7. Sınıf Işığın Kırılması ve Mercekler — Konu Anlatımı

Bardağın Arkasındaki Ok Neden Ters Döndü?

Kâğıda sağa bakan bir ok çizin ve kâğıdı boş bir cam bardağın arkasına koyun; ok olduğu gibi görünür. Şimdi bardağı suyla doldurun, biraz geri çekilip bakın: ok sola dönmüş! Kâğıda kimse dokunmadı. Değişen tek şey, gözünüze gelen ışığın artık sudan da geçmesi.

Su dolu silindir bardak, ortası kalın kenarları ince bir mercek gibi davranır; ışınları kırarak kesiştirir. Kesişme noktasının ötesinden bakınca sağ ile sol yer değiştirir. Tek deney, konunun iki büyük fikrini taşıyor: ışık ortam değiştirirken kırılır ve eğri saydam yüzeyler ışınları toplayabilir.

Işık Neden Yön Değiştirir?

Işığın hızı geçtiği ortama bağlıdır. Boşlukta saniyede yaklaşık 300.000 km giden ışık suda yaklaşık 225.000 km/s, camda yaklaşık 200.000 km/s hıza düşer. Işık yeni ortama eğik girerse demetin bir kenarı önce girer ve önce yavaşlar; demet bu yüzden döner. Asfalttan çimene eğik giren oyuncak arabayı düşünün: çimene önce değen tekerlek yavaşlar ve araba o yana döner.

Açıları, yüzeye dik çizilen hayalî doğrudan, yani normalden ölçeriz. Kural iki satırdır:

• Işık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken (havadan suya, havadan cama) normale yaklaşır; kırılma açısı gelme açısından küçüktür.
• Çok yoğundan az yoğuna geçerken (camdan havaya, sudan havaya) normalden uzaklaşır; kırılma açısı büyür.

Mini soru: ışın yüzeye dik gelirse ne olur? Gelme açısı 0° olduğu için ışın doğrultusunu değiştirmeden geçer; hızı değişir ama kırılma gözlenmez.

Ölçüm Tablosunu Okumak

Havadan suya geçen ışın için ölçülen açılar:

Tablodan üç sonuç çıkar: gelme açısı arttıkça kırılma açısı da artar; kırılma açısı hep daha küçüktür, yani ışın normale yaklaşıyor; aradaki fark da büyüyor (5°, 11°, 19°). Gelme açısı 50° tutularak havadan üç farklı saydam maddeye gönderilen ışınlardan kırılma açısı en küçük olanı, ışığı en çok yavaşlatan maddeye girmiştir.

Havuz Neden Sığ, Balık Neden Yukarıda Görünür?

Havuzun dibindeki taştan çıkan ışık sudan havaya geçerken normalden uzaklaşır. Beynimiz ışığın düz geldiğini varsayar ve taşı kırılan ışının geriye uzantısında, yani olduğundan yukarıda görür. Havuz bu yüzden gerçekte olduğundan sığ görünür. Zıpkınla balık avlayan biri balığı gördüğü yere değil, biraz altına nişan almalıdır. Bardaktaki kaşığın su yüzeyinde kırık görünmesi de aynı olaydır.

Beyaz Işığın İçindeki Renkler

Beyaz ışık cam prizmadan geçince kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mor renklere ayrılır. Renkler farklı miktarda kırılır: kırmızı en az, mor en çok. Gökkuşağı da budur. Yağmurdan sonra havada kalan su damlaları küçük prizmalar gibi çalışır: Güneş ışığını girerken kırar, damlanın arka yüzünde yansıtır, çıkarken bir kez daha kırar. Gökkuşağını görmek için Güneş'i arkanıza almanız gerekir; dış kenarda kırmızı, iç kenarda mor bulunur.

İki Mercek, İki Davranış

Merceğin ortası kalınlaştıkça ışınları daha güçlü büker ve odak merceğe yaklaşır. Çapları eşit üç ince kenarlı mercekte orta kalınlık 4 mm, 8 mm ve 12 mm iken odak uzaklıkları 18 cm, 10 cm ve 6 cm ölçülmüş: kalınlık arttıkça odak uzaklığı kısalıyor.

Güneşli bir günde büyüteçle ışığı kâğıt üstünde küçük bir noktaya toplarsanız o nokta çok ısınır; burası merceğin odağıdır. Bu deney yalnız yetişkin gözetiminde yapılır.

Mercekle Oluşan Görüntü

İnce kenarlı merceğin görüntüsü cismin yerine bağlıdır. Cisim mercek ile odak arasındaysa görüntü düz ve büyük görünür; büyüteç böyle çalışır. Cisim odağın ötesine geçince perdede ters görüntü oluşur: cisim odak uzaklığının 2 katından uzaktaysa görüntü küçük, tam 2 katındaysa eşit boyda, odak ile 2 katı arasındaysa büyüktür. Kalın kenarlı mercek ise cismi her durumda düz ve küçük gösterir.

Göz Kusurları

Göz merceği de ince kenarlı bir mercektir ve görüntüyü göz dibindeki sarı beneğe düşürür.

• Miyop: Uzağı net göremez; görüntü sarı beneğin önüne düşer. Işınları biraz dağıtan kalın kenarlı mercekle düzeltilir.
• Hipermetrop: Yakını net göremez; görüntü sarı beneğin arkasına düşer. Işınları toplayan ince kenarlı mercekle düzeltilir.

Yanılgılar ve Sınav İpucu

Sık yapılan hata 1: Mercek adını ortasına bakarak ezberlemek. Ad merceğin kenarını anlatır: ince kenarlı toplar, kalın kenarlı dağıtır.

Sık yapılan hata 2: Kırılma ile yansımayı karıştırmak. Yansımada ışık aynı ortama geri döner; kırılmada yeni ortama geçip yoluna devam eder.

Sık yapılan hata 3: "Prizma ışığı boyar." Prizma renk üretmez; beyaz ışığın içinde zaten bulunan renkleri farklı açılarla kırarak ayırır.

Sınav ipucu: "Hangi geçişte kırılma açısı gelme açısından büyüktür?" sorusunda çok yoğundan az yoğuna geçişi (camdan havaya) seçin. Aynı testte siyah ve beyaz kapların Güneş'te ısınması da sorulur: siyah yüzey ışığın çoğunu soğurur ve daha çok ısınır; bir deneyde 30 dakikada siyah kaptaki su 22 °C'den 41 °C'ye, beyaz kaptaki 28 °C'ye çıkmıştır. Soğurma ve renklerin ayrıntısı "Işığın Madde ile Etkileşimi" anlatımında.

Sık sorulanlar