|
Prof. Dr. Sinsi
|
Mercekler,Aynalar,Dürbünveteleskop Vb. Optik Sistemler (Fizik)
Mercekler,Aynalar,DürbünveTeleskop vb optik sistemler (Fizik)
Mercekler,Aynalar,DürbünveTeleskop vb optik sistemler (Fizik)
MERCEKLER VE AYNALAR
Ayna, insanın kendisini görmesi için kullandığı cam veya maden levhadır Mercek ise içinden geçen paralel ışınları birbirine yaklaştıran ya da uzaklaştıran saydam bir cisimdir İnsan gözünün görmesini göz merceği sağlar Görme bozukluğunu gidermek için merceklerden oluşan gözlük takılır Fotoğraf makinesi ve büyüteç de, mercekle çalışan araçlardır Mikrokskop, teleskop ve diğer birçok ölçme araçlarında mercekler ve aynalar bulunmaktadır
Bir aynanın önünde durup bakarsanız, yüzünüzü görebilirsiniz Aynanın durumunu değiştirince, başka cisimleri de görebilirsiniz Aynada, önündeki cismin bir görüntüsü oluşur
Mercek ve aynalar, görüntü eldesi için kullanılırlar Normal bir düz aynada, öndeki cismin görüntüsü, cisimle aynı büyüklükte ve doğrultudadır; fakat sağı ve solu yer değiştirmiştir Sol el, görüntünün sağ tarafında görünür Aynalar ve merceklerle daha büyük yada daha küçük görüntüler de elde edilebilir
Mercek, bir ya da iki yüzü çukur veya tümsek olan, cam veya plastikten yapılmış bir araçtır Saydamdır, yani ışığı geçirir Fakat içinden geçen ışığın gidişini saptırır Bu sapmaya ışığın kırılması denir
Ayna ise ışığın geçemediği, parlak bir cisimdir Yüzleri düz veya eğri olabilir Camın bir tarafını gümüş veya başka :-):-):-):-)lle kaplayarak yapılır Ayna, üzerine gelen ışığı, geldiği tarafa geri gönderir Bu olaya da ışığın yansıması denir
Mercekler ve aynalarla ilgili çalışmalara geometrik optik denir Optik, ışık bilgisi demektir Geometri ise, şekiller ve doğrultuları inceleyen bilimdirfarklı şekilli mercekler ve aynalar, ışığın gidişini çeşitli şekillerde değiştirirler Bunlar geometrik optik kurallarıyla belirlenmiştir
Işık, bir enerji türüdür Kitabın sayfasından göze gelen ışık, göze enerji taşımaktadır Fakat ayna ve merceklerin çalışmasını açıklamak için ışığın ne olduğunu açıklamaya gerek yoktur Işığın ne olduğu öğrenilmeden çok önce ışığın hareket şekli incelenmiş ve anlaşılmıştı
Işık, cam, su ve hava gibi maddelerden geçebilir Bu maddelere ortam denir Boşluk da bir ortamdır ve ışık ondan da geçebilir Işığın hareketi, ışınlardan yola çıkılarak daha kolay incelenebilir Işık ışını, ışığın çok ince bir parçasıdır
Bir ortamda yol alan bir ışın doğrusal olarak gider Fakat başka bir ortama geçince, doğrultusu değişir Bir ayna veya merceğe çarpınca da aynı şey olur Bunlara gelirken ve çıktıktan sonra ışık doğrusal yayılır Fakat içinde, kırılmalar nedeniyle sapmalar olur
Düz bir çizgi çizin Bunu bir aynanın düz yüzü varsayın Sonra bu yüzeye gelen, doğrusal bir ışın çizin Bu ışın, aynaya herhangi bir noktada çarpsın Aynı noktaya gelen, fakat aynaya dik bir ışın daha çizin Buna dik çizgi veya normal denir
Önce çizilen herhangi ışın, normalle bir açı yapar ve bu açıya gelme açısı adı verilir Yansıyan ışın da, normalle bir açı yapar Buna yansıma açısı denir
Yansıma yasasına göre, gelme açısıyla yansıma açısı birbirine eşittir Böylece, yansıyan ışın, gelen ışının normalle yaptığı açının aynını yapacak şekilde, normalin diğer tarafına çizilebilir Gelme açısı sıfır derece ise, gelen ışınla yansıyan ışın üstüste çakışır
Gelme açısı doksan dereceye yakınsa, yansıyan ışın da ayna yüzüne değerek gider
Bu olay, bir bilardo topunun masanın kenarına çarpıp, aynı açıyla diğer tarafa gitmesine benzer
Aynanın önüne bir cisim koyduğumuzu düşünelim Cismin her noktasından geçerek gelen ışınlar aynaya çarpar
Her ışın, yansıma kuralına uyar Yansıyan ışınlar, normalin diğer tarafına doğru yol alırlar Aynanın arkasındaki bir noktadan ışınlar çıkıyormuş gibi görünür Cisim oradaymış gibi olur Bu şekilde, aynanın arkasında oluşan görüntüye gerçek olmayan görüntü denir
Düz aynada,cisimle görüntü aynı boydadır Ayna arkasındaki görüntünün ve öndeki cismin, aynaya uzaklıkları eşittir
Bütün cisimler, üzerlerine gelen ışığın bir kısmını yansıtırlar Böyle olmasaydı, onları göremezdik Fakat neden her cisimde aynadaki gibi görüntüler görmeyiz? Ayna yüzeyinin özelliği nedir?
Aynalarda görüntü oluşmasının nedeni arka yüzlerinin çok parlak olmasıdır Yüzey pürüzlü olursa, yansıyan ışınlar birçok doğrultulara dağılır, bu yüzden bir görüntü oluşamaz
Dışbükey (konveks) aynadaki görüntü de, düz aynadakine benzer Yüzeyi düz değildir ve dışa doğru çıkıntılıdırbir topun yüzeyi veya fincanın dış tarafı da dışbükeydir Dışbükey aynanın yüzeyi küreseldir ve kürenin bir kısmı şeklindedir Büyük mağazalardaki ve otomobillerdeki aynalar genellikle dışbükeydir Dışbükey aynada cismin görüntüsü, cisimden daha küçüktür Ayrıca görüntünün biçimi de bozulmuştur
Dışbükey aynalarda yalnız görüntünün büyüklüğü değişmez Görüntünün aynaya uzaklığı, cismin aynaya uzaklığından daha azdır Otomobillerdeki geriyi görme aynalarında arkadan gelen otomobiller daha yakında gibi görülür Gerçek uzaklıklarını anlamak için dönüp bakmak gerekir
Dışşbükey aynanın küçük bir yüzeyini düzlem ayna gibi düşünebiliriz Aynı şekilde, yeryüzündeki küçük bir yüzeyi de düz olarak görürüz Böylece, her ışın, düz yüzeyden yansıyor gibi düşünülebilir
Dışbükey aynanın merkezinden ve tepesinden geçen normal doğruya aynanın ekseni denir Eksen üzerindeki cisimlerin görüntüsü yine eksen üzerinde oluşur
Çorba kaşığının arkasıda dışbükey aynadır Kaşığın iç çukur tarafı ise, içbükey (konkav) bir yüzeydir Dışbükey aynalar, küçük görüntü verdikleri halde, içbükey aynalardaki görüntü, cisim tarafındadır ve cisimden daha büyüktür Traş aynaları iç bükey ayna şeklindedir
Eğlence parklarındaki güldüren aynaların yüzeyleri dalgalıdır Bazı kısımları dışbükey, bazı kısımları ise içbükey aynadır Bu yüzden, bakınca, bazı kısımlarımızı büyük, bazılarını ise küçük görürüz
Cisim uzakta ise, içbükey aynalarda değişik bir görüntü oluşurbir traş aynasından yeteri kadar uzakta durursanız kendinizi daha küçük görürsünüz Aynı zamanda görüntü baş aşağıdır ve aynanın arkasında değil, önündedir
Bu çeşit görüntüye gerçek görüntü denir Görüntünün bulunduğu yerden gerçek ışınlar geçer İçbükey aynaların çok yakınındaki cisimlerin görüntüsü ise, dışbükey aynalardaki gibi gerçek olmayan görüntüdür
Çok büyük astronomi teleskoplarında yansıtıcı (reflektör) denilen içbükey aynalar vardır Kalifornia’daki Palomar dağındaki yansıtıcının çapı 508 santimetredir Yıldızların görüntülerini elde etmekte kullanılır Yıldızların görüntülerinin resmi de çekilebilir
Aynalardan başka, merceklerle de görüntü elde edilebilir Mercekler cam disklerden kesilir ve sonra yüzeyleri parlatılır Işık, mercekten geçince, doğrultusu değişir Bu olayı anlamak için, ışığın su ve camda nasıl yol aldığını bilmek gerekir Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın doğrultusu değişir Buna kırılma denir
Hava ve cam gibi, farklı iki ortamın sınırını belirtmek amacıyla düz bir çizgi çizin
Sonra havadan bir ışın geldiğini gösterin Cama çarptığı yerdeki yüzeyin normalini çizin Işık, cam içinde yolunu değiştirecek ve kırılmış ışık olacaktır Kırılmış ışının, normalle yaptığı açıya kırılma açısı adı verilir Bu açı, normalin diğer tarafındadır
Kırılma kuralına göre kırılma açısı, gelme açısından daha küçüktür Yani, ışık, norrmale doğru yaklaşır Eğer açı, yüzeye teğet olarak gelirse, yani dik açılı ise düz olarak yoluna devam devam eder
Şimdi de camdan gelen herhangi bir ışın çizin Bu ışın kırılacak ve havaya çıkacaktır Havadaki kırılma açısı, camdakinden farklıdır Kırılma kuralına göre, kırılma açısı, gelme açısından daha büyüktür Işık, normalden uzaklaşır şekilde yol alır
Bu iki durum birbirinin benzeridir Havadaki açı, camdaki açıdan her zaman daha büyüktür Cam, havadan daha yoğun bir maddedir Yoğun olan ortamda, açı daha küçüktür Bu durum diğer ortamlar içinde böyledir Işık, hava ile su arasında kırılıyorsa, sudaki açı daha küçüktür, çünkü su, havadan daha yoğundur
Işık, havadan, daha yoğun bir ortama geçerse, o ortamın yoğunluğuna bağlı olarak kırılır Ortamın yoğunluğu fazlaysa, kırılma açısı küçük olur; yani ışık daha fazla bükülür Bu bükülme miktarı, kırılma indisi denilen bir sayıyla gösterilir Yoğunluğu fazla olan ortamın kırılma indisi de büyüktür
Aynalarda olduğu gibi, mercekler de ışığın doğrultusunu değiştirmek için kullanılır Bir cisimden gelen ışınlar, mercekten geçtikten sonra, başka bir noktada kesişirler ve sanki oradan çıkıyor gibi olurlar
Yeni noktada bir görüntü oluşur Büyüteçler, iki tarafı da dışbükey olan merceklerdir Bunları kullanarak, Güneş ışınlarını bir noktada toplayabilirsiniz Böylece Güneşin bir görüntüsünü elde edebilirsiniz Aynı şekilde pencerenin görüntüsü de görülebilir
Bir büyüteçle, kolunuzu uzatıp tutarak cisimlere bakın Cisimlerden gelen ışınlar, mercekle gözünüz arasında bir bir yerde birleşir ve ışık bu noktadan yeniden gözünüze gelir Cisimlerin gerçek görüntülerini görürsünüz Fakat bu görüntüler başaşağı durumdadır
Küçük gök dürbünleri, normal dürbünler ve bir çok astronomi dürbününde, cisimlerin gerçek görüntülerini elde etmede dışbükey mercekler kullanılır Bunlara ince kenarlı mercekler adı verilir
Cisimler ince kenarlı merceğe yaklaştıkça, görüntüleri, mercekten daha uzakta oluşur Fakat cisim, merceğe çok yakınsa, gerçek bir görüntü oluşmaz Cisimle aynı tarafta, gerçek olmayan bir görüntü oluşur Küçük bir böceğe, büyeteci yaklaştırarak bakınca, böceğin gerçek olmayan bir görüntüsü görülür
Büyüteçteki merceğin iki yüzü de dışbükey değildir Biri dışbükey diğeri düzdür Bu tip merceğe düzlem-dışbükey mercek denir Bir yüzü dışbükey diğeri çukur da olabilir Bunlar ışınların daha az dağılmasını sağlarlar
Ortası, kenarlarından daha ince olan mercekler, büyüteç olarak kullanılamaz Cisimlerin görüntüleri gerçek değildir ve cisimden daha küçüktür Bunlarla gerçek görüntü elde edilemez Gözlüklerdeki mercekler daha çok bu türdendir
Bir cismin veya görüntüsünün fotoğrafını çekebilirsiniz Fotoğraf makinesinin merceği iki tarafı dışbükey ince kenarlı mercektir Film üzerinde gerçek görüntü oluşturur
İnsan gözündeki mercek de ince kenarlıdır Gözün ağtabaka denilen arka kısmında, gerçek görüntü oluşturur Ağtabakada renkli ışıklar ve görüntüler elektrik sinyallerine dönüşür ve beyine gider
Yapay merceklerin şekli değişemediği halde, göz merceği, yüzeylerini değiştirebilir Eğriliği çok fazlalaşınca, yakındaki cisimleri görür Eğriliği az olunca, uzaktaki cisimleri görür
Fotağraf makinesinin merceğinin belirli bir şekli vardır Farklı uzaklıktaki cisimlerin görüntüsünü, film üzerine düşürebilmek için, mercek hareket ettirilir
Merceklerin ve aynaların da yapım kusurları olabilir Yüzeylerinin eğriliği değişkense, bulanık görüntülerin oluşmasına yol açarlar Bir noktadan gelen ışınlar, bir noktada birleşmez, farklı yerlerde birleşirler Buna küresel sapma adı verilir Bunu önlemek için, merceklerin yüzeyi tam küresel yapılmaz
Renk sapması nedeniyle de bulanık görüntü oluşabilir Çünkü merceğin yapıldığı cam, farklı renkli ışıkları, farklı miktarlarda kırar Bu yüzden cisimlerin görüntüsü bulanık olur Görüntü, renkli şeritler biçiminde görülür Bu sapma, birkaç merceği bir arada kullanarak düzeltilebilir Kullanılan camların kırılma indisleri farklı seçilir
Merceğe gelen ışınların hepsi diğer tarafa geçmez Bir kısmı da geri yansır Bu durum pencere camında görülebilir Bunlar, optik araçlarda istenmeyen yanlış görüntülere yol açabilir Bu yansımayı azaltmak için mercekler, ışığı geçiren, fakat yansıtmayan özel bir kimyasal maddeyle kaplanır
Işık, yoğun bir ortamdan, az yoğun ortama geçerse, yüzeyin normalinden uzaklaşarak kırılır Bu kırılma o kadar fazla olabilir ki , kırılan ışın, yüzeye teğet olur Bu durum kritik açı denilen belli bir geliş açısında olur Geliş açısı, kritik açıdan daha büyükse, kırılma olmaz Gelen bütün ışık, yeniden çok yoğun ortama yansır Buna tam yansıma adı verilir
Mercek: Optik görüntüler oluşturmak için kullanılan, genellikle küresel yüzeylerle sınırlı, camdan ya da ışık kırıcı bir maddeden yapılmış hacim
Dalga ve titr: Sesötesi mercek, sesötesi titreşimlerin hızının, sesötesi inceleme ortamındakinden (su, insan vücudu) çok farklı olduğu bir gereç içinde (pleksiglas, kauçuk) gerçekleştirilen ve bu nedenle, sesötesi titreşimler için optik merceklerin ışığa gösterdiğine benzer özellikler gösteren düzenek (Sesötesi mercekler, akustik mikroskopta kullanılır)
Elektron: Elektron merceği, kondansatörlerden (elektrostatik mercek), bobin ya da elekromıknatıslardan (elektromanyetik mercek) oluşan ve optik merceklerin ışık demetlerini saptırdığı gibi, yüklü parçacık demetlerini de saptıran eksenel bakışımlı düzenek (Elektron akımlarını yakınsatmaya olanak veren elektron mercekleri birçok aygıtta, özellikle elektron mikroskoplarında kullanılır)
Mad: Kenarlara doğru incelen, nispeten az kalınlıkta mineral yığını
Oftalmol: Yapay gözmerceği genellikle katarakt nedeniyle çıkarılan gözmerceğinin yerine takılan implant(Afaki durumunda gözlükle yapılan düzeltmeye göre çok daha iyi olduğundan büyük bir gelişme göstermiştir:görme alanını tam görür ve görüntülerin boyutlarını da büyütmez)
Opt: Basamaklı mercek ya da Fresnel merceği merkezi bir mercek ile kırıcı ya da yansıtıcı çeşitli halkalardan oluşan ve koşut ışıklı geniş bir demet elde etmek için deniz fenerlerinde kullanılan optik sistem
Radyotekn: Radyoelektriksel mercek, bir radyoelektrik dalgasının yayılmasında, faz gecikmeleri oluşturmaya yarayan ve böylece yakınsama ya da ıraksama etkileri yaratan düzenek; faz gecikmelerinin değeri gelme açısına ya da düzenekten geçen ışının konumuna bağlıdır
Ansikl Opt: Bir mercek, genellikle küresel olan iki yüzeyle (diyoptrlar) sınırlı, kırıcı ve saydam bir ortamdan oluşur Doğurucuları koşut olan iki silindir yüzeyle sınırlı mercekler de vardır
Mercek: Bir cisimden gelen ışık ışınlarını odaklayarak cismin optik görüntüsünü oluşturmaya yarayan cam ya da bir başka saydam malzemeye denir Fotoğraf makinesi, gözlük, mikroskop, teleskop gibi aygıtlarda merceklerden yararlanılır Işık, merceğin içinde hava da olduğundan daha yavaş ilerler;
bu nedenle de ışık demeti hem merceğe girerken hem de mercekten çıkarken kırılır, yani aniden doğrultu değiştirir; merceklerin ışık ışınlarını odaklama etkisi de bu olgudan kaynaklanır
Merceklerde, duyarlı biçimde işlenmiş iki karşıt yüzey vardır; bu yüzlerin her ikisi de küresel olabileceği gibi, biri küresel öteki düzlemsel olabilir Mercekler, yüzeylerinin biçimine göre, çift dışbükey, düzlem dışbükey, yakınsak aymercek, çift içbükey, düzlem içbükey ve ıraksak aymercek olarak sınıflandırılır Merceğin eğri yüzeyi, gelen ışık demetindeki farklı ışınların farklı açılarla kırılmasına neden olur ve bu da, ışık demetindeki paralel ışınların tek bir noktaya doğru yönelmesine (yakınsama) ya da bu noktadan öteye doğru yönelmesine (ıraksama) yol açar Bu noktaya merceğin odak noktası ya da asal odağı denir Bir cisimden yayılan ya da yansıyarak gelen ışık ışınlarının kırılması, bu ışınların farklı bir yerden geliyormuş gibi algılanmasına yol açar ve nitekim bu farklı yerde de cismin optik bir görüntüsü oluşur Bu görüntü gerçek (fotoğrafı çekilebilir ya da ekran yansıtılabilir) olabileceği gibi sanal da (mikroskopta olduğu gibi, ancak merceğin içinden bakılarak görülebilir) olabilir Cismin optik görüntüsü cismin kendisinden daha büyük ya da daha küçük olabilir; bu durum, merceğin odak uzaklığına ve cisim ile mercek arasındaki uzaklığa bağlıdır
Duyarlı ve net bir görüntü oluşturabilmek için genellikle tek bir mercek yetmez; bu nedenle de örneğin teleskoplarda, mikroskoplarda ya da fotoğraf makinelerinde, değişik mercek kombinasyonlarından yararlanılır Bu tür mercek gruplarındaki merceklerden bazıları dışbükey ve bazıları içbükey olabileceği gibi bunların bazıları kırma ya da ayırma gücü yüksek ve bazıları da kırma ya da ayırma gücü düşük camdan yapılmış olabilir Gruptaki mercekler, her birinin sapıncı (aberasyon) istenen düzeyde olacak ve net bir görüntü elde edilebilecek biçimde, duyarlılıkla saptanmış uzaklıklarda yerleştirilir ya da üst üste yapıştırılır Mercekler yerleştirilirken yüzeylerinin eğiklik merkezinin asal eksen ya da optik eksen denen düz bir hattın üzerinde bulunmasına özen gösterilir
Mercekler çok değişik çaplarda yapılabilir; örneğin mikroskoplarda 0,16 cm, teleskoplarda ise 100 cm’lik mercekler kullanılabilir Daha büyük teleskoplarda mercek yerine içbükey aynalardan yararlanılır
|