Işığın Kırılması Konu Anlatımı (Detaylı ve Resimli) ve Yasaları

Işığın Kırılması Konu Anlatımı

Takozlar yardımıyla eğimli hâle getirilmiş bir masanın I. şekildeki gibi aşağıda kalan yarısı pamuklu ya da yünlü kumaşla örtülmüş olsun.

Masanın yüksekte kalan tarafından tekerlekli bir sistem örtüye dik olmayacak doğrultuda serbest bırakılsın. Tekerlekli sistem hareket etmeye başlar. Masa yüzeyi ile örtülü bölgeyi ayıran sınıra geldiğinde ise hareketin doğrultusunun bir miktar değiştiği görülür. Çünkü kumaşın üzerine önce çıkan tekerlek yavaşlarken diğer tekerlek sahip olduğu hızla yavaşlamış tekerleğin olduğu tarafa doğru bir miktar savrulur. Her iki tekerlek de kumaş zemine çıktıktan sonra masa yüzeyinden kumaş zemine savrulduğu doğrultuda daha yavaş hareket eder. Verilen bu örnekte tekerlekli sistemin ışığı, masa yüzeyindeki örtülü ve örtüsüz bölgelerin ise ortamları temsil ettiğini düşünürsek tekerlekli sistemin hareketindeki hız ve doğrultu değişimini, ışığın ortam değiştirirken hız ve doğrultu değiştirmesine benzetebiliriz. Işık, havadan cama geçerken tekerlekli sistemin hareketinde olduğu gibi doğrultu ve hız değiştirir. Işığın yoğunlukları farklı olan saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultu değiştirmesi kırılma olarak adlandırılır.

Eğer tekerlekli sistem kumaş zemine II. şekildeki gibi dik olarak gönderilmiş olsaydı her iki tekerlek aynı anda kumaş zemine geçecekti. Bu durumda sadece tekerlekli sistemin hareketinde bir miktar yavaşlama olacak,
doğrultusunda ise herhangi bir değişme olmayacaktı. Saydam ortamları ayıran yüzeye dik olarak gelen ışık ışınlarının hareketi de bu şekildedir. Hava, su veya cam gibi saydam ortamların birinden diğerine dik olarak gönderilen ışık, doğrultusunu değiştirmeden yayılmasını sürdürür yani kırılmaya uğramaz.

Bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama dik olmayacak şekilde gönderilen ışık ışınlarının büyük bir kısmı doğrultusunu ve hızını değiştirerek ikinci ortama geçer. Bir kısmı da ortamları ayıran sınır üzerinden
geri yansır. Işığın, izlediği yolun tersinden gönderilmesi durumunda ise ışık aynı yoldan geri döner. Bu sebeple ışık ışınlarının izlediği yolun tersinir olduğu söylenir. 6. sınıfta yansıma olayını açıklarken “bir yüzeye indirilen dikme” olarak tanımladığımız normal (N), ortam değiştiren ışınların gelme ve kırılma açılarını ölçmede kullanılır. Kırılma olayında ortamları ayıran yüzeye gelen ışın ile normal arasındaki açı gelme açısı, kırılan ışın ile normal arasındaki açı da kırılma açısı olarak adlandırılır. Bir saydam ortamdan başka saydam ortamlara gönderilen ışık, yoğunluğu (kırıcılığı) büyük olan ortamda normale yaklaşacak şekilde kırılır.

Kırılma sırasında ışığın normale daha çok yaklaştığı ortamdaki hızı da yavaşlamış olur. Cam, havadan yoğun olduğundan ışığın bu ortamdaki hızı daha yavaş olur. Az kırıcı ortama gönderilen ışık ise normalden uzaklaşarak kırılır. Işığın normalden uzaklaşarak kırıldığı ortamdaki hızı birinci ortama göre artmış olur. Su, camdan az kırıcı olduğundan ışık bu ortamda cama göre daha büyük hızla yayılır.

Işık havadan cama veya camdan havaya dik olmayacak şekilde gönderildiğinde hız değişerek kırılır.

Işık havadan cama veya camdan havaya 90 o lik açı ile gönderildiğinde kırılmaz, sadece hız değiştirir.

Işık ışınları 2. ortamda normale yaklaşarak kırıldığı için bu ortam daha kırıcı olup ışığın buradaki hızı 1. ortamdakinden daha küçüktür.

Az yoğun (az kırıcı) saydam ortamdan çok yoğun (çok kırıcı) saydam ortama gönderilen her ışık ikinci ortama geçer ve bu durumda kırılma açısı gelme açısından küçük olur. Acaba çok yoğun saydam ortamdan az yoğun saydam ortama gönderilen her ışık ışını ikinci ortama geçer mi?

Bir ayna, üzerine gönderilen her ışık ışınını yansıtır. Bunun yanında ışık başka yöntemle de yansıtılabilir. Kaynağından yayılan ışık, çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçerken ayırma yüzeyine dik düşerse doğrultu değiştirmeden yoluna devam eder. Işık, ayırma yüzeyine dik değil de bir miktar eğik gönderilirse az kırıcı ortama normalden uzaklaşarak çıkar. Bu ışığın daha büyük açılarla ortamların ayrılma yüzeyine gelmesi hâlinde daha büyük açı ile kırıldığı görülür. Öyle ki gelme açısının belli bir değerine karşılık kırılma açısının 90o olduğu, başka bir ifadeyle kırılan ışık ışınlarının ortamların ayrılma yüzeyini yaladığı fark edilir. Kırılma açısının 90o olduğu andaki gelme açısına sınır açısı denir.

Eğer ışık ışınları sınır açısından daha büyük açı ile ortamları ayıran sınıra gönderilirse kırılmanın etkisi tümüyle kaybolur ve ayrılma yüzeyi bir ayna gibi davranarak gelen ışığın tamamını suyun içine geri yansıtır. Bu olaya tam yansıma denir. Tam yansıma olayının gözlenebilmesi için ışık ışınlarının su, cam ve plastik gibi çok kırıcı ortamlardan hava gibi az kırıcı ortama sınır açısından daha büyük açı ile gönderilmesi gerekir. Bu olayın teknolojiye aktarılması sonucunda fiber optik kablolar yapılmıştır.

Örneğin sudan havaya geçen ışınlar için sınır açısı 48 derecedir. Bu dereceden daha büyük bir gelme açısıyla gelen ışınlar sudan havaya geçemez ve tam yansımaya uğrar.

Fiberoptik kablolarda ışığın ilerlemesi üstteki resimde görüldüğü gibi bir pet şişenin tabanına yakın bir yerinde açılmış delikten akan sıvıda fener ışığının tam yansıma yoluyla ilerlemesine benzemektedir. “Fiber” adı verilen saydam bir maddeden yapılmış saç teli kalınlığındaki fiberoptik kablo içerisine gönderilen ışık kablonun iç bölümünde tam yansıma yoluyla ilerler. Bu kablolar iletişimde (telekomünikasyonda) ve tıpta yaygın bir
kullanım alanına sahiptir. Kablolarda lazer ışığı ile binlerce mesaj taşınmakta, yine aynı kablolar yardımıyla tıpta endoskop denilen cihazla iç organları görüntülemek mümkün olmaktadır.