10 Sınıf Gölge

Gölge, ışık ışınlarının yolları üzerindeki saydam olmayan bir engel nedeniyle ulaşamadıkları alana denir. Bir ışık kaynağından çıkan ışınların saydam olmayan bir cisimle karşılaşmaları durumunda ışık cismin arkasına geçemez, böylece cismin arkasında gölgesi oluşur. Tam gölge ve yarı gölge diye iki doğa olayı var, bunları da bu yazıda inceleyeceğiz.

Aşağıdaki resim, bir bardağı, güneş gören bir pencerenin önüne koyup çektiğim bir fotoğraf. Bardağın gölgesinin zeminde oluştuğuna dikkat edin.

Aşağıdaki resimde aynı bardağı bu kez yere koymadım elimde tuttum. Bu sefer bardağın gölgesi duvarda oluştu. Oluştuğu yerler farklı olsa da her iki resimdeki ortak özellik gölgenin karanlık olması.

Bardağın gölgesinin oluşmasının nedeni, bardağın güneşten gelen ışığı arkasına geçirmemesi. Çünkü bu bardak seramik, yani saydam olmayan (opak) bir malzemeden yapılmış. Şimdi sorayım, ya bardak cam gibi saydam bir malzemeden yapılmış olsaydı, o zaman gölgesi oluşur muydu? Yorumlarda cevabınızı bekliyorum.

Tam gölge nedir ve nasıl oluşur?

Işık kaynağından gelen ışınların tamamının cisim tarafından durdurulduğu, hiçbirinin cismin arkasına düşmediği durumda tam gölge oluşur. Bu durumda cismin arkası tamamen karanlık olur. Yalnızca tam gölge noktasal bir ışık kaynağının kullanılmasıyla oluşur. Aşağıdaki fotoğraf yaptığımız bir deneyi gösteriyor. Bir pinpon topuna ip geçirip bir kutunun tavanından sarkıttık. Sonra telefonun flaşını ışık kaynağı olarak kullandık ve pinpon topunun tam gölgesini elde ettik.

Şimdi de bu fotoğrafın şemasını çizelim, ışık ışınlarının pinpon topu tarafından nasıl engellendiğini görelim.

Yukarıdaki resimde bir noktasal ışık kaynağının önüne saydam olmayan küresel bir cisim yerleştirilmiş, cismin arkasına da bir ekran konulmuş. Işık kaynağından çıkan ışınlar her yöne yayılıyor. Ancak cisme denk gelen ışınlar engelleniyor. Işık kaynağından cismin altına ve üstüne doğru çizilen iki ışın, kaynaktan ekrana ulaşabilen ışınların kaldığı bölgeyi belirliyor. Cismin engellediği bölge ise tam gölge oluyor, yani tamamen karanlıkta kalıyor. Gölgenin büyüklüğüyle ışık kaynağının cisme uzaklığına dikkat etmelisiniz. Şimdi soralım, şu sorulara yorumlarda cevabınızı yazabilirsiniz:

1. Cisim ve perde arasındaki mesafe aynı kalmak kaydıyla, noktasal ışık kaynağını cisme yaklaştırırsak gölgesi büyür mü yoksa küçülür mü? Peki ya kaynağı uzaklaştırırsak gölge büyür mü küçülür mü?
2. Işık kaynağı ile cisim arasındaki sabitken perdeyi uzaklaştırırsak gölge büyür mü küçülür mü?
3. Noktasal bir ışık kaynağı için gölgenin büyüklüğü her zaman cismin büyüklüğünden büyük müdür? Eşit veya küçük olabilir mi?

Yukarıdaki resim yine yaptığımız bir başka deneyi (aslında gözlemi) gösteriyor. Bu kez iki pinpon topu kullandık. Öndeki (bize yakın olan) pinpon topu biraz daha yukarıda, arkadaki biraz daha aşağıda. Kutunun arkasındaki ekranda gördüğümüz gölgelerin sizce hangisi hangisine ait? Büyük olan gölge öndeki pinpon topunun mu yoksa arkadakinin mi?

Yarı gölge nedir ve nasıl oluşur?

Yarı gölgeyi anlamak için saydam olmayan bir cismin birden fazla noktasal ışık kaynağıyla aydınlatıldığı durumları incelemeliyiz. Önce iki noktasal ışık kaynağıyla başlayalım. Aşağıdaki fotoğrafta yaptığımız bir başka deneyde iki telefonun flaşını iki noktasal ışık kaynağı olarak kullanıyoruz. Topun iki gölgesinin oluştuğunu ve bunların kesişiminde daha koyu bir karanlığın olduğunu görüyoruz.

Şimdi bu durumun da şemasını çmonash.pwğrafa üstten bakıyoruz bu şemada. Aşağıdaki resimde cisme eşit mesafede iki noktasal ışık kaynağı gösteriliyor. Her ışık kaynağı için sınırları belirleyen ışınları kürenin altına ve üstüne çizdiğimizde, cismin iki gölgesinin oluştuğunu görüyoruz. Eğer bu noktasal ışık kaynaklarının yalnızca birini ya da diğerini kullansaydık bu gölgeler tam gölge olacaktı. Ama ikisini birden kullandığımız için, birinci ışık kaynağı ikinci kaynağın oluşturduğu gölgenin bir kısmını aydınlatıyor. İkinci kaynak da birincinin oluşturduğu gölgenin bir kısmını aydınlatıyor. Bu bölgeler tamamen karanlık olmuyor. İşte bu kısmen karanlık olan bölgelere yarı gölge diyoruz. Resimde gri olarak gösterilen alanlar yarı gölge.

Ama iki noktasal ışık kaynağı kullandığımızda yalnızca yarı gölge oluşmuyor, iki gölgenin kesişiminde bir de tam gölge oluşuyor. Çünkü bu kesişim bölgesi iki kaynaktan da ışık almıyor, tamamen karanlıkta kalıyor. Ayrıca noktasal ışık kaynaklarının cisme eşit mesafede olması gerekmiyor. Aşağıdaki resimde cisimden farklı uzaklıktaki iki noktasal ışık kaynağının oluşturduğu tam gölge ve yarı gölge gösteriliyor.

Yine tam gölgenin iki noktasal ışık kaynağının kesişim bölgesinde olduğunu görüyoruz. Uzaktaki kaynağın ışığının yakındaki kaynağın oluşturduğu gölgenin bir kısmını aydınlattığını ve bu bölgelerde yarı gölge oluştuğunu fark etmiş olmalısınız.

Küresel ışık kaynağı ile gölge oluşumu

Buraya kadar noktasal ışık kaynaklarının oluşturduğu gölgeyi incelemiştik. Şimdi küresel bir ışık kaynağının oluşturduğu gölgeye bakalım. Küresel bir ışık kaynağını bir sürü noktasal ışık kaynağının bir arada toplanmış hali olarak düşünebiliriz. Aşağıdaki resimde bir küresel kaynağın sadece en üst ve en alt bölgelerinde sanki birer noktasal ışık kaynağı varmış gibi hayal ediyoruz.

Küresel kaynağın farklı bölgelerinden gelen ışınlar, diğer bölgelerin oluşturduğu gölgeyi kısmen aydınlattığı için dış kısımda bir yarı gölge oluştuğunu görüyoruz. Ama küresel kaynağın hiç aydınlatamadığı bir bölge var, burada tam gölge oluşuyor.

Gölge ile ilgili kazanımlar

Saydam, yarı saydam ve saydam olmayan maddelerin ışık geçirme özelliklerini açıklar.

• Gölge ve yarı gölge ile ilgili matematiksel hesaplamalara girilmez.
• Öğrencilerin gölge ve yarı gölge alanlarını çizmeleri ve açıklamaları sağlanır.