Optik , ışıkla Ilgili Olayları Inceleyen Fizik Dalı ...

Optik , ışıkla ilgili olayları inceleyen fizik dalı


Optik

Optik, Optik ışıkla ilgili olayları inceleyen fizik dalı Optik, ışıkla ilgili olayları üç değişik modelde inceler Buna göre optik üç kısma ayrılır:
1) Geometrik optik,
2) Fizik optik (Dalga optiği),
3) Kuvantum optiği

1) Geometrik optik:Işığın izotrop (her tarafının fiziksel özelliği aynı) ortamda doğrusal yayılmasını temel kabul eder Yansıma, kırılma ve aydınlanma olaylarını inceleyen optik kısmıdır Newton, çalışmalarında ışığı bir kaynaktan yayılan tanecikler gibi düşünüyordu Böylece geometrik optik gelişti Işık olaylarını izah etmede yeterli zannedildi Halbuki Newton’un düşünceleriyle gelişen geometrik optikle ancak yansıma, kırılma ve aydınlanma olayları izah edilebilir Aynalar, ışık prizmaları, mercekler, optik aletler, geometrik optikle incelenebilir

2 Fizik optik:Işığın dalga yapısında olduğunu temel kabul ederek; girişim, kırınım ve kutuplanma olaylarını inceleyen optik kısmıdır Newton’la aynı çağda yaşayan Huygens, Newton’un yanıldığını ve ışığın dalga şeklinde düşünülmesi gerektiğini ortaya attı Dalga modeli, geometrik optikle açıklanamayan girişim, kırınım, polarma (kutuplanma) olaylarını açıklayabiliyordu

Girişim: Young deneyi: Paralel demet haline getirilmiş akkor lamba ışığı önce dar bir yarıktan geçirilir, yarıktan geçirilen ışık tekrar birbirlerinden yaklaşık 1 mm mesafede bulunan iki dar yarıktan geçirilirse, yarıktan çıkan dalgalar aynı fazlı dalgalar haline gelir Yani iki yarık, aynı fazlı iki kaynak haline gelmiş olur Bu iki kaynağa takriben 1 m uzaktaki perdede karanlık ve aydınlık şeritler görülür Bu şeritlere, girişim saçakları denir Bu olay, Newton’un ışık hakkındaki düşüncesiyle açıklanamaz Çünkü siyah şerit noktalarında, iki kaynağın ışıklarına ait yol farkı, dalga boyunun tek katları şeklindedir ve yokedici girişimle siyah görünürler

Aydınlık şerit noktalarında ise iki kaynaktan çıkan dalgaların girişimi, aralarındaki yol farkı dalga boyunun tam katları olduğundan birbirini kuvvetlendirici girişim olmuştur

İnce zarların, mesela sabun köpüğünün rengarenk görünmesi de, alt ve üst yüzeyden yansımış dalgaların girişimleriyle meydana gelir Yol farklarının geometrik yeri kürevî bir yüzey olursa meydana gelen girişim deseni, aynı merkezli içiçe halkalar şeklindedir, bunlara “Newton halkaları” denir

İnterferometre: Girişim özelliğinden faydalanılarak kullanılan cihazdır Araştırma sahalarında çok kullanılır En yaygın kullanma sahası çok küçük mesafelerin ölçülmesidir Kırılma indislerinin ölçümünde, saydam cisimlerin yüzlerinin düzgünlüğünün kontrolünde kullanılır

İnterferometrelerin çalışma prensipleri şöyledir; Monokromatik (tek renkli) bir ışık kaynağından çıkan ışınlar, paralel demet haline getirilerek kısmî geçirgen bir levha üzerine düşürülürler Bu levha, ışığı iki demete ayırır Birinci demeti geçirerek bir paralel kaydırıcı lama gönderir Kaydırıcıdan çıkan ışınlar, bir aynadan yansıtılarak tekrar kaydırıcıya düşürülür Bu ışınlar kaydırıcıdan geçip tekrar kısmî yansıtıcı üzerine dönerler Kısmî yansıtıcı bu sefer bu ışınları bir dürbüne gönderir Kısmî geçirgen levhadan yansıtılan ikinci demet halindeki ışınlar ise, geçen ışınların yansıdıkları aynaya dik olan başka bir aynadan yansıyarak tekrar levhaya dönerler Levhaya geçen ışınlar da dürbüne ulaşırlar Aynaların levhaya uzaklıkları eşit alınarak, iki demet arasındaki yol farkı sıfır olacak şekilde ayarlanır İkinci demetin yansıdığı ayna, levhaya dalga boyunun yarısı kadar yaklaştırılırsa yol farkı yine dalga boyu kadar olur ve yine yapıcı girişim yani dürbünde ışık gözlenir Ayna, levhaya dalga boyunun dörtte biri kadar yaklaştırılırsa yol farkı dalga boyunun yarısına eşit olduğundan yok edici girişim olur ve dürbün içi karanlık olur Ayna sürekli yaklaştırılırsa karanlık ve aydınlık görünüm birbirini takip eder Kararma sayısı, aynanın yaklaşma miktarını, dalga boyuna bağlı olarak verir Bu durumda ayna, mikrometre olarak kullanılır İnterferometrelerde laser ışınları kullanılarak ölçümler daha da hassaslaştırılmıştır

Kırınım:

Işığın bir engel arkasındaki gölge bölgesinde bulunmasıdır Gölge bölgesi, tanecik modeline göre yasak bölgedir Çok dar yarıklara (yarık genişliği ışığın dalga boyu mertebesinde) gelen ışık, yarıktan geçtikten sonra, sanki yarık noktası ışık kaynağı imiş gibi yayılır (Bu olaya tek yarıkta girişim olayı da denir) Bir kaynaktan çıkıp paralel hale getirilen ışığın çok dar bir yarıktan geçmesi ile yarığın gerisindeki perde (ekran) üzerinde aynı merkezli aydınlık ve karanlık halkalar meydana gelir Bu halkalara kırınım saçakları denir

Saydam bir levha üzerindeki çizgi veya yarık sayısı 1 cm’de birkaç yüz adet olursa “kırınım ağı” elde edilir Kırınım ağı, ışığın dalga boyunu ölçmede kullanılır Birbirine çok yakın iki nokta mikroskopta incelenirken her nokta, kırınım halkaları birbirine karışmış halde görünür Böyle yakın noktalar birbirinden ayırd edilemez Mikroskopların ayırma gücü, ihtiva ettikleri merceğe bağlıdır Fakat ayırma gücünün sınırı vardır Bu sınır mesafesi, ışığın dalgaboyunun yarısı kadardır (Bkz Mikroskop)

Kutuplanma (Polarma):

Işık dalgaları enine dalgalardır Yayılma doğrultusuna ve birbirine dik olan elektrik ve manyetik alanlar titreşim yaparlar Bu titreşim sinüzoidal bir titreşimdir (Bkz Elektromanyetik Dalga) Işığın titreşiminden, daha ziyade elektrik alanının titreşimi anlaşılır Çünkü elektrik alanı daha baskındır

Işık dalgaları ince bir turmalin kristali levhasından geçirilirse, sadece bir düzlemde titreşim kalır, diğer düzlemlerdeki titreşimler soğurulur Böylece ışık kutuplanmış olur Bu kristal levhaya çapraz durumda ikinci bir kristal levha, kutuplanmış ışığın önüne konursa, ışık titreşimi tamamen kaybolur, ikinci levhadan ışık geçemez

Işığın kutuplanması yansıma ve kırılma olayında da gözlenir Yansıyan ve kırılan ışınlar kutuplanır Yansıyan ışın gelme düzlemine dik olarak, kırılan ışın ise paralel olarak kutuplanır Yansıyan ve kırılan ışınların birbirine dik olma şartını sağlıyan gelme açısına “Brewster açısı” denir Bu açının tanjantı, kıran ortamın kırılma indisine eşittir

“Malus kanununa” göre, kutuplanmış ışığın şiddetinde azalma görülür

Kristallerin çoğu “çift kırıcı” özelliği gösterirler Çift kırıcılık, ışığı iki demet haline getirmektedir Bunun sebebiyse ışığın bu kristaller içindeki her doğrultuda aynı hızla yayılmamasıdır İkiye ayrılan ışığın her iki kısmı da kutuplanır Gelme düzlemine, dik olarak kutuplanmış ışına normal ışın, paralel olarak kutuplanmış ışına ise extra normal ışın denir İnce turmalin kristali levhaları bu ışınlardan birini soğurarak (emerek) diğerini geçirir Böylece kutuplanmış ışın elde edilmiş olur Çift kırıcı kristallerde, iki demetin birleştiği bir doğrultu bulunur Bu doğrultuya “optik eksen” denir

Çift kırıcı kristallerden kalsit (İzlanda spatı olarak da bilinir) Optik ekseninden geçen özel bir düzlemle kesilip “Kanada balsamı” ile tekrar yapıştırılarak, içinde ince bir yapıştırıcı tabakası olan prizma elde edilir Bu prizmaya “Nicol prizması” denir Nicol prizmasında Kanada balsamı, ikiye ayrılan demetten normal ışını yansıtır Extra-normal ışını ise geçirir Böylece, ışın gelme düzlemine paralel olarak kutuplanmış olarak çıkar

Günümüzde tabiî kristaller yerine, çift kırıcı ve bir demeti soğurucu (emici) plastik kutuplayıcılar kullanılmaktadır

Polaraid kutuplayıcı, Herapath isimli fizikçi tarafından 1928 yılında yapıldı, o tarihten sonra Nicol prizmaların yerine kullanıldı Polaraid, nitroselüloz üzerine iyodokinin sülfat eriyiği sürülüp gerdirilerek elde edilir Daha sonra iki cam arasına sıkıştırılır Polaraid güneş gözlükleri, sadece düşey yönde kutuplanmış ışınları geçirerek gözü şiddetli ışıktan korurlar Ayrıca, yine ışığın şiddetini azaltmak maksadı ile oto camlarında da kullanılırlar Işığın kutuplanma özelliğinden faydalanılarak polarimetreler ve fotoesneklikle gerilim analizi çalışmaları yapılmaktadır

Polarimetre: Maddelerin optikçe aktifliklerini ölçen cihazdır Optikçe aktiflik, kutuplanmış, (polarılmış) ışığın, kutuplanma düzlemini değiştirmek demektir Kuvarts, şeker eriyiği ve bazı yağlar optikçe aktiftirler (Organik maddelerin çoğu optikçe aktiftirler)

Polarimetre (polariskop da denir), biri sabit diğeri düşey bir düzlemde dönebilen iki kutuplayıcıdan meydana gelir Kutuplayıcı olarak çoğunlukla kalsit kristalleri kullanılır Bu iki kristalden birincisine (sabit olana) polarizör, ikincisine ise (dönebilene) analizör denir Işık polarizörden girip kutuplanarak analizör üzerine düşer Analizör, polarizöre paralel halde iken ışık analizörün gerisine düşebilir, çapraz halde iken ışık analizörü geçemez Ara durumlarda (ne paralel ne de çapraz durumlarda) ise aydınlanma şiddeti düşer

Çapraz durumdaki polarizör ve analizör arasına optikçe aktif bir madde konursa, analizörden ışık geçtiği görülür Çünkü araya konan madde polarizörden çıkan ışığın kutuplanma düzlemini çevirmiştir Çevirme miktarı, analizörü tekrar ışık geçmiyecek şekilde döndürerek bulunur Böylece maddelere ait değişik çevirme açıları bulunabilir Bu açılar optikçe aktifliğin miktarını gösterir Çevirme açısının sağa veya sola olması durumuna göre maddeler sağ-sol optik izomeriye sahiptir, denir

Polarimetre molekül boyutlarının tayininde, konsantrasyon miktarının (derişikliğin) tayininde ve gıda maddelerinin kontrollerinde kullanılır

Hassas polarimetrelerde polarizör-analizör arasına, polarizör küçük bir açı yapacak şekilde üçüncü bir kristal kutuplayıcı konur Böylece gözleme bölgesinde en karanlık durum aydınlanma ile mukayese edilerek daha kolay incelenir Elektronik kontrollü otomatik polarimetreler halihazırda en hassas ölçmeyi yapabilen aletlerdir

Sadece şeker için kullanılan polarimetrelere sakarimetre de denir Titreşim düzleminin dönmesini tayf analiziyle grafik halinde veren polarimetrelere de spektropolarimetre cihazları denir

Bazı maddelere ait optikçe aktiflik dış kuvvetlerin meydana getirdikleri gerilme ile değişmektedir Cam selüloit, pleksi camı gibi maddeler, gerilimler sebebiyle çift kırıcı hale gelirler Statik hesaplamalarda gerilime maruz kalacak elemanların yukarıdaki maddelerden yapılmış küçük modelleri, jips tabakaları arasında iki kutuplayıcı arasına konarak küçük kuvvetlerle gerdirilirler Gerilen bölgeler çift kırıcı durumuna geçtiklerinden, modelin fotoğrafında gerilen bölgeler meydana çıkar, görülür Bu tekniğe fotoesneklikle gerilim çözümleme denir

3 Kuvantum Optiği:Max Planck’ın ışık dalgalarının enerjilerinin kuvantumlu oluşunu keşfetmesiyle ortaya çıkmıştır Buna göre ışık, atomdan yayılan enerji paketleri (dalga katarları) şeklindedir Her bir pakete “foton” denir Kuvantum optiği ile ışık madde etkileşimi, fotoelektrik olay, “Compton” olayı incelenebilir

OPTİK

Işık nedir ? Nasıl Yayılır?

Çevremizdeki cisimleri sahip olduğumuz beş duyu organımızla tanıyıp algılamaya çalışırızBu organlarımızın en önemlilerinden biriside gözümüzdürÇünkü etrafımızda meydana gelen bir çok şeyi görerek tanır ve onlar hakkında fikir edinirizGörme olayı ise tamamen ışıkla gerçekleşirEtrafımızdaki cisimlerden bir kısmı ışık yayarak görünürler (güneş, yıldızlar, yanan kibrit, lamba vs) Ayrıca ışık yaymadıkları halde ışık kaynaklarından yayılan ışığı yansıtarak görünen cisimlerde vardır(çiçekler, ev, masa, vs) İşte cisimleri görmemizi sağlayan, göze gelerek bize algılatan enerjiye IŞIK diyoruz

Işık Kaynakları

Hangi ortamda olursa olsun, gece ve gündüz kendiliğinden ışık yayarak görülebilen cisimlere Işık Kaynağı denirIşık kaynakları, yapılarına göre sıcak(akkor) ışık kaynakları ve soğuk (akkor olmayan) ışık kaynakları olmak üzere ikiye ayrılır
Sıcak ışık kaynakları, ısı yoluyla ışık yayan (Güneş, mum, ampul ve kızgın metaller gibi) kaynaklardırSoğuk ışık kaynakları ise, elektrik ve manyetik etkilerle ışık veren (Flouresan, ateş böceği gibi kaynaklardır
Üzerine düşen ışığı geçirip geçirmemelerine göre maddeler üç kısımda incelenirÜzerlerine düşen ışığı tamamıyla geçirebilen, cam, su ve hava gibi maddelere saydam maddeler denirÜzerlerine düşen ışığın bir kısmını geçiren maddelere yarı saydam madde denirBuzlu cam, yağlı kağıt gibi ortamlar da yarı saydam maddelerdirBir de ışığı hiç geçirmeyen bakır, kitap, duvar gibi maddeler vardır ki, bunlara saydam olmayan maddeler denir

Işık Nasıl Yayılır ?

Işık kaynaklarından yayılan ışınlar homojen ortam içerisinde doğru boyunca ilerlerIşığın ilerlemesi için ortama ihtiyaç yokturIşık homojen saydam ortam içerisinde sabit hızla yayılır ve ışık hızı ortama göre değişirIşığın boşlukta yayılma hızı yaklaşık olarak c=3108m/s ve ışık ışınlarının bir yılda gittikleri 9,461012km uzaklığa bir ışık yılı denir

Tam Gölge - Yarı Gölge

Kaynaklardan yayılan ışınlar, ortamda ilerlerken saydam olmayan cisimler üzerine düşerlerse, cisimleri geçemediklerinden dolayı, cisimlerin arka tarafında karanlık bölgeler oluşurMeydana gelen bu karanlık bölgeye gölge denirGölgenin şekli, saydam olmayan cismin şeklinin en büyük kesiti gibidirBunun sebebi, noktasal ışık kaynağından çıkan ışığın doğrusal olarak yayılmasıdırKare, küp şeklindeki cisimlerin gölgesi kare; daire ve küre şeklindeki cisimlerin gölgeleri de şekildeki gibi dairesel olur

Ay ve Güneş Tutulması

Üzerinde yaşadığımız dünya, güneş ve kendi ekseni etrafında olmak üzere iki türlü dönme hareketi yapar
Dünyanın, kendi etrafında dönmesi ile gece ve gündüzler, güneş etrafında dönmesi ile de mevsimler oluşurDünyanın bu dönüşü sırasında kutuplarından geçen eksen dönme ekseni ile 23o27ı açı yapacak şekilde olur
Dünya, güneş etrafında dönerken ay ile güneş arasına girdiğinde dünyanın gölgesi, ay üzerine güneş ışınlarının gelmesini engellerGüneşten ışık alamayan ay görünmezBu olaya ay tutulması denir

DÜZLEM AYNALAR

Yansıma:
Saydam ortamda hareket eden ışığın herhangi bir yüzeye çarpıp geri dönmesine Yansıma denirYansıma olayında ışığın hızı, frekansı, rengi vs hiçbir özelliği değişmezSadece hareket yönü değişir
Bir yüzeyle 90 derecelik açı yapan dikmeye yüzeyin normali denirGelen ışınla normal arasındaki açıya gelme açısı (a), yansıyan ışınla normal arasındaki açıya yansıma açısı (b) denir

Yansımanın 2 yasası vardır:

1-) Gelen ışın, normal ve yansıyan ışın aynı düzlemdedir
2-) Gelme açısı yansıma açısına eşittir
Yüzeye gelen ışın demeti, yüzeyden de paralel olarak yansıyorsa bu yansımaya düzgün yansıma denir
Yüzeye gelen ışın demeti, yüzeyden paralel olarak yansımıyorsa bu yansımaya dağınık yansıma denir

Görüntü Oluşumu:
Herhangi bir cismi görebilmek için, cisimden yayılan ışınların göze gelmesi gerekirCisimden çıkan ışınlar doğrudan göze gelirse cisim görülürEğer cisimden çıkan ışınlar, yansıma veya kırılma sonucu göze gelirse algılanan şey cismin görüntüsü olur

Görüntünün Özellikleri
1-) Noktasal bir cismin görüntüsünün oluşması için en az iki ışın gereklidir
2-) Cisimden çıkan ışınlar (ayna,mercek) optik sistemlerde yansıdıktan sonra kesiştikleri yerde görüntüleri oluşur
3-) Yansıyan veya kırılan ışınların kendileri kesişirse görüntü gerçek, uzantıları kesişirse görüntü zahiri(sanal) olur
4-) Gerçek görüntüler ancak perde ya da ekran üzerine düşürüldüğünde görünürlerZahiri görüntüler ise optik araçlarda görünen görüntülerdir

AYNALAR

Üzerlerine düşen ışığın tamamına yakınını yansıtabilen yüzeylere AYNA denirAynalar yansıtıcı yüzeyin şekline göre adlandırılırlarYansıtıcı yüzeyleri düz olan aynalara düzlem ayna, yansıtıcı yüzeyi çukur olan aynalara çukur ayna, yansıtıcı yüzeyleri tümsek olan aynalara tümsek ayna denir

Düzlem Aynada Görüntü ve Özellikleri

Cisimden çıkan ışınlar, düzlem aynadan yansıyor ve uzantılarının kesiştiği yerde görüntü oluşuyor ise Görüntü ;

• Zahiridir
• Aynaya olan uzaklığı, cismin aynaya olan uzaklığına eşittir
• Boyu cismin boyuna eşittir
• Cisme göre sağlı solludur Sağ elimiz görüntümüzün sol elidir
• Aynaya göre simetriktir

Düzlem Aynada Özel Durumlar

1-) Düzlem aynada gerçek cismin görüntüsü her zaman zahiridirCismin aynaya uzaklığı görüntünün aynaya olan uzaklığına cismin boyuda görüntünün boyuna eşittir,
2-) Aynaya paralel duran bir cisim v hızıyla yaklaşırsa görüntü aynaya -v hızıyla yaklaşır
3-) Bir düzlem aynaya gelen ışığın doğrultusu değiştirilmeden, ayna a açısı kadar döndürülürse yansıyan ışın 2a kadar döner
4-) Bir düzlem ayna yaklaştıkça gelme açısı, dolayısıyla yansıma açısı da büyürBu da yansıyan ışınlar arasındaki alanın büyümesi demektirAyna gözden uzaklaştıkça görüş alanı azalır
5-) Kesişen iki düz ayna arasındaki açı a kadar ise aynalar arasında meydana gelen görüntü sayısı n= (360 / a )-1 tane olur
6-)Paralel iki düzlem ayna arasındaki görüntü sayısı sonsuzdur

KÜRESEL AYNALAR

Çukur Aynada Işınların Yansıması

Yansımanın en önemli şartı gelme açısının yansıma açısına eşit olmasıdırMerkezden aynaya çizilen doğrular, küresel aynaların normalidirÇünkü bu doğrular aynaya diktirÖzel ışınlar ;
1-) Asal eksene paralel gelen ışınlar yansıdıktan sonra odaktan geçerGelen ışığın normalle yaptığı açı, yansıyan ışığın normalle yaptığı açıya eşittir
2-) Odaktan aynaya gelen ışınlar asal eksene paralel gidecek şekilde yansır
3-) Merkezden gelen ışınlar yine merkezden geçecek şekilde yansırÇünkü normal üzerinden gelen ışınlar, aynaya dik çarptıklarından kendi üzerlerinden geri yansırlar
4-) Tepe noktasına gelen ışınlar, asal eksenle eşit açı yapacak şekilde yansırlarÇünkü asal eksen de merkezden geçtiği için normaldir

Çukur Aynada Görüntü;

1-) Cisim sonsuzda ise sonsuzdan gelen ışınlar asal eksene paralel geleceğinden, paralel gelen ışınlar ise yansıdıktan sonra odakta toplanırlarGörüntü, odakta gerçek ve nokta halinde oluşur
2-)Cisim merkezin dışında ise görüntü odak ve merkez arasında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan küçüktür
3-) Cisim merkezde ise görüntü merkezde ters gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür
4-) Cisim odakta merkez arasında ise görüntü merkezin dışında ters, gerçek ve boyu cismin boyundan büyüktür
5-) Cisim odakta ise yansıyan ışınlar birbirlerine paralel olduğundan, görüntü sonsuzda ve belirsizdir
6-) Cisim ayna ile odak arasında ise görüntü aynanın arkasında düz, zahiri, boyu cismin boyundan büyüktür

Tümsek Aynalarda Özel Işınlar

Tümsek aynada da çukur aynada olduğu gibi merkezden geçen bütün doğrular normaldirTümsek aynada odak noktası aynanın arkasında olduğu için zahiridirÇünkü odak ışığın toplandığı noktadırTümsek aynada ışık toplanmazSadece uzantıları odaktan geçer, kendileri geçemezBu ışınları ayrı ayrı inceleyelim;
1-) Asal eksene paralel gelen ışınlar, uzantıları odaktan geçecek şekilde yansırlar
2-) Uzantıları odaktan geçecek şekilde gelen ışınlar, asal eksene paralel gidecek şekilde yansırlar
3-)Uzantıları odaktan geçecek şekilde gelen ışınlar kendi üzerinden geri dönecek şekilde yansırlar
4-)Tepe noktasına gelen ışınlar, asal eksenle eşit açı yapacak şekilde yansırlar

Tümsek Aynada Görüntü Çizimi

Bir tümsek aynada cisim nerede olursa olsun görüntü her zaman ayna ile odak noktası arasında, düz, zahiri ve boyu cismin boyundan küçüktürCisim sonsuzda iken görüntü odakta nokta halinde olurCisim aynaya yaklaştıkça görüntünün boyu büyüyerek aynaya yaklaşır

Küresel Aynada Bağlantılar

1-) HC / HG = DC / DG
2-) (+,-) 1 / f = 1 / DC (+,-) 1 / DG
DC : Cismin aynaya olan uzaklığı
DG : Görüntünün aynaya olan uzaklığı
HC : Cismin boyu
HG : Görüntünün boyu
(f): Odak uzaklığı
Bağıntıda, görüntü gerçek ise DG uzaklığı (+), zahiri ise (-) alınırOdak uzaklığı çukur ayna için (+), tümsek ayna için (-) alınır

Küresel Aynalarda Herhangi Bir Işığın İzlediği Yol :
Çukur aynaya özel ışınların dışında herhangi bir ışın gönderildiğinde, ışının aynaya değme noktasına merkezden geçen normal çizilirGelen ışın normal ile eşit açı yapacak şekilde yansırAyrıca asal eksen üzerinde ışığın geldiği yerde cisim yansıyan ışığın asal ekseni kestiği yerde de görüntü varmış gibi düşünülebilir

Özel Durumlar

Ayna formülleri kullanılarak özel konumlu cisimlerin görüntülerinin yerleri tesbit edilir
1-) Cisim çukur aynanın merkezinden f, aynadan 3f kadar uzakta ise görüntü odakta merkezin tam ortasında; yani aynadan 3/2f kadar uzaklıkta olurGörüntünün boyu cismin boyunun yarısı kadar olur
2-) Cisim çukur aynadan 3/2f kadar uzaklıkta ise, görüntü aynadan 3f kadar uzaklıkta ve boyu cismin boyunun 2 katı kadar olur
3-) Cisim çukur ayna ise odağın tam ortasında, yani aynadan f/2 kadar uzaklıkta ise zahiri görüntü aynadan f kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun iki katı kadar olur
4-) Cisim tümsek aynadan f kadar uzakta ise, görüntü, ayna ise odak noktasının tam ortasında, yani aynadan f/2 kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun yarısı kadar olur

MERCEKLER

İnce Kenarlı Mercekte Özel Işınlar
İnce kenarlı mercekte özel ışın ve görüntüler çukur aynanın aynasıdırSadece aynada yansıma, mercekte de kırılma olayı vardırŞimdi ışınları inceleyelim ;
1-) Asal eksene paralel gelen ışın, odaktan geçecek şekilde kırılır
2-) Odaktan geçecek şekilde gelen ışın, asal eksene paralel gider
3-) Odak uzaklığının iki katı mesafede gelen ışın, yine odak uzaklığının 2 katı mesafeden geçecek şekilde kırılır
4-) Merceğin optik merkezinden geçecek şekilde gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider

Kalın Kenarlı Mercekte Özel Işınlar
Kalın kenarlı mercekte özel ışınlar ve görüntü çizimleri tümsek aynadaki özel ışınlar ve görüntü çizimlerinin aynısıdırSadece onlarda yansıma, merceklerde ise kırılma neticesinde görüntüler oluşacaktır
1-) Asal eksene paralel gelen ışın, uzantısı odaktan geçecek şekilde kırılır
2-) Uzantısı odaktan geçecek şekilde gelen ışın, asal eksene paralel gider
3-) Uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde gelen ışın yine uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde kırılır
4-) Merceğin optik merkezinden geçecek şekilde gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider

Merceklerde Bağıntılar
Merceklerdeki bağıntılar aynalardaki bağıntıları aynısıdırBu bağıntıların hepsi benzerlikten elde edilir
1-) HC / HG = DC / DG
2-) (+,-) 1 / f = 1 / DC (+,-) 1 / DG
DC : Cismin aynaya olan uzaklığı
DG : Görüntünün aynaya olan uzaklığı
HC : Cismin boyu
HG : Görüntünün boyu
(f): Odak uzaklığı
Bağıntıda, görüntü gerçek ise DG uzaklığı (+), zahiri ise (-) alınırOdak uzaklığı çukur ayna için (+), tümsek ayna için (-) alınır

Özel Durumlar

1-) Cisim ince kenarlı mercekten 3f kadar uzakta ise görüntüsü mercekten 3/2f kadar uzaklıkta olurGörüntünün boyu cismin boyunun yarısı kadar olur
2-) Cisim ince kenarlı mercekten 3/2f kadar uzaklıkta ise, görüntüsü mercekten 3f kadar uzaklıkta ve boyu cismin boyunun 2 katı kadar olur
3-) Cisim ince kenarlı mercekten, f/2 kadar uzaklıkta ise görüntüsü cisimle aynı tarafta, mercekten f kadar uzakta, görüntünün boyu cismin boyunun 2 katı olur
4-) Cisim ince kenarlı mercekten f kadar uzakta ise, görüntü, mercekten f/2 kadar uzakta olur ve boyu cismin boyunun yarısı kadar olur

Alm Optik (f), Lehre (f) vom Licht, Fr Optique (f), İng Optics Işıkla ilgili olayları inceleyen fizik dalı Optik, ışıkla ilgili olayları üç değişik modelde inceler Buna göre optik üç kısma ayrılır: 1) Geometrik optik, 2) Fizik optik (Dalga optiği), 3) Kuvantum optiği

1) Geometrik optik: Işığın izotrop (her tarafının fiziksel özelliği aynı) ortamda doğrusal yayılmasını temel kabul eder Yansıma, kırılma ve aydınlanma olaylarını inceleyen optik kısmıdır Newton, çalışmalarında ışığı bir kaynaktan yayılan tânecikler gibi düşünüyordu Böylece geometrik optik gelişti Işık olaylarını izah etmede yeterli zannedildi Halbuki Newtonun düşünceleriyle gelişen geometrik optikle ancak yansıma, kırılma ve aydınlanma olayları izah edilebilir Aynalar, ışık prizmaları, mercekler, optik âletler, geometrik optikle incelenebilir

2 Fizik optik: Işığın dalga yapısında olduğunu temel kabul ederek; girişim, kırınım ve kutuplanma olaylarını inceleyen optik kısmıdır Newtonla aynı çağda yaşayan Huygens, Newtonun yanıldığını ve ışığın dalga şeklinde düşünülmesi gerektiğini ortaya attı Dalga modeli, geometrik optikle açıklanamayan girişim, kırınım, polarma (kutuplanma) olaylarını açıklayabiliyordu

Girişim: Young deneyi: Paralel demet hâline getirilmiş akkor lamba ışığı önce dar bir yarıktan geçirilir, yarıktan geçirilen ışık tekrar birbirlerinden yaklaşık 1 mm mesâfede bulunan iki dar yarıktan geçirilirse, yarıktan çıkan dalgalar aynı fazlı dalgalar hâline gelir Yâni iki yarık, aynı fazlı iki kaynak hâline gelmiş olur Bu iki kaynağa takriben 1 m uzaktaki perdede karanlık ve aydınlık şeritler görülür Bu şeritlere, girişim saçakları denir Bu olay, Newtonun ışık hakkındaki düşüncesiyle açıklanamaz Çünkü siyah şerit noktalarında, iki kaynağın ışıklarına âit yol farkı, dalga boyunun tek katları şeklindedir ve yokedici girişimle siyah görünürler

Aydınlık şerit noktalarında ise iki kaynaktan çıkan dalgaların girişimi, aralarındaki yol farkı dalga boyunun tam katları olduğundan birbirini kuvvetlendirici girişim olmuştur
İnce zarların, meselâ sabun köpüğünün rengârenk görünmesi de, alt ve üst yüzeyden yansımış dalgaların girişimleriyle meydana gelir Yol farklarının geometrik yeri kürevî bir yüzey olursa meydana gelen girişim deseni, aynı merkezli içiçe halkalar şeklindedir, bunlara “Newton halkaları” denir

İnterferometre: Girişim özelliğinden faydalanılarak kullanılan cihazdır Araştırma sahalarında çok kullanılır En yaygın kullanma sahası çok küçük mesâfelerin ölçülmesidir Kırılma indislerinin ölçümünde, saydam cisimlerin yüzlerinin düzgünlüğünün kontrolünde kullanılır

İnterferometrelerin çalışma prensipleri şöyledir; Monokromatik (tek renkli) bir ışık kaynağından çıkan ışınlar, paralel demet hâline getirilerek kısmî geçirgen bir levha üzerine düşürülürler Bu levha, ışığı iki demete ayırır Birinci demeti geçirerek bir paralel kaydırıcı lâma gönderir Kaydırıcıdan çıkan ışınlar, bir aynadan yansıtılarak tekrar kaydırıcıya düşürülür Bu ışınlar kaydırıcıdan geçip tekrar kısmî yansıtıcı üzerine dönerler Kısmî yansıtıcı bu sefer bu ışınları bir dürbüne gönderir Kısmî geçirgen levhadan yansıtılan ikinci demet hâlindeki ışınlar ise, geçen ışınların yansıdıkları aynaya dik olan başka bir aynadan yansıyarak tekrar levhaya dönerler Levhaya geçen ışınlar da dürbüne ulaşırlar Aynaların levhaya uzaklıkları eşit alınarak, iki demet arasındaki yol farkı sıfır olacak şekilde ayarlanır

İkinci demetin yansıdığı ayna, levhaya dalga boyunun yarısı kadar yaklaştırılırsa yol farkı yine dalga boyukadar olur ve yine yapıcı girişim yâni dürbünde ışık gözlenir Ayna, levhaya dalga boyunun dörtte biri kadar yaklaştırılırsa yol farkı dalga boyunun yarısına eşit olduğundan yok edici girişim olur ve dürbün içi karanlık olur Ayna sürekli yaklaştırılırsa karanlık ve aydınlık görünüm birbirini tâkip eder Kararma sayısı, aynanın yaklaşma miktarını, dalga boyuna bağlı olarak verir Bu durumda ayna, mikrometre olarak kullanılır İnterferometrelerde laser ışınları kullanılarak ölçümler daha da hassaslaştırılmıştır

2 Alternatif : Optik

Fiziğin optik olarak adlandırılan kısmı ışığın davranışını inceler Işığın uzayda izlediği yolu inceleyen optiğe geometrik optik diyoruz Geometrik optiğin içinde de kırınım, girişim ve yansıma-kırılma olayları bulunmaktadır Önce basit olan olaydan başlarsak; yansıma ve kırılma günlük hayatta çıplak gözle görülebilen olaylardır Örneğin, yarısı su ile doldurulmuş bir bardağın içine bir çubuk koyarsak çubuğu bir doğru şeklinde göremeyiz Bunun nedeni ışığın kırılma indisleri farklı bir ortamdan diğerine geçmesidir \sin a_{1} \cdot n_{1} = \sin a_{2} \cdot n_{2} Snell Yasası ile ifade edilir Düz bir aynanın karşısına geçtiğinizde neden odanın içindeki her şeyi değil de bazı şeyleri görebiliyoruz? Bunu da yansıma özelliği ile açıklayabiliriz Düzgün bir yansıtıcıya gönderilen ışık, düzlemin normaline hangi açı ile gelirse o açı ile geri döner Demek ki odanın içinde gördüğünüz cisimlerin gönderdiği ışınlar, aynadan yansıdıkları zaman gözünüze geliyordur

Girişim olayı üst üste binme ya da yok etme ile sonuçlanır Girişim yapan dalgalar arasındaki faz farkı 180 derece ise ve dalga boyları eşit ise son dalga genliği iki kat artar Eğer 0 derece ise birbirlerini yok ederler Kırınım olayı bir dalganın engellere çarparak kenarlarından bükülmesidir Herhangi bir yarıktan geçen dalga d \sin a=+\lambda kadar yol alır (burada x geçen dalganın dalgaboyudur) Girişim, kırınım ve kutuplanma (polarizasyon) olayları ışığın dalga yapısını desteklerken fotoelektrik olay, Compton olayı ve kara cisim ışıması ışığın tanecikli yapıda olduğunu gösterir Işık çift karakterli olup, hem dalga hem de tanecik özelliği taşır