaki damladan gelmesi nedeniyle gökkuşağı renkleri kırmızı üstte, mor altta olacak şekilde sıralanır.

Aşağıdaki soruların cevaplarını defterinize yazınız. 1) Suyun içindeki nesneler niçin olduklarından daha yakın görünür? 1) Işık ışınları, sudan havaya geçerken normalden uzaklaşacak şekilde kırılarak sudaki cisimlerin olduğundan daha yukarıda algılanmasına neden olur, böylece daha yakın görünürler. 2) Serap olayı nedir ve nasıl oluşur? 2) Serap olayı ışığın kırılması ile ilgilidir. 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. 3)Bir prizma beyaz ışığı renklerine nasıl ayırır? 3)Prizmada ışığın renklerine ayrılması ışığın kırılması ile ilgilidir. Beyaz ışık içindeki renkler farklı açılarla kırılarak ayrışır ve renk tayfını oluşturur.