Konu anlatımı
Görebilmemiz, cisimlerden gözümüze ulaşan ışık sayesindedir. Optik, ışığın nasıl yayıldığını, yüzeylerden nasıl yansıdığını, bir ortamdan başka bir ortama geçerken nasıl kırıldığını ve renklerin nasıl oluştuğunu inceler. Gözlükten fotoğraf makinesine, araç aynalarından fiber optik kablolara kadar birçok teknoloji bu bilgilere dayanır.
Bu sayfada aydınlanmayı ve gölgeyi, yansımayı, düzlem ve küresel aynaları, kırılmayı, tam yansımayı ve görünür uzaklığı, mercekleri, prizmaları ve renkleri göreceksin. TYT'de optikte sayısal hesap yapılmaz: aynalarda ve merceklerde görüntünün özellikleri özel ışınlar yardımıyla nitel olarak bulunur; aydınlanma ve Snell yasasının bağıntıları yalnızca yorum için verilir.
Işık ve aydınlanma
Işık, boşlukta da yayılabilen ve doğrusal yollar izleyen bir enerji türüdür; davranışı bazı olaylarda dalga, bazı olaylarda tanecik modeliyle açıklanır. Bir kaynağın ışık verme gücüne ışık şiddeti (birimi kandela), kaynaktan yayılan ışık enerjisinin akışına ışık akısı (birimi lümen), bir yüzeyin birim alanına düşen ışık akısına aydınlanma şiddeti (birimi lüks) denir. Noktasal bir kaynağın bir yüzeyde oluşturduğu aydınlanma, ışık şiddeti arttıkça artar; kaynağa uzaklık arttıkça ve ışık yüzeye eğik geldikçe azalır.
Gölge
Işığı geçirmeyen saydam olmayan cisimlerin arkasında gölge oluşur. Noktasal bir kaynakla yalnızca hiç ışık almayan tam gölge oluşur. Geniş bir kaynakla, tam gölgenin çevresinde kaynağın yalnızca bir kısmından ışık alan yarı gölge bölgesi de oluşur. Saydam maddeler (cam, temiz su) ışığın çoğunu geçirir ve arkalarındaki cisimler net görünür; yarı saydam maddeler (buzlu cam, yağlı kâğıt) ışığın bir kısmını dağıtarak geçirir. Güneş ve Ay tutulmaları tam gölge ve yarı gölge ile açıklanır.
Yansıma ve düzlem ayna
Bir yüzeye çarpan ışığın geldiği ortama geri dönmesine yansıma denir. Gelen ışın, yansıyan ışın ve yüzeyin normali aynı düzlemdedir ve gelme açısı yansıma açısına eşittir. Pürüzsüz yüzeylerde düzgün, pürüzlü yüzeylerde dağınık yansıma olur; cisimleri her yönden görebilmemizi dağınık yansıma sağlar. Düzlem aynada görüntü sanal, düz ve cisimle aynı boydadır; görüntünün aynaya uzaklığı cismin aynaya uzaklığına eşittir.
Küresel aynalar
İç yüzü yansıtıcı olan küresel aynaya çukur ayna, dış yüzü yansıtıcı olana tümsek ayna denir. Asal eksene paralel gelen ışınlar çukur aynadan yansıyınca odakta toplanır, tümsek aynadan yansıyınca uzantıları odaktan geçecek biçimde dağılır. Çukur aynada görüntünün özellikleri cismin aynaya uzaklığına göre değişir: cisim odak ile ayna arasındaysa görüntü sanal, düz ve büyüktür; odağın ötesindeyse gerçek ve terstir. Tümsek aynada görüntü her zaman sanal, düz ve cisimden küçüktür.
Kırılma ve tam yansıma
Işık bir ortamdan başka bir ortama eğik geçerken hızı değiştiği için doğrultusu da değişir; buna kırılma denir. Az kırıcı ortamdan çok kırıcı ortama geçen ışın normale yaklaşır, çok kırıcıdan az kırıcıya geçen ışın normalden uzaklaşır; sınıra dik gelen ışın kırılmadan geçer. Çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçen ışığın gelme açısı sınır açısından büyükse ışık hiç kırılmaz, tamamen yansır; buna tam yansıma denir. Kırılma yüzünden başka bir ortamdaki cisimler olduklarından farklı uzaklıkta görünür.
Mercekler ve prizmalar
Ortası kenarlarından kalın olan merceklere ince kenarlı (yakınsak), kenarları ortasından kalın olan merceklere kalın kenarlı (ıraksak) mercek denir. İnce kenarlı mercek asal eksene paralel gelen ışınları odakta toplar, kalın kenarlı mercek dağıtır. Kalın kenarlı mercekte görüntü her zaman sanal, düz ve küçüktür; ince kenarlı mercekte görüntü cismin konumuna göre değişir ve cisim odak ile mercek arasındayken mercek büyüteç olarak kullanılır. Prizmalar ışığı kırarak yönünü değiştirir ve beyaz ışığı renklerine ayırır.
Renk
Beyaz ışık, gökkuşağı renklerinin karışımıdır. Bir cisim, üzerine düşen ışıktaki renklerden hangisini yansıtıyorsa o renkte görünür, öbür renkleri soğurur. Işıkta ana renkler kırmızı, yeşil ve mavidir; bu üçü eşit karıştırılınca beyaz elde edilir. Işığın ara renkleri sarı, magenta ve camgöbeğidir (cyan); bunlar boyada ana renklerdir. Renkli bir filtre yalnızca kendi rengindeki ışığı geçirir, öbür renkleri soğurur.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Çukur bir aynanın önüne konan bir cisim, aynadan uzak bir konumdan aynaya doğru yavaş yavaş yaklaştırılıyor. Görüntünün özellikleri nasıl değişir?
Çözüm. Cisim merkezin dışındayken görüntü odak ile merkez arasında, gerçek, ters ve cisimden küçüktür. Cisim merkeze gelince görüntü de merkezde, gerçek, ters ve cisimle aynı boydadır. Cisim merkez ile odak arasındayken görüntü merkezin dışında, gerçek, ters ve büyüktür. Cisim odaktayken yansıyan ışınlar paralel olduğu için görüntü oluşmaz. Cisim odak ile ayna arasına girince görüntü aynanın arkasında, sanal, düz ve büyük olur; makyaj aynası bu durumdan yararlanır.
Örnek 2. Araçların yan aynalarında ve kavşaklardaki trafik aynalarında neden tümsek ayna kullanılır?
Çözüm. Tümsek ayna, önündeki cismin konumu ne olursa olsun sanal, düz ve küçük bir görüntü oluşturur. Görüntüler küçük olduğu için aynada çok daha geniş bir alan görülür; tümsek aynanın görüş alanı aynı boydaki düzlem aynanınkinden geniştir. Sürücü bu sayede kör noktaları ve kavşağın görünmeyen kısımlarını görebilir. Ancak görüntüler küçük olduğu için araçlar olduklarından uzakta gibi görünür; sürücülerin bunu hesaba katması gerekir.
Örnek 3. Beyaz ışıkta yalnızca kırmızı ışığı yansıtan kırmızı bir kutu, kırmızı ışık altında ve yeşil ışık altında hangi renkte görünür?
Çözüm. Kutu beyaz ışıktaki renklerden yalnızca kırmızıyı yansıtır ve öbürlerini soğurur; bu yüzden beyaz ışıkta kırmızı görünür. Kırmızı ışık altında yansıtacağı kırmızı ışık vardır ve yine kırmızı görünür. Yeşil ışık altında ise yansıtabileceği bir renk yoktur; yeşil ışığı soğurur ve siyah görünür. Bir cismin rengi, üzerine düşen ışıkta bulunan ve cismin yansıtabildiği renklere bağlıdır.
Örnek 4. Havuzun kenarından suya bakan biri havuzun dibini olduğundan daha yakında mı, daha uzakta mı görür? Neden?
Çözüm. Havuzun dibinden gelen ışık sudan havaya, yani çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırılır. Göz, kırılan ışınları geldikleri doğrultuda geriye uzatarak görüntüyü bu uzantıların kesiştiği yerde algılar; bu nokta gerçek dipten daha yukarıdadır. Bu yüzden havuz olduğundan sığ görünür. Görünür uzaklıkla ilgili bir bağıntı programda yoktur; bu olay yalnızca nitel olarak açıklanır.
Sık yapılan hatalar
- Düzlem aynada görüntünün aynaya cisimden daha yakın olduğunu sanmak; uzaklıklar eşittir.
- Tümsek aynada da büyük görüntü oluşabileceğini düşünmek; tümsek aynada görüntü hep küçüktür.
- Çukur aynada odaktaki cismin görüntüsünün odakta oluştuğunu sanmak; görüntü oluşmaz.
- Kırılmada ışığın her zaman normale yaklaştığını düşünmek; az kırıcı ortama geçerken normalden uzaklaşır.
- Işıkta ve boyada ana renklerin aynı olduğunu sanmak.
- Renkli ışık altında bir cismin her zaman kendi renginde göründüğünü düşünmek.
- Gelme açısı yansıma açısına eşittir; düzlem aynada görüntü sanal, düz ve cisimle eşit boydadır.
- Tümsek ayna ve kalın kenarlı mercek her zaman sanal, düz ve küçük görüntü verir.
- Çukur ayna ve ince kenarlı mercekte cisim odak ile ayna ya da mercek arasındaysa görüntü sanal, düz ve büyüktür.
- Çok kırıcı ortama geçen ışık normale yaklaşır; sınır açısı aşılırsa tam yansıma olur.
- Işıkta ana renkler kırmızı, yeşil ve mavi; boyada sarı, magenta ve camgöbeğidir.
- Cisim yansıttığı ışığın renginde görünür; yansıtacak ışık yoksa siyah görünür.