Snell yasasını gösteren basit bir şekil. N1ve N2farklı iki ortam ve θ1> θ2
Snell yasasıışığın geldiği ortamın kırıcılık indisiyle geliş doğrultusunun normalle yaptığı açının sinüsünün, ışığın gittiği ortamın kırıcılık indisiyle gidiş doğrultusunun normalle yaptığı açının sinüsüyle çarpımına eşitlenmesiyle oluşan formüle dayalı fiziğin optik dalında yer alan bir yasadır.
Bu denkleme göre ortamların kırıcılık indisleri ışığın o ortamdaki hızıyla ters orantılıdır. Kırıcılık indisi ne kadar çoksa ışık o kadar yavaş hareket eder.
n1 = Işığın geldiği ortamın kırıcılık indisi (katsayısı) n2 = Işığın gittiği ortamın kırıcılık indisi (katsayısı) θ1 = Işığın geliş doğrultusunun normalle yaptığı açı θ2 = Işığın kırıldıktan sonraki gidiş doğrultusunun normalle yaptığı açı
Normal: Bir optik sisteminde ışığın kırıldığı noktadan asal eksene çizilen dikme.
Işığın kırılması[değiştir
Kırılma
Bir saydam ortamdan diğer bir saydam ortama geçen ışık ışını yön değiştirir. Işığın yön değiştirmesinin nedeni ışığın farklı saydam ortamlarda farklı hızla hareket etmesidir. Örneğin ışık havada 3.108 m/s hızla hareket ederken cam ortama girdiğinde hızı 2.108 m/s civarına düşer.
Işık ışınları saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken ışınların bir kısmı ortam sınırından yansıyarak geldiği ortama dönerken bir kısmı da ikinci ortama, doğrultusu ve hızı değişerek geçer. Işığın ikinci ortama geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir.
Işığın kırılması olayında su dalgalarında olduğu gibi ışığın hızının değişmesinden dolayı dalga boyu değişir. Frekans ise değişmez. V=λ.f
Her iki ortam da saydam olmasına rağmen, optik özellikleri aynı değildir. Saydam ortamların birbirine benzemeyen ve ışığın kırılmasına sebep olan optik özellikleri yani ışığı kırma özelliklerinin birbirinden farklı olmasıdır. Bu özellik saydam ortamın kırılma indisidir. Kırılma indisi n sembolü ile gösterilir ve optik yoğunluk olarak bilinir. Bu yoğunluk kavramının özkütle ile ilgisi yoktur.
Işığın boşluktaki hızının saydam bir ortamdaki hızına oranına da o ortamın mutlak kırılma indisi denir. Mutlak kırılma indisi aşağıdaki formül ile hesaplanır.
c: ışığın boşluktaki hızı v: ışığın herhangi bir ortamdaki hızı n: ortamın mutlak kırılma indisi
Kırılma Kanunları
Gelen ışın, normal ve kırılan ışın aynı düzlemdedir.
Ortamların kırılma indisi n ile gösterilir. Kırılma indisinin birimi yoktur. Işığı çok kıran ortama çok kırıcı ya da çok yoğun ortam, az kıran ortama az kırıcı ya da az yoğun ortam denir.
Kırılma indisinin değeri hiç bir zaman 1 den küçük olamaz. En küçük 1 olur ki, o da boşluğun kırılma indisidir. Havanın kırıcılık indisi yaklaşık boşluğunkine eşittir nhava = 1 dir. Diğer ortamların hepsinin kırıcılık indisi havanınkinden büyüktür. nsu = 4/3=1.33 ; ncam = 3/2 = 1.5 dir. Su havaya göre çok kırıcı, cama göre az kırıcıdır.
Işığın bir ortamdaki hızı o ortamın kırıcılık indisi ile ters orantılıdır. Boşluktaki hızı c olan ışığın, n kırıcılık indisi ortamdaki hızı, v=c/n den bulunur.
Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçen ışın normale yaklaşarak kırılır. Saydam su ortamı cama göre daha az kırıcıdır. Dolayısıyla sudan cama geçen ışın aşağıdaki verilen şekildeki gibi normale yaklaşarak kırılır.
Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçen ışın normalden uzaklaşarak kırılır. Cam havadan daha yoğun olduğundan camdan havaya geçen ışın yukarıda verilen şekildeki gibi normalden uzaklaşarak kırılır. Işın ister az yoğun ortamdan çok yoğun ortama, ister çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçsin, ışınlardan az yoğun ortamda olanın normalle yaptığı açı, çok yoğun ortamda olan ışının normalle yaptığı açıdan büyüktür.
Işık azdan çok yoğuna veya çoktan az yoğuna geçerken ortama dik olarak geçerse doğrultusu değişmez, fakat hızı ve dalga boyu değişir.
Bir ışık ışını yukarıdaki gibi izlediği yolun tersinden gönderildiğinde yine aynı yolu izleyerek geri döner. Buna ışığın tersinirliği denir.
Işığın gelme açısının sinüsünün (sinθ1 ), kırılma açısının sinüsüne oranı (sinθ2 ) her zaman sabittir ve ikinci ortamın kırılma indisi ile birinci ortamın kırılma indisinin oranına eşittir. sinθ1 / sinθ2 = n2 / n1 bu bağıntıya Snell bağıntısı denilir.
Sınır Açısı ve Tam Yansıma Olayı
Işık ışınları, kırılma indisi küçük ortamlardan büyük ortamlara hangi açı ile gelirse gelsin normale yaklaşarak kırılır ve ikinci ortama geçer. Işık ışınları çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırılır. Çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama gelen ışınlar ikinci ortama her zaman geçemeyebilir. Ancak belli açılardan küçük açılarla geldiği zaman geçer.
Gelme açısı büyüdükçe kırılma açısı büyür ve ışığın kırılma açısı 90° olduğu andaki gelme açısına sınır açısı denir. Eğer ışık ışınları sınır açısından daha büyük açıyla gelirse ikinci ortama geçemez ve geldiği ortama normalle eşit açı yaparak geri döner. Bu olaya tam yansıma denir.
Sudan havaya gelen ışınlar için sınır açısı 48° dir. Camdan havaya gelen ışınlar için sınır açısı 48° dir. Ortamların kırıcılık indisleri arasındaki fark büyüdükçe sınır açısı küçülür. Saydam bir ortamdan başka saydam ortama gelen ışık ışınları için ortamların kırıcılık indisleri arasındaki fark büyüdükçe kırılma miktarı artar. Kırıcılık indisleri birbirine yaklaştıkça kırılma miktarı azalır.
Su Yüzeyinde Görüntü Oluşumu
Işık ışınları havadan gelip su, buz, cam gibi saydam ortamlara çarptıklarında bu ışınların bir kısmı kırılarak diğer ortama geçerken bir kısmı ortamları ayıran yüzeyde yansımaya uğrar. İşte bu yüzden su, cam, ya da buz yüzeyi ayna gibi de davranır.
Serap Olayı
Işığın farklı sıcaklıktaki hava katmanlarında tam yansıma yapması sonucu serap olayı dediğimiz olay meydana gelir. Yazın yolculuk yaparken uzakta asfalt üzerinde su birikintisi varmış gibi durumu serap olayına bir örnektir.
Aşağıdaki şekilde çöldeki bir gözlemci serap olayı sonucu, palmiye ağacını sanki suda görüntüsü varmış gibi görür.
Görünür Uzaklık (Optik Yanılgı)
Saydam ortamda bulunan bir gözlemci, bulunduğu ortamın dışındaki başka saydam ortamda bulunan cisme baktığında cisimler bulundukları yerden farklı görünür. Bu olaya görünür uzaklık(derinlik) ya da optik yanılgı denir. Su dolu havuza üstten bakıldığında, havuz derinliği, olduğundan daha az algılanır.
Aşağıdaki görseldeki gibi gözlemci(kartal) az yoğun ortamdan çok yoğun ortama normal ya da normale yakın yerden bakarsa ortamda bulunan cismi(balık) gerçek yerinden daha yakın görür. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakan bir gözlemci(balık) ise cismi(kartal) gerçekte bulunduğu yerden daha uzakta görür. Bunun sebebi, ışığın kırılarak göze gelmesi ve gözün de cismi kırılan ışınların uzantısında görmesidir.
Yüzeyleri birbirinde ayıran yüzeye dik olarak indirilen hayali çizgidir.” N” harfi ile gösterilir.
Gelen ışın- Gelme açısı
Ortamları ayıran yüzeye gönderilen ışına gelen ışın, gelen ışın ile normal arasında kalan açıya gelme açısı denir.
Kırılan ışın -Kırılma açısı
Ortam değiştirirken doğrultu değiştiren ışına kırılan ışın, kırılan ışın ile normal arasındaki açıya kırılma açısı denir.
Sapma Açısı
Yüzeye gelen ışının uzantısıyla kırılan ışının arasında kalan açıya sapma açısı denir.
Kırılma İndisi (n)
Bir ortamın kırılma indisi, o ortamda yol alan ışığın boşlukta yol alan ışığa göre ne kadar yavaş ilerlediğini gösteren bir katsayıdır. Kırılma indisi, ışığın boşluktaki hızının(c) bir saydan ortamdaki ortalama hızına(v) oranı olarak da ifade edilebilir.
Sınır Açısı
Kırılma açısını 90° yapan gelme açısına sınır açısı denir.
Snell Yasası
Snell yasası, bir ışığın gelme ve kırılma açılarının sinüs değerinin oranı ile ortamların kırıcılık indisi oranlarının tersinin eşit olduğunu ifade etmektedir. Bu ifadeyi en iyi açıklayan matematiksel model aşağıdaki gibidir:
n1.sin?1 = n2.sin?2
Snell Yasası ışığında kırılma açısını etkileyen üç faktör olduğu sonucuna varabiliriz.
ışığın geldiği ortamın kırılma indisi
ışığın kırılıp geçtiği ortamın kırılma indisi
ışığın gelme açısı
Kırılma Kanunları
Işık ışınını farklı ortamlarda farklı şekilde kırılır. Kırılma olaylarında bazı kurallar geçerlidir. Bu kurallara kırılma kanunları denir.
1.AZ YOĞUN ORTAMDAN ÇOK YOĞUN ORTAMA GEÇEN IŞINLAR
Normal üzerinden gelen ışın kırılmaya uğramadan yoluna devam eder.
Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama dik açı dışında gelen bir açıyla gelirse ışın normale yaklaşarak kırılır. Ayrıca bu ortam değişikliğinde ışık ışını geçerken hızı azalır.
Bu durumu da şöyle örneklendirebiliriz. Az yoğun ortamda 1 tane sandık taşıdığımızı düşünelim. Çok yoğun ortama geçerken sandık sayısının 3 olduğunu farz edelim. Yükümüz fazla olduğu için hızımız yavaşlar ve yükü taşırken yere daha çok eğiliriz. Yere daha çok eğilmeyi “normale yaklaşarak kırılma” diye düşünebiliriz. Böylece soruları rahatlıkla çözebiliriz.
2.ÇOK YOĞUN ORTAMDAN AZ ORTAMA GEÇEN IŞINLAR
Normal üzerinden gelen ışın kırılmaya uğramadan yoluna devam eder.
Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama dik açı dışında gelen bir açıyla gelirse ışın normalden uzaklaşarak kırılır. Ayrıca bu ortam geçişinde ışık ışını geçerken hızı artar.
Bu durumu da şöyle örneklendirebiliriz. Çok yoğun ortamda 3 tane sandık sayısı taşıyan birinin hızı oldukça yavaştır. Az yoğun ortama geçince 1 sandık taşıdığını farz edelim. Bu sefer kişinin hızı artacak yükü hafiflediği için de dik durabilecek. Dik durabilmeyi “normalden uzaklaşarak kırılma” diye düşünebiliriz.
Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama sınır açısı ile gelen ışın iki yüzeye teğet geçerek ilerler. Kırılma açısının doksan derece olduğu bu açıya sınır açısı denir. Sınır açısı ışının geldiği ortama göre farklılık gösterir. Sınır açısı sudan havaya geçerken 48 °C iken camdan havaya geçerken 42°C’dir.
Tam Yansıma
Sınır açısından büyük gelen ışınlar diğer ortama geçemeden bulunduğu ortama geri döner. Bu olaya tam yansıma denir. Tam yansıma olayından teknolojide yararlanılmaktadır. Çok ince fiberoptik kablo içerisinde gönderilen ışık tam yansıma olayıyla ilerler. Fiberoptik kablo tıpta ve iletişimde kullanılmaktadır.
Serap Olayı
Çölde ya da yazın asfalt üzerinde görülen serap olayında iki ortamın sıcaklık farkından kaynaklanmaktadır. Yazın çöl ya da asfalta yakın yüzeyde bulunan havanın sıcaklığı yüksekteki havaya göre daha sıcaktır. Cisimlerden çıkan ışık ışını yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken tam yansımaya uğrar. Bu yansımadan dolayı çölde veya asfaltta su birikintisi varmış gibi algılamamıza neden olur.
Gökkuşağı ve Renk Oluşumu
Beyaz ışık tüm renklerin karışımıdır. Beyaz ışık KuTu SaYaMaM kodlaması olan sırasıyla kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, mor renkleri içerir. Beyaz ışık hava ortamından cam ortamına geçerken yoğunluk farkından ötürü kırılmaya uğrar ve kendini oluşturan renklere ayrılır. Renklerin sırası kırıcılıklarına göredir. Mor renk en fazla kırılırken kırmızı renk en az kırılır.
Gökkuşağı oluşumunda da beyaz ışık renklerine ayrılır. Yani ışık havadan yağmur damlasına geçerken beyaz ışığı oluşturan renkler farklı açılarla kırılarak ayrılır.
Işığın Kırılması Örnek Soru Çözümü
Bu konuyu tam olarak anlamak için senin de tahmin edeceğin üzere bol bol soru çözümü yapmak da çok önemli. Çünkü tanımların ve formüllerin nereden geldiğini kavrayıp öğrendikten sonra, soruların içinde nasıl yer aldığını görmen gerekiyor. Kuralları öğrendikten sonra, sorular ile pratik yapman gerekli. Fizik konu anlatımı videolarımıza da göz attıktan sonra, kendi kaynaklarından sonra MEB Kaynaklarına da göz atmanı tavsiye ediyoruz.
☀️☀️☀️
Her ders için değişmeyen kilit nokta bol bol soru çözümü ile pratik yapmak. Çözemediğin sorulara yanıt bulmak istiyorsan sınava hazırlık sürecinde Kunduz hep yanında! Profesyonel eğitmenler tarafından hazırlanan Soru Çözümü, binlerce soru ve çözümden oluşan Soru Bankası hizmetlerimizden faydalanabilirsin.
