Işığın Kırılması

Günlük hayatta çok sık rastladığımız ve gözlemlediğimiz bir olaydır kırılma. Bir su kuyusuna baktığımız zaman kuyunun dibini daha yakında görürüz. Çay bardağındaki kaşığı bardak içindeyken kırık gibi görürüz. Yazın asfalt üzerinde yağmur yağmış gibi serap etkisi görülmesi. Yıldızlardan gelen ışınların atmosferin tabakalarından geçerken kırılması ve bize farklı doğrultularda gözükmesi. Güneş doğarken ve batarken ışığın kırılmasından dolayı ufuğun kırmızı renkte görülmesi. Yağmur sonrası ışığın yağmur damlalarında kırılarak gökkuşağını oluşturması. Hepsi ışığın kırılmasına birer örnektir.

Bir saydam ortamda ilerleyen bir ışın, farklı bir saydam ortamla karsılaşınca ikinci ortamda doğrultusu değişmiş olarak ilerler. Buna ışığın kırılması denir. Işık ışınlarının kırılmasının temel nedeni, ışık hızının saydam ortamlarda farklı değerler almasıdır. Işık ışınlarının her saydam ortamdaki yayılma hızı birbirinden farklıdır. Boşlukta her renk ışığın yayılma hızı 300 000 km/sn dir. Ancak bir saydam ortamda her renk ışının yayılma hızı birbirinden farklıdır.

Mutlak Kırıcılık indisi; Bir saydam ortamın mutlak kırıcılık indisi, boşluktaki ışık hızının ortamdaki ışık hızına oranı olarak tanımlanır. Bir saydam ortamın baska bir saydam ortama göre olan indisine bağıl kırıcılık indisi denir. 1 ortamın 2. ortama göre bağıl kırıcılık indisi ;

Kırıcılık indisi büyük olan ortamlara çok yoğun ortam, kırıcılık indisi küçük olan ortamlara az yoğun ortam denir. Burada ki yoğunluk optik yoğunluk anlamındadır. Öz kütle ile ilgisi yoktur. Boşluğun ve havanın kırıcılık indisi 1 olarak kabul edilir. Hiçbir ortamın mutlak kırılma indisi 1 den büyük olamazken bağıl kırılma indisi olabilir. Bir ışık ışınının ortamdaki hızı ile ortamın kırılma indisi ters orantılıdır.

Kırılma Kanunları : Gelen ışının ayırıcı yüzeye geldiği noktadan yüzeye çıkan dik doğrultuya yüzey normali, gelen ısınla yüzey normali arasındaki açıya ( i ) gelme açısı, kırılan ısınla yüzey normali arasındaki açıya ( r ) kırılma açısı denir.

Gelen ısın, kırılan ısın ve yüzeyin normali aynı düzlem içindedirler. Ortamları değiştirmemek şartıyla gelme açısının sinüsünün, kırılma açısının sinüsüne oranı daima sabittir.

Özel Durumlar: Bir ısın bir yüzeye normal doğrultusunda gelirse diğer ortama kırılmadan geçer. Ortamların kırıcılık indislerinin bir önemi yoktur. Işığın frekansı sadece ışık kaynağına bağlıdır.Kırıcılık indislerine, gelme ve yansıma açılarına bağlı değildir.

Işığın çok yoğun ortama geçişi: Kırıcılık indisleri eşit olan iki ortamdan ışık geçerken kırılmaya uğramaz Işığın çok yoğun ortama geçişi: Bir ısın az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken normale yaklaşarak kırılmaya uğrar.

Bir ışın az yoğundan çok yoğun ortama geçerken ışın her zaman diğer ortama geçer, yansıma olayı görülmez. Ortamların kırıcılık indisleri arasındaki fark arttıkça ışık ikinci ortama geçerken daha fazla kırılır. Gelme açısı ( i ) arttıkça, yansıma açısı (r) da artar. Işığın az yoğun ortama geçişi: Bir ısın çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken üç durum söz konusu olabilir. Gelen ışın normalden uzaklaşarak kırılabilir. Gelen ışın sınırdan geçebilir. Gelen ışın tam yansımaya uğrayabilir.

Bir ısın az yoğun ortama geçerken normalden uzaklaşır. * Gelme açısı (i) artarsa, yansıma açısı (r)’de artar.

Bir ısın çok yoğun ortama geçerken sınırdan da geçebilir Bir ısın çok yoğun ortama geçerken sınırdan da geçebilir. Işığın normalle yaptığı açıya sınır açısı denir.

Ortamlar için sınır açısı kritik açıdır Ortamlar için sınır açısı kritik açıdır.Gelme açısı artırılırsa ısın tam yansıma yapar, gelme açısı azaltılırsa ısın normalden uzaklaşarak kırılır. Ortamlar arasındaki kırıcılık indisleri farkı artırılırsa tam yansıma, azaltılırsa normalden uzaklaşarak kırılır. Tam yansıma da gelme açısı yansıma açısına eşittir.

Küresel Ortamlarda Kırılma : Küresel ortamlarda yüzey normali merkezden gelen çizgi doğrultusudur Küresel bir yüzeyin merkezinden gelen veya merkez doğrultusunda gelen ısın diğer ortama kırılmadan geçer

Paralel Yüzlü Ortamlar: Paralel yüzlü ortamlarda ilerleyen ışının normalle yaptığı açı ne kadar büyükse o ortamın kırıcılık indisi de o kadar küçüktür.

* Paralel bir ortama gelen ısınla aynı ortamdan çıkan ısın birbirine paraleldir. * Işının sapma miktarı olan x, ortamların kırılma indislerine, gelme açısına ve paralel ortamın kalınlığına (d) bağlıdır

Görünür Derinlik; Hava ortamından su içindeki bir cisme bakan gözlemci, cismi kendine yaklaşmış olarak görür.

Su ortamından hava ortamındaki bir cisme bakan bir gözlemci, cismi kendisinden uzaklaşmış olarak görür.

Küresel saydam cisimler içinde zahiri derinlik; Küresel cisimlerin merkezinden gelen ısınlar dik olduklarından kırılmaya uğramaz ve merkezde bulunan cisim yine olduğu yerde görülür.

Cisim merkezden daha yakında ise görüntüsü de daha yakında görünür.

Cisim merkezden daha uzakta ise görüntüsü de daha uzakta görünür.

Prizmalar: Dik kesiti üçgen seklinde olan saydam prizmalara ışık prizmaları denir.hava ortamında iken, ışık prizmaları ışık ısınlarını daima tabana yaklaştıracak şekilde kırarlar

= θ1 + θ2 - A Bir prizmada, prizmanın bir yüzeyine gelen ışık ısını için minimum sapma açısı vardır. Işık ısını daha küçük bir sapmaya uğrayamaz.prizmada kırılarak perdeye düşer. Sapma açısının minimum olduğu durum; θ1 = θ2 ve β1 = β2 dur.

Özel durum: Camdan yapılmış bir prizmanın hava ortamına göre sınır açısı 42°dir Çok yoğundan az yoğuna sınır açısından daha küçük açıyla gelen bir ısın diğer ortama normale yaklaşarak kırılarak geçer.

Çok yoğundan az yoğuna sınır açısıyla gelen ısın ortamları ayıran çizgiden yani sınırdan geçer.

Çok yoğundan az yoğuna sınır açısından daha büyük açıyla gelen bir ısın tam yansıma yapar, diğer ortama geçemez.

Bir ışık kaynağının prizmalardaki görüntüsü kırılan ışığın uzantılarının kesiştiği noktada oluşur.

İkizkenar dik üçgen seklindeki prizmalara tam yansımalı prizmalar denir.