Sevgili çocuklar, elinizde bir el feneri olduğunu düşünün. Işığı önce aynaya tutuyorsunuz, sonra bir bardağın içindeki suya çeviriyorsunuz. Aynada ışık geri dönüyor, suya geldiğinde ise yönü değişiyor. Peki ışık neden her maddede aynı davranmıyor?
Geçen gün sınıfta bir öğrencim bana tam da buna benzer bir soru sordu: “Öğretmenim, ışık aynadan neden geri geliyor ama suyun içine girince neden yön değiştiriyor?” İşte bu sorunun cevabı bizi ışığın maddeyle etkileşimine götürüyor.
Işık Maddeyle Karşılaştığında Ne Olur?
Işık bir maddeyle karşılaştığında üç temel olayla karşılaşabiliriz: ışığın yansıması, kırılması ve soğurulması.
Bazı yüzeylerde ışığın büyük bölümü geri döner. Buna yansıma denir. Aynalar bunun en belirgin örneğidir.
Işık bir ortamdan başka bir ortama geçerken yön değiştirebilir. Bu olaya kırılma adı verilir. Örneğin havadan suya giren ışığın yönünde değişiklik meydana gelir.
Bazı maddeler ise ışığı içine alır ve ışık enerjisinin bir bölümünü soğurur. Buna soğurulma denir. Koyu renkli cisimlerin güneş altında daha fazla ısınmasının nedenlerinden biri budur.
Şimdi bu olayları tek tek inceleyelim.
Aynalar ve Işığın Yansıması
Aynaya baktığınızda kendinizi görebilmenizin nedeni ışığın aynadan yansımasıdır. Işık kaynağından çıkan ışınlar aynaya ulaşır ve aynanın yüzeyinden geri döner.
Burada önemli bir kural var: Gelen ışının yüzeye çarptığı noktadaki doğrultusu ile yüzeyden ayrıldığı doğrultu arasında belirli bir ilişki bulunur. Buna yansıma kanunu denir.
Yansıma kanununa göre gelme açısı, yansıma açısına eşittir.
Burada öğrencilerin çok sık yaptığı bir hata var. Açıyı aynanın yüzeyinden değil, yüzeye çizilen dikmeden ölçüyoruz. Bu ayrıntıyı sorularda özellikle kontrol edin.
Düz Aynada Görüntü
Düz aynanın karşısına geçtiğinizde aynada oluşan görüntünüzün bazı özellikleri vardır. Görüntü sanal ve düzdür. Cismin aynaya olan uzaklığı ile görüntünün aynaya olan uzaklığı birbirine eşittir. Ayrıca görüntünün boyu cismin boyuna eşittir.
Bir başka dikkat çekici özellik ise sağ-sol yönündeki değişimdir. Aynada sağ tarafınız sol taraftaymış gibi görünür. Bu nedenle aynadaki görüntünüz gerçek konumunuzun birebir kopyası değildir.
Örneğin aynadan 2 metre uzakta duruyorsanız görüntünüz de aynanın arkasında 2 metre uzaklıkta oluşuyormuş gibi görünür. Bu nedenle cisim ile görüntü arasındaki toplam uzaklık 4 metre olarak düşünülür.
Çukur ve Tümsek Aynalar
Her ayna düz değildir. Bazı aynaların yüzeyi içeri doğru, bazılarının ise dışarı doğru kıvrılmıştır.
Çukur aynanın yansıtıcı yüzeyi içe doğru kıvrılmıştır. Diş hekimlerinin kullandığı bazı aynalarda, makyaj aynalarında ve bazı teleskop sistemlerinde çukur aynaların özelliklerinden yararlanılır.
Çukur aynalarda cismin aynaya olan konumuna bağlı olarak görüntünün boyutu ve özellikleri değişebilir. Cisim aynaya yaklaştırıldığında büyük görüntüler elde edilebilirken, farklı konumlarda daha küçük görüntüler de oluşabilir.
Tümsek aynanın yansıtıcı yüzeyi dışa doğru kıvrılmıştır. Bu aynaların en önemli özelliği geniş bir alanı gösterebilmesidir. Bu nedenle araçların yan aynalarında tümsek aynalardan yararlanılır.
Burada sınavlarda çok sevilen bir ayrıntı var: Tümsek aynada görüntü her zaman sanal, düz ve cisimden küçüktür.
Mercekler Nasıl Çalışır?
Şimdi aynadan biraz uzaklaşıp merceklere geçelim.
Mercekleri gözlüklerde, fotoğraf makinelerinde, mikroskoplarda ve teleskoplarda görebiliriz. Merceklerin çalışma mantığında ışığın kırılması önemli bir yere sahiptir.
İki temel mercek türü vardır: ince kenarlı mercek ve kalın kenarlı mercek.
İnce kenarlı merceğin ortası kalın, kenarları daha incedir. Paralel gelen ışınları bir noktada toplamaya eğilimlidir. Bu nedenle ince kenarlı merceğe yakınsak mercek de denir.
Kalın kenarlı merceğin ise ortası ince, kenarları daha kalındır. Işınları birbirinden uzaklaştıracak şekilde kırar. Bu nedenle ıraksak mercek olarak da adlandırılır.
Geçen yıl bir öğrencim mercekleri ezberlemeye çalışırken “İnce kenarlı içe topluyor, kalın kenarlı dışa dağıtıyor.” diye kendi cümlesini oluşturmuştu. Bence bu tür anlamlı bağlantılar ezberden çok daha işe yarıyor.
Işığın Kırılması
Şimdi su dolu bir bardağa kalem koyduğunuzu düşünün. Kalem suyun içine girdiği noktadan itibaren kırılmış veya eğilmiş gibi görünür.
Aslında kalem eğilmedi. Gözümüze ulaşan ışığın izlediği yol değişti.
Işık bir ortamdan başka bir ortama geçtiğinde hızı değişebilir ve bunun sonucunda ışığın doğrultusunda değişiklik meydana gelebilir. Bu olaya kırılma denir.
Örneğin ışık havadan suya geçerken kırılabilir. Aynı şekilde sudan havaya çıkarken de kırılma meydana gelebilir.
Burada önemli olan nokta şudur: Işık iki ortamın sınırına dik olarak gelirse doğrultusunda değişiklik meydana gelmeden diğer ortama geçebilir. Fakat ışık yüzeye eğik gelirse kırılma daha belirgin hâle gelir.
Kırılma Neden Olur?
Işığın farklı ortamlarda farklı hızlarla ilerlemesi kırılmanın temel nedenidir.
Hava, su ve cam gibi ortamların ışık üzerindeki etkileri aynı değildir. Işık bir ortamdan başka bir ortama geçtiğinde yayılma koşulları değiştiği için ışığın doğrultusu da değişebilir.
Bu nedenle suyun içindeki cisimlerin konumunu olduğundan farklı algılayabiliriz.
Havuza baktığınızda tabanın size gerçekte olduğundan daha yakın görünmesi buna güzel bir örnektir.
Işığın Soğurulması
Güneşli bir yaz gününde siyah bir tişörtle beyaz bir tişört arasında fark hissedersiniz. Siyah tişörtün daha fazla ısınmasının nedenini hiç düşündünüz mü?
Cisimler üzerlerine gelen ışığın tamamını aynı şekilde yansıtmaz. Bazı renkler belirli ışık dalga boylarını daha fazla soğurabilir.
Özellikle koyu renkli yüzeyler ışığı daha fazla soğurduğu için ışık enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşebilir. Bu nedenle güneş altında koyu renkli yüzeylerin daha fazla ısınması beklenir.
Beyaz cisimler ise üzerlerine gelen görünür ışığın büyük bölümünü yansıttıkları için güneş ışığı altında koyu renkli cisimlere göre daha az ısınabilir.
Burada arkadaşlarınızın sık yaptığı bir hata var: “Siyah renk ışığı üretir.” gibi düşünmeyin. Siyah cisim ışığın büyük bölümünü soğurduğu için siyah görünür.
Renkli Cisimler Neden Renkli Görünür?
Bir cismin hangi renkte göründüğünü anlamak için üzerine gelen ışık ile cismin yansıttığı ışık arasındaki ilişkiye bakmamız gerekir.
Örneğin beyaz ışık altında kırmızı bir cisim düşünelim. Cisim kırmızı ışığı diğer renklere göre daha fazla yansıttığı için gözümüze ulaşan ışık kırmızı ağırlıklı olur ve cismi kırmızı görürüz.
Siyah cisim ise görünür ışığın büyük bölümünü soğurduğundan siyah görünür.
Bu yüzden bir cismin rengi, yalnızca cismin kendisine değil, üzerine düşen ışığın rengine de bağlıdır.
Saydam, Yarı Saydam ve Opak Maddeler
Işığın maddelerle etkileşimini anlamak için maddeleri ışığı geçirme durumlarına göre de sınıflandırabiliriz.
Cam gibi saydam maddeler ışığın büyük bölümünü geçirir. Bu nedenle saydam maddelerin arkasındaki cisimleri görebiliriz.
Buzlu cam gibi yarı saydam maddeler ışığın bir kısmını geçirirken ışığın bir kısmını dağıtır. Bu nedenle arkasındaki cisimler net görünmez.
Tahta veya metal gibi opak maddeler ise ışığı büyük ölçüde geçirmez. Işık bu maddelerin içinden geçemez.
Bu üç kavramı karıştırmamak için günlük hayattan örneklerle düşünmek çok daha kolaydır: Temiz cam saydam, buzlu cam yarı saydam, tahta ise opaktır.
Yeni Nesil Örnek Soru 1
Bir öğrenci elindeki lazer ışığını önce düz bir aynaya, daha sonra içi su dolu saydam bir kaba gönderiyor. Aynaya gönderilen ışığın geri döndüğünü, suya gönderilen ışığın ise suya girerken doğrultusunun değiştiğini gözlemliyor.
Bu öğrencinin yaptığı gözlemler aşağıdaki olaylardan hangileriyle açıklanabilir?
A) Yalnızca soğurulma
B) Aynada yansıma, suda kırılma
C) Aynada kırılma, suda soğurulma
D) Her iki durumda da yalnızca yansıma
Çözüm: Aynaya ulaşan ışığın yüzeyden geri dönmesi yansıma olayıdır. Işığın havadan suya geçerken doğrultusunun değişmesi ise kırılmadır. Bu nedenle doğru cevap B seçeneğidir. Soruda özellikle “geri dönme” ve “doğrultu değiştirme” ifadelerine dikkat etmek gerekir. Geri dönme yansımayı, başka bir ortama geçerken yön değiştirme ise kırılmayı düşündürmelidir.
Yeni Nesil Örnek Soru 2
Bir öğretmen sınıfta aynı büyüklükte iki metal levha kullanıyor. Levhalardan biri siyah, diğeri beyaz renktedir. Her iki levhayı aynı süre boyunca güneş ışığı altında bekletiyor ve sıcaklıklarını ölçüyor.
Bir süre sonra siyah levhanın beyaz levhaya göre daha fazla ısındığını gözlemliyor.
Bu deneyle ilgili aşağıdaki yorumlardan hangisi doğrudur?
A) Siyah levha ışığı daha fazla soğurduğu için daha fazla ısınmıştır.
B) Beyaz levha ışığı daha fazla soğurduğu için daha fazla ısınmıştır.
C) Siyah levha ışığı tamamen geçirdiği için daha fazla ısınmıştır.
D) Beyaz levha ışığı tamamen soğurduğu için sıcaklığı daha düşük kalmıştır.
Çözüm: Siyah yüzeyler üzerlerine gelen ışığın daha büyük bir bölümünü soğurabilir. Soğurulan ışık enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüştüğünden siyah levhanın sıcaklığı daha fazla artabilir. Beyaz yüzeyler ise görünür ışığın daha büyük bölümünü yansıttığından aynı koşullarda daha az ısınabilir. Bu nedenle doğru cevap A seçeneğidir.
Işığın maddeyle etkileşimini öğrenirken tek tek kavramları ezberlemek yerine olayın kendisini gözünüzün önüne getirin. Ayna karşısında ışığın geri dönmesi yansımayı, suya giren ışığın yön değiştirmesi kırılmayı, koyu renkli yüzeyin güneşte ısınması ise soğurulmayı hatırlatır. Böyle düşündüğünüzde özellikle yeni nesil sorularda verilen günlük yaşam örneklerini bilimsel kavramlarla eşleştirmek çok daha kolay olacaktır.