Işığın Kırılması Konu Anlatımı (Kırılma Kanunları, Derinlik, Kırılma İndisi ve Prizmalar)

Işığın kırılması konu anlatımı. Özellikle 12. sınıf fizik dersi ışığın kırılması konusu özeti. Kırılma kanunları, görünür derinlik, kırılma indisi, prizmalar konu anlatımı

Işığın saydam bir ortamdan diğerine geçerken doğrultu değiştirmesine ışığın kırılması denir. Işığın kırılmasının nedeni farklı ortamlarda farklı hıza sahip olmasındandır.

Kırılma Kanunları

Gelen ışın, normal ve kırılan ışın aynı düzlemdedir.
Gelme açısının sinüsünün, kırılma açısının sinüsüne oranı sabittir. Bu sabit, ikinci ortamın birinci ortama göre kırılma indisine eşittir. Kırıcılık indisleri ile açılar arasındaki ilişki,

$\displaystyle \frac{\sin {{\theta }_{1}}}{\sin {{\theta }_{2}}}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}={{n}_{1,2}}$ şeklinde ifade edilir.

Bu bağıntıya Snell bağıntısı denir. Bağıntıdaki sabit değere ışığın ikinci ortamın, birinci ortama göre, kırılma indisi denir. Kırılma indisi saydam maddelerin ayırt edici bir özelliğidir. Burada kırılma indisi bağıl kırılma indisi ve mutlak kırılma indisi olmak üzere ikiye ayrılır.

Bağıl Kırılma İndisi

Saydam bir ortamın kırılma indisinin, başka bir saydam ortama göre kırılma indisine denir. Örneğin, suyun cama göre bağıl kırılma indisi $\displaystyle \frac{{{n}_{su}}}{{{n}_{cam}}}$ şeklinde ifade edilir.

Mutlak Kırılma İndisi

Saydam bir ortamın boşluğa göre kırılma indisine denir. Bir ortamın mutlak kırılma indisi bulunurken ışığın boşluktaki hızının o ortam içerisindeki hızına oranı alınır.

Yani; $\displaystyle n=\frac{c}{v}$ dir.

Kırılma indisinin değeri hiç bir zaman 1 den küçük olamaz. En küçük 1 olur ki, o da boşluğun kırılma indisidir. Havanın kırılma indisi de yaklaşık boşluğun kırılma indisine eşit kabul edilir. Bundan dolayı havanın kırılma indisi 1 alınır. Suyun kırılma indisi $\displaystyle {{n}_{su}}=\frac{4}{3}$ , camın kırılma indisi 3/2 dir. Kırılma indisleri ile hızlar arasında n1/n2 = v2/v1 bağıntısı vardır. Snell bağıntısıyla bu bağıntı birleştirilirse,

$\displaystyle \frac{\sin {{\theta }_{1}}}{\sin {{\theta }_{2}}}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}=\frac{{{v}_{1}}}{{{v}_{2}}}$ elde edilir.

Serap Olayı

Yaz aylarında zemin üzerindeki havanın ısınması nedeniyle kırılarak gözümüze gelen ışınlar baktığımız yerin ıslak ya da parlak şekilde görmemize neden olur. Aslında ış ığın kırılması olan bu olaya serap olayı denir.

Ufuk Çizgisi

Güneş batarken uzun süre ufuk çizgisinde görünür. Ancak aslında Güneş çoktan ufuk çizgisinin altına girmiştir ve görünmemesi gerekir. Ancak Güneş ışınlarının kırılması ve bize ulaşması nedeniyle bir süre daha Güneşi görmeye devam ederiz. Atmosferimizi oluşturan hava yeryüzüne yakın yerlerde daha yoğundur. Işık atmosferin üst katmanlarında aşağılara göre daha hızlı hareket eder. Bu da ışığın kırılmasına neden olur ve Güneş ufuk çizgisinin altına girmesine rağmen onu görmeye devam ederiz. Ayrıca batmaya yakın Güneş elips şeklinde görünür. Bunun da nedeni ışık ışınlarının atmosferde kırılarak bize ulaşmasıdır.

Görünür Derinlik

Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama bakılırsa cisim gerçek yerinden daha yakında görülür. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakıldığında ise cisim gerçekte bulunduğu yerden daha uzakta görülür.

Görünür derinlik (h’)
$\displaystyle h'=h.\frac{{{n}_{g\ddot{o}z}}}{{{n}_{cisim}}}$ bağıntısından bulunur.
ngöz : Gözün bulunduğu ortamın kırılma indisi
ncisim: Cismin bulunduğu ortamın kırılma indisidir.

♦Birbirine karışmayan ve kırıcılık indisleri n1, n2, n3 olan sıvılar düşey kesiti verilen silindirik kapta h1, h2 ve h3 yüksekliklerinde iken, kap tabanında bulunan K cismine hava ortamından bakan göz, cismi;

$\displaystyle h'=\frac{{{h}_{1}}}{{{n}_{1}}}+\frac{{{h}_{2}}}{{{n}_{2}}}+\frac{{{h}_{3}}}{{{n}_{3}}}+....$

bağıntısı ile hesaplanan derinlikte gözler. Bağıntıdaki h’ derinliği K cisminin göründüğü K’ noktasının en üstteki sıvı düzeyine olan düşey uzaklığıdır.

Sınır Açısı ve Tam Yansıma

Işığın çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçişinde kırılma açısı 90° olduğu andaki gelme açısına sınır açısı denir. Işık ışını sınır açısından büyük bir açıyla geliyorsa, tam yansımaya gerçekleşir.

Küresel Yüzeylerde Kırılma

Küresel cam ortamlara gönderilen ışık, camdan geçerken kırılmaya uğrar. Işık, girişte normale yaklaşır. Çıkarken de normalden uzaklaşarak kırılır. Küresel yüzeylerde, merkezden geçen bütün doğrular normaldir.

Işığın Paralel Yüzlü Ortamdan Geçişi

Hava ortamında bulunan paralel yüzlü cama gelen ışın ile camı terk eden ışın birbirine paraleldir. Bu olaya paralel kaymaya denir.

Prizmalar

Saydam maddelerden yapılan prizmalara ışık prizmaları denir.
Işık, prizmalardan geçerken kırılma kanunlarına uygun olarak davranır.
Hava ortamında bulunan cam prizmaya gelen I ışık ışını iki defa yön değiştirip prizmanın tabanına doğru sapar.

Tam Yansımalı Prizmalar

İkizkenar dik üçgen şeklinde olan cam prizmalara tam yansımalı prizmalar denir.
Prizma yüzeyine dik gelen ışın kırılmadan hipotenüse ulaşır ve tam yansımaya uğrar.

Tam yansımalı prizmanın hipotenüsüne paralel olarak gelen ışınlar prizmadan geliş doğrultusuna paralel olarak giderler.
Herhangi bir ışının prizmadaki kırılması kırılma kanunlarına uygun olarak gerçekleşir.

Beyaz Işığın Renklere Ayrılması

Beyaz ışık bazı saydam ortamlardan geçerken kendisini oluşturan renklere ayrılır. Bu ışıkların dalga boyları arasındaki ilişki;

$\displaystyle {{\lambda }_{kirmizi}}...>{{\lambda }_{mavi}}>...>{{\lambda }_{mor}}$

Bir cam prizmaya gönderilen paralel bir beyaz ışık demeti prizmada farklı bir kırılma indisi varmış gibi davrandığından, her renkli ışığın prizma içindeki hızları da farklıdır.