Işık ve Renk ÜNİTE 11. Amaçlar. İçindekiler. Öneriler

Transkript

1 ÜNİTE 11 Işık ve Renk Amaçlar Bu üniteyi çalıştıktan sonra, ışık kavramını, aynalar ve yansımayı, ışığın kırınımını, prizmaları, renk kavramını, ışığın polarizasyonunu, girişim olayını öğreneceksiniz. İçindekiler Giriş Işık Aynalar ve Yansıma Kırınım Prizmalar Renk Polarize Işık Özet Değerlendirme Soruları Öneriler Bu üniteyi çalışmadan önce, bundan önceki ünitedeki kavramları yeniden gözden geçiriniz. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız. Soruları yanıtlarken gerekiyorsa ünitede verilen bilgi ve örneklere yeniden bakınız.

2 1. GİRİŞ Bu ünitede elektromanyetik spektrumun (tayfın) görünür ışık kısmı üzerinde durulacaktır. Işık, yaşayan tüm canlılar için vazgeçilmez bir şeydir. Aynalarda yansıma olayı açıklanacak, prizmalardaki kırılma olayı incelenecektir. Daha sonra renk olayı üzerinde durulacaktır. Asal renkler hakkında bilgi verilecektir. Polarize ışık ve girişim olayı, ışığın dalga özelliklerini vurgulamak üzere tanıtılacaktır. 2. IŞIK Güneşsiz ve ışıksız bir hayatın ne olabileceğini hiç düşündünüz mü? Dünyamız tasavvur edemeyeceğiniz bir şekilde olabilirdi. Yeşil bitkileri olmayan bir dünya düşünmeye çalışın. Bu bitkiler fotosentez olayı yardımıyla besin temini hususunda ışığa ihtiyaç duyarlar. Küçük ölçekte ışık üretebiliriz. Ancak bu yaşamamız için gerekli olan besinleri yetiştirmemize ne derecede yeterli olabilecektir? Işık denilince aklımıza daima onsuz göremeyeceğimiz şeyler gelir. Güneşin doğal ışığı olmaksızın yeryüzünde bir hayatı düşünmek bile istemeyiz. Görünür ışık, elektromanyetik spektrum (tayf) un küçük bir kısmıdır. Elektromanyetik spektrumun diğer dalgaları gibi ışık fotonlardan yapılmıştır. Fotonun çok küçük bir ışıma enerjisi paketi olduğunu hatırlayınız. Işık, boşlukta diğer ışıma enerjileri gibi saniyede metre yol alır. Elektromanyetik spektrumun diğer dalgalarının aksine, ışığı görebiliriz. 3. AYNALAR VE YANSIMA Bir aynaya baktığınız zaman, kendi görüntünüzü görürsünüz. Aynada bir görüntü meydana gelir, çünkü ışık düz bir doğru boyunca yayılır. Işık, yüzünüzden aynaya oradan da tekrar kendi gözlerinize yansır. Düzlem ayna, düz ve pürüzsüzdür. Ayna genelde arkası gümüş bir sırla kaplanmış olan bir cam panodan yapılır. Aynanın düz yüzeyi bir ışık demetinin geri yansımasına yol açar. Aynaya gelen ışının, gelme açısı yansıma açısına eşittir. Beton bir zemin, çimli bir bahçe veya bir tuğla örülü duvarda hiçbir zaman bir görüntü meydana gelmez. Işık böyle yüzeylerden birçok yönlerde yansıma yapar. Yansıyan ışık hiçbir şekle sahip değildir ve bir görüntü meydana getiremez

3 Bir aynadaki yansımanıza baktığınızda, görüntünüzün aynanın arkasından geldiği hissine kapılabilirsiniz. Görüntü, sizin aynaya olan uzaklığınız kadar geriden geliyor gibi görünür. Bir düzlem aynada meydana gelen görüntüye zahiri görüntü adı verilir. Görmenize rağmen, zahiri bir görüntü gerçekte mevcut değildir. Sadece varmış gibi gözükür (Şekil 1). Parabolik bir ayna eğri bir aynadır. Parabolik aynalar, fenerlerde veya otomobil farlarında yansıtıcı olarak kullanılırlar. Bu tür aynalar özel amaçla yapılmışlardır. Parabolik bir aynanın yüzeyi aynen bir parabol yüzeyi gibidir. Aynanın merkezinden itibaren çizilen eksene asal eksen adı verilir. Parabolik aynanın asal eksenine paralel gelen ışınlar, aynanın önünde ortak bir noktaya doğru yansırlar. Bu noktaya asal odak noktası denir. Aynanın merkezinden asal odak noktasına olan uzaklığa ise odak uzaklığı adı verilir (Şekil 2). DÜZLEM AYNA Cisim A B A B Zahiri görüntü Odak uzaklığı = Şekil 1. Düzlem ayna A Cisim B Gerçek görüntü B F A Şekil 2. Parobolik (çukur) ayna Çukur bir aynada teşkil olunan bir gerçek görüntü, aynanın önünde meydana gelir. Gerçek bir görüntü düz bir yüzey veya ekran üzerinde gösterilebilir. Zahiri bir görüntü ise herhangi bir ekran veya yüzeye alınamaz. Çukur bir ayna hem zahiri hem de gerçek bir görüntü mey

4 dana getirebilir. (Şekil 2) de görülen cisim, ayna ile odak arasına konulursa görüntü zahiri olur. 4. KIRINIM Bir yüzme havuzunun dibinde bir bozuk para görmüş olduğunuzu kabul edelim. Onu havuzdan çıkarmak isteyin. Nereye doğru hedef alacaksınız? Bozuk paraya hedef almayın. Bozuk paradan yansıyan ışık ışınları, gözünüze doğru gelirken bükülürler, ışık ışınları, sudan havaya geçerken bükülürler. Işık ışınlarının bükülmesine kırınım denilir. Kırınım ışık ışıklarının yönünü değiştirir, Kırınım olayı, sizin paranın yerini kestirmekte güçlük çektiğinizi izah eder. Para için dalış yaparsanız, paranın önüne doğru atlamanız gerekir. Kırınım olayı, ışık hızındaki bir artma veya eksilme sebebiyle ortaya çıkar. Işığın hızı, şeffaf (ışığı geçirgen) bir maddeden diğerine geçerken değişir. Örneğin, ışık bir açıyla havadan cama girsin, ışığın hızı azalır ve kırınıma uğrar. Kırılma indisi, bir maddenin ışığı ne derecede kırdığını belirtir. Işık hızındaki değişme ne kadar büyükse, kırınım indisi de o kadar büyük olur (Tablo 1). TABLO 1 Bazı Maddelerin Kırınım İndisleri ve Işık Hızları Madde Kırınım indisi Işık hızı (m/s) hava ,00x10 8 su 1,33 2,23x 10 8 etanol 1,36 2,21x 10 8 gliserin 1,47 2,04x 10 8 cam 1,50 2,00x 10 8 elmas 2,42 1,24x 10 8 Kırınan bir ışın tarafından teşkil edilen açıları bulmak için, geçirgen yüzeye bir dik çizilir. Bu çizgiye normal adı verilir. Şeffaf bir yüzeye bir ışık bir açıyla düştüğü zaman hızı azalırsa, ışık normale doğru bükülür (kırınır). Örneğin, ışık havadan cama geçerse, ışık normale doğru yaklaşır. Şeffaf bir yüzeye bir ışık bir açıyla düştüğü zaman hızı artarsa, ışık normaldan uzaklaşarak bükülür (kırınır)

5 Örneğin, ışık camdan havaya çıkarsa, ışık normalden uzaklaşarak kırınmaya uğrar (Şekil 3.) normal Gelen ışın i hava cam hava cam r Kırınan ışın r Kırınan ışın Gelen ışın i i > r (a) i < r (b) Şekil 3. Kırınım olayı: (a) havadan cama (b) camdan havaya geçiş.? Havadan suya gelen bir ışık normalle 60 o lik açı yapmaktadır. Suya giren bu ışık normalde kaç derecelik açı yaparak kırınmaya uğrar? Havanın kırınım indisi n 1 = 1,00 Suyun kırınım indisi n 1 = 1,33 alınabilir. Bu olayı Snell yasası ile çözebiliriz. Snell yasası; n 1 sin q 1 = n 2 sin q 2 (1) sin 60 o = 1,33 sin q 2 0,866 = 1,33 sin q 2 sin q 2 = 0,866/1,33 fi q 2 = 40,6 o bulunur

6 5. PRİZMALAR Bir prizma, şeffaf bir malzemeden yapılmış ve iki düz yüzeyi birbirine bir açı yapan bir gereçtir. Ön görünüşü üçgen olan prizmaya giren bir ışık ışını değişmeye uğrar. Işık bir girişte bir de çıkışta kırınıma uğrar. Her iki kırınım da aynı yönde olur (Şekil 4). i r r Şekil 4. Bir prizmaya giren ışığın kırınımları Beyaz ışık, bir renkler karışımıdır. Beyaz ışık bir prizmadan geçirilince, renklerine ayrılır. Prizmaya giren beyaz ışın demeti, bir renkler bandına ayrışır. Bu renkler sırasıyla mor, mavi, yeşil, sarı, portakal ve kırmızıdır. Bir prizmada teşekkül eden renkler bandına, görünür ışık tayfı adı verilir.? Bir cam prizmada ışık tayfı nasıl meydana gelmektedir? Beyaz ışık, bir gökkuşağının farklı renklerine sahiptir. Herbir ışığın rengi cam içinde diğerlerinden çok az farklı olan bir kırınım indisine sahiptir. Işık, prizmanın bir eğik yüzünden girdiği zaman kırınmaya uğrar. Işık aynı yönde iki kez kırınmaya uğrar. Bu olay bir girişte, bir de çıkışta olur. Her renk farklı olarak kırınıma uğrar. Örneğin, kırmızı ışık en az kırınıma, mor ışık en fazla kırınıma uğrar. Kırınımın bir sonucu olarak, tüm renkler ayrılırlar. Gök cisimleri ve yıldızlardaki elementler ortaya koydukları tayf ile belirlenebilirler. 6. RENK Işığın her rengi farklı bir dalgaboyu ve frekansa sahiptir. Bir ışığın frekansı onun rengini belirler. Frekans, bir ışık dalgasının fiziksel bir özelliğidir. Renk, gözlerinize ışık olarak girdiği zaman bu gözleriniz ve beyninizin algıladığı bir histir. Görünür tayfın her rengi, kendine

7 mahsus bir dalgaboyuna sahiptir. Işık dalgaları, radyo ve televizyon dalgaları ile kıyaslandığında çok kısa dalgaboylarına sahiptir. Mor ışığın dalgaboyu 0,00004 cm'dir. Tayfın öbür ucunda daha uzun dalgaboylu kırmızı ışık vardır. Bir kırmızı ışığın dalgaboyu 0,00007 cm'dir. Kısa dalgaboylu ışık dalgaları yüksek frekanslıdır (Tablo 2.). TABLO -2 Renk ve Dalgaboyu mor...kısa dalgaboylu dalgalar mavi yeşil sar l portakal kırmızı...uzun dalgaboylu dalgalar? Bir insan renkleri nasıl görebilir? İnsan gözündeki sinirler, üç çeşit renk alıcılarına sahiptir. Bu alıcılar; kırmızı, mavi ve yeşil ışık dalgaları ile uyarılırlar. Herhangi bir renk, bu renklerin uygun oranlarda karıştırılması ile elde edilebilir. Böylece, bir kimsenin gördüğü renkler, gözlerine giren kırmızı, mavi ve yeşil ışığın oranları ve miktarlarına bağlı olur. Kırmızı, mavi ve yeşil ışığın asal renkleri olarak bilinir. Bunlar eşit miktarlarda karıştırılırsa beyaz ışık meydana gelir.? Bir elma niçin kırmızıdır? Bir ayva neden sarı renge sahiptir? Bu cisimler geçirgen değildir. Bunlar ışığı yansıtırlar. Gördüğümüz renk, yansıyan renkli ışığın türüne bağlıdır. Bir ayvanın, kabuk molekül yapısı ile bir elmanınki birbirinden farklıdır. Beyaz ışık bir ayvaya çarptığı zaman, ayvanın parçacıkları yeşil ve kırmızıyı yansıtıp, maviyi soğuracaktır (yutacaktır). Sonuçta ayva sarıdır. Bir elmanın parçacıkları ise kırmızı ve biraz da yeşili yansıtacak ancak maviyi yutacaktır

8 ? Gözümüz bir cismin yansıttığı rengi nasıl algılamaktadır? Gözlerimizdeki renk alıcılarına koni adı verilir. Üç çeşit koni vardır. Herbiri ya kırmızı, ya mavi veya yeşil ışığa karşı duyarlıdır. Bir ayvanın sarı rengini görmek için, kırmızı ve yeşil koniler uyarılır. Beyniniz bu mesajı sarı olarak okur. Bu renk karışımı bir renkli televizyondakine benzer bir işlemdir. Renkli bir televizyonun ekranı küçücük noktalarla kaplıdır. Herbir nokta, daha küçük noktalar yığınıdır. Her yığında; bir kırmızı, bir mavi ve bir de yeşil nokta vardır. Bu noktalar, ekranda renkli resmi göstermek üzere çeşitli kombinezonlarda ışık yayarlar. 7. POLARİZE IŞIK Polarize ışık özel bir filtre (süzgeç) den ışık geçirmek suretiyle elde edilebilir. Polarize ışık öyle bir ışıktır ki dalgalar belli bir düzgün desende titreşirler. Polarize ışığı bloke eden güneş gözlükleri özel filtreler ihtiva ederler. Parlak güneşli bir günde gözlükler parıldamayı önlerler. Parlak yüzeylerden yansıyan parıldama genelde polarize olmuş bir ışıktır. Işığın enine dalgalardan oluştuğunu düşünelim. Polarize ışık filtresi, aynı düzlemde titreşen dalgaların geçişlerine izin verir (şekil 5). Düşey filtre Polarize ışık Düşey filtre Yatay filtre Işık geçemez Şekil 5. Polarize edici filtre sadece kendine paralel gelen ışını geçirir

9 Filtre sonsuz sayıda paralel yarıklardan oluşmuştur.yarıklarla aynı düzlemde titreşen ışık dalgaları oradan geçebilir. Yarıklarla aynı düzlemde titreşmeyen ışık ya yansıtılır ya da tutulur. Filtreden geçen ışık, yalnızca bir düzlemde titreşim yapar. Bu ışığa polarize olmuş ışık adı verilir. Polarize filtreler fotoğrafçılıkta ve çeşitli mühendislik dallarında kullanılırlar. Kameraya giren ışık şiddetini kontrol ederler. Ayrıca, bir cisme etki eden gerilme kuvvetlerini tesbit işinde kullanılabilir. Örneğin, bir uçağın herhangi bir kısmındaki gerilmeyi bulmakta kullanılabilir. 8. GİRİŞİM 1801 yılında İngiliz fizikçisi Young, ışıkla bir deney gerçekleştirmiştir. Yaptığı deneyde Young, ışığı dar bir yarıktan geçirmiştir. Yarıktan geçen ışık yayılmış olup, daha sonra önde bulunan yanyana iki yarıktan geçmiştir. Bu iki yarık, ilk yarıktan aynı uzaklıkta bulunmaktadır. Işık yine yarıklardan geçerek yayılmaya uğramıştır. Young, yaptığı deney sonunda geçen ışığın, bir seri aydınlık ve karanlık bantlardan (saçaklar) oluştuğunu gözlemlemiştir (Şekil 6). Işık Tek yarık Çift yarık ekran Şekil 6. Young girişim olayı ve ışık şiddeti ( ve karanlık bölgeler) Aydınlık ve karanlık saçaklar girişim (enterferans) olayının bir sonucudur. Aydınlık saçaklarda, dalgalar aynı fazdadır. Bunlar ışığı üstüste bindirerek daha hale getirirler. Ekranda ışığı doğrudan görmeyen merkezi aydınlık saçak çok ilginçtir. Karanlık saçaklarda ise, dalgalar aynı fazda değildir. Bu bakımdan, dalgalar birbirlerinin etkilerini yok ederler ve

10 ya yıkarlar. Böylece oralarda karanlık oluşur. Bir prizmada olduğu gibi, bir kırınım ağı vasıtasıyla bir renk tayfı elde etmek mümkündür. Ancak, kırınım ağı ışığın kırınımı olayı ile bir renk tayfı ortaya koyamaz. Bunun yerine renkler girişim ile ayrılırlar. Kırınım ağı bir cam veya plastik parçası olup birçok paralel yarıklardan oluşmuştur. Örneğin, 2,5 cm'lik bir parçada kadar yarık bulunabilir. Bu yarıklar, cam üzerinde elmas bir iğne ile çalışan bir makina ile yapılabilirler. Beyaz ışık, kırınım ağının yarıklar arasından geçerken girişim olayı meydana gelir. Bu girişim olayı, ışığın farklı dalgaboylarının kuvvetlenmesine ya da yokedilmesine yol açabilir. Ortaya çıkan sonuç ise bir renk tayfıdır. Özet Görünür ışık, foton adı verilen, küçücük ışıma enerji paketlerinden oluşmuştur. Aynalarla görüntüler teşkil edilebilir. Işık, şeffaf bir cisme geçerken kırınıma uğrar. Beyaz ışık, bir tayfa ayrılabilecek olan renkler karışımından oluşmuştur. Bir cismin rengi, yansıttığı ışığın rengine bağlıdır. Polarize ışık, aynı düzlemde titreşim yapan dalgalardan oluşmuştur. Bir kırınım ağından geçen ışık dalgalarının girişimi, bir renk tayfı meydana getirir. Değerlendirme Soruları 1. Elektromanyetik enerjiyi taşıyan aşağıdakilerden hangisidir? A) madde B) parçacık C) dalgaboyu D) foton E) frekans 2. Bir düzlem aynaya bakıyorsunuz. Görüntünüz aynanın neresinde teşekkül eder? A) önünde B) arkasında C) üstünde D) altında E) yüzeyinde

11 3. Bir ayna üzerine düşen ışığı ne yapar? A) büker B) geçirir C) yansıtır D) kırar E) soğurur 4. Aşağıdaki cisimlerden hangisinin kırılma indisi en büyüktür? A) elmas B) cam C) hava D) su E) zeytinyağı 5. Bir prizmadan geçen beyaz ışık renklerine ayrılıyor. En az kırınıma uğrayan ışık aşağıdakilerden hangisidir? A) mor B) sarı C)mavi D) yeşil E) kırmızı 6. Bir prizmadan geçen beyaz ışık renklerine ayrılıyor. En çok kırınıma uğrayan ışık aşağıdakilerden hangisidir? A) mavi B) mor C) kırmızı D) sarı E) yeşil 7. Bir elmanın kırmızı görünmesinin sebebi aşağıdakilerden hangisidir? A) Elma kırmızı ışığı yutar. B) Elma kırmızı ışığı kırar. C) Elma kırmızı ışığı yansıtır. D) Elma kırmızı ışığa duyarlıdır. E) Elma kırmızı ışığa duyarsızdır. 8. Asal ışık renkleri karıştırılınca hangi ışık oluşur? A) kırmızı B) yeşil C) sarı D) mavi E) beyaz

12 9. Havadan cama geçen ışın 45 0 lik açıyla geliyor. Kırınım açısı nedir? (n hava = 1; n cam = 1,50; sin 45 0 = 0,7) A) 30 0 B) 27,8 0 C) 45 0 D) 28,7 0 E) Camdan suya geçen bir ışın demeti normalle 30 0 lik açı yapıyor. Kırınım açısı nedir? (n cam = 1,50; n su = 1,33 ve sin 30 0 = 0,5) A) 30 0 B) 60 0 C) 34,3 0 D) 90 0 E) 43,