Merhaba sevgili öğrencilerim, ben Fen Bilimleri öğretmeniniz.
Bugün sizlerle birlikte ışığın kırılması ve mercekler konusunu pekiştireceğimiz bu güzel soruları çözeceğiz. Unutmayın, Fen Bilimleri’nde en önemli şey merak etmek ve adım adım düşünmektir. Haydi, başlayalım!
1. Soru: Aşağıda ışık ışınının farklı ortamlardaki doğrultuları verilmiştir.
Buna göre aşağıdaki soruları cevaplayınız.
a) Aşağıdaki ortam çiftlerinin yoğunluklarını karşılaştırınız.
Çocuklar, bu soruyu çözmek için ışığın kırılırken izlediği yolu dikkatlice incelemeliyiz. Unutmamamız gereken çok önemli bir kural var:
Işık, az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken normale yaklaşarak kırılır.
Işık, çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırılır.
Şimdi bu kuralı kullanarak karşılaştırmalarımızı yapalım.
1. Ortam ve 2. Ortam:
Görsele baktığımızda, ışık ışını 1. ortamdan 2. ortama geçerken kesikli çizgiyle gösterilen normale yaklaşmış. Bu durum bize ne söylüyordu? Tabii ki ışığın az yoğun bir yerden çok yoğun bir yere geçtiğini! Öyleyse, 2. Ortam, 1. Ortamdan daha yoğundur.
Sonuç: Yoğunluk(2. Ortam) > Yoğunluk(1. Ortam)
2. Ortam ve 3. Ortam:
Şimdi de ışının 2. ortamdan 3. ortama geçişine bakalım. Işın, bu sefer normalden uzaklaşarak kırılmış. Bu da bize ışığın çok yoğun bir ortamdan, daha az yoğun bir ortama geçtiğini gösterir. Yani, 2. Ortam, 3. Ortamdan daha yoğundur.
Sonuç: Yoğunluk(2. Ortam) > Yoğunluk(3. Ortam)
Hatta dikkatli bakarsak 3. ortamdaki ışının normalle yaptığı açı, 1. ortamdaki açısından bile daha büyük. Bu da bize 1. Ortamın 3. Ortamdan daha yoğun olduğunu gösterir. O zaman genel sıralamamız: 2 > 1 > 3 şeklinde olur.
b) Aşağıdaki ortam çiftlerini ışık ışınının hızı bakımından karşılaştırınız.
Işığın hızı ile ortamın yoğunluğu arasında ters orantı vardır. Yani, bir ortam ne kadar yoğunsa (kalabalıksa), ışık o ortamda o kadar yavaş ilerler. Tıpkı sizin kalabalık bir koridorda daha yavaş yürümeniz gibi!
1. Ortam ve 2. Ortam:
Yukarıda 2. ortamın daha yoğun olduğunu bulmuştuk. O zaman ışık 2. ortamda daha yavaş olmalı. Yani, 1. Ortamdaki ışık hızı, 2. Ortamdaki ışık hızından büyüktür.
Sonuç: Hız(1. Ortam) > Hız(2. Ortam)
2. Ortam ve 3. Ortam:
Yine aynı mantıkla, 2. ortam 3. ortamdan daha yoğun olduğu için ışık 2. ortamda daha yavaştır. Yani, 3. Ortamdaki ışık hızı, 2. Ortamdaki ışık hızından büyüktür.
Sonuç: Hız(3. Ortam) > Hız(2. Ortam)
c) Işık ışını 1. ortamdan 2. ortama dik açıyla gönderilseydi ışık ışınının ilerlemesi nasıl olurdu? Açıklayınız.
Bu çok önemli bir kuraldır, sakın unutmayın! Eğer bir ışık ışını, iki ortamı ayıran yüzeye tam olarak dik (90° ile) gelirse, yoğunluk farkı ne olursa olsun kırılmaya uğramaz. Yani geldiği gibi dosdoğru yoluna devam eder. Sadece hızı değişir (bu örnekte daha yoğun olan 2. ortama girdiği için yavaşlar) ama doğrultusu asla değişmez.
2. Soru: Odak noktaları kesişen K ve L mercekleri aşağıdaki gibi yerleştirilmiştir.
K merceğinin odak noktasından gönderilen ışık ışını, L merceğini nasıl terk eder? Şekil üzerinde çizerek gösteriniz.
Harika bir mercek sorusu! Ben çizim yapamasam da size ışının izleyeceği yolu adım adım anlatacağım, siz de kolayca çizebileceksiniz. Haydi bu sırrı çözelim!
Önce merceklerimizi tanıyalım:
- K Merceği: Kenarları ince, ortası şişkin. Bu bir ince kenarlı (yakınsak) mercektir. Işığı toplamaya yarar.
- L Merceği: Kenarları kalın, ortası ince. Bu da bir kalın kenarlı (ıraksak) mercektir. Işığı dağıtmaya yarar.
Adım 1: Işının K Merceğinden Geçişi
Sorumuzda ışın, K merceğinin odak noktasından (F) gönderiliyor. İnce kenarlı merceklerde özel bir kuralımız vardı: İnce kenarlı merceğin odak noktasından geçerek gelen ışın, mercekte kırıldıktan sonra asal eksene paralel olarak yoluna devam eder.
Yani, F noktasından çıkan ışın K merceğine ulaştığında kırılacak ve tam ortadaki düz çizgi olan asal eksene paralel bir şekilde L merceğine doğru ilerleyecektir.
Adım 2: Paralel Gelen Işının L Merceğinden Geçişi
Şimdi elimizde asal eksene paralel olarak ilerleyen ve L merceğine doğru giden bir ışın var. L merceği kalın kenarlı bir mercekti. Kalın kenarlı merceklerin de özel bir kuralı var: Kalın kenarlı merceğe asal eksene paralel olarak gelen ışın, mercekte kırıldıktan sonra uzantısı odak noktasından geçecek şekilde dağılarak yoluna devam eder.
Bu ne demek? L merceğine paralel gelen ışınımız, mercekten geçerken dışarı doğru (yukarı doğru) kırılacak. Ama öyle rastgele bir kırılma değil! Kırılan bu ışının arkasına doğru bir çizgi çizerseniz, bu çizginin tam olarak L merceğinin sol tarafındaki F noktasından geçtiğini görürsünüz.
Sonuç:
Kısacası, K merceğinin odağından gelen ışın önce K merceğinden paralel olarak çıkar, sonra L merceğine gelir ve uzantısı L’nin odak noktasından geçecek şekilde dağılarak (yukarı doğru kırılarak) sistemi terk eder. İşte bu kadar basit!