Kırılma 10. Sınıf Fizik

Kategoriler: 10. Sınıf Fizik, Fizik, Optik

Kavramlar

  • Ortamların ışığı kırıcılık özelliği sabit bir sayı ile ifade edilir ve buna kırılma indisi ya da kırıcılık indisi denir. Kırılma indisi n ile gösterilir. Kırılma indisi saydam maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

Bilgi: Optikte kullanılan “yoğun” ifadesi ışığın ortamdaki yayılma hızını etkileyen özelliği ifade eder. Maddenin birim hacminin kütlesi olan özkütle değildir.

  • Işığı çok kıran bir ortam çok kırıcı ya da yoğun ortam, ışığı az kıran bir ortam az kırıcı ya da az yoğun ortam olarak adlandırılır.
  • Saydam bir ortamın boşluğa göre kırılma indisine mutlak kırılma indisi denir.

Işığın Vx hızıyla yayıldığı bir X ortamının mutlak kırıcılık indisi, ışığın boşluktaki c hızı kullanılarak aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

  • Saydam bir ortamın başka bir saydam ortama göre kırılma indisine bağıl kırılma indisi denir.

Kırılma indisi n1, ışığın yayılma hızı v1 olan 1 ortamının; kırılma indisi n2, ışığın yayılma hızı v2 olan 2 ortamına göre, bağıl kırılma indisi (n21) aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

  • Birbiriyle temas eden hava ve su gibi iki saydam ortamın sınır çizgisine ayırıcı yüzey denir.
  • Ayırıcı yüzeye çizilen dikmeye yüzey normali ya da kısaca normal denir ve N ile gösterilir.

  • Gelen ışının normalle yaptığı açıya (i) gelme açısı denir.
  • Kırılan ışının normalle yaptığı açıya (r) kırılma açısı denir.
  • Gelen ışınla kırılan ışın arasındaki açı (θ) sapma açısıdır.

Kırılma Yasaları

  • Gelen ışın, normal ve kırılan ışın aynı düzlemdedir.
  • Saydam iki ortam için; gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı her zaman sabittir ve
    sin i / sin r = sabit şeklinde gösterilir. Bu yasaya Snell Yasası denir.
  • Işık, kırılma indisi n1 olan ve v1 hızıyla yayıldığı 1. ortamdan, kırılma indisi n2 olan ve v2 hızıyla yayıldığı 2. ortama geçtiğinde gelme ve kırılma açılarının sinüsleri ile hızlar ve kırılma indisleri arasındaki bağıntı (Snell Bağıntısı) aşağıdaki gibidir.

Işığın Kırılması İle İlgili Özellikler

Tam Yansıma ve Sınır Açısı

Serap Olayı

  • Sıcak havalarda yeryüzüne yakın hava katmanının, yukarısındaki hava katmanından daha sıcak olduğu durumlarda tam yansıma olayı gerçekleşir.
  • Soğuk havanın kırılma indisi sıcak havanın kırılma indisinden büyük olduğundan yukarılardan gelen ışınlar alt hava katmanında tam yansımaya uğrar.
  • Kırılan ışınların uzantılarının kesişmesiyle yerde su birikintisi gibi görüntüler oluşur. Buna serap olayı denir.

Fiber Optik Kablolar

  • Tam yansıma olayının kullanıldığı en önemli alanlardan biri de fiber optik kablolardır.
  • Fiber optik kablolar aslında saç kalınlığında camdan yapılan çok ince tellerdir.

  • Kabloların içine gönderilen ışınlar kablonun iç duvarlarında tam yansımaya uğrayarak dışarı çıkamaz ve bir engelle karşılaşmadan kablo boyunca gidebilir.
  • Elektrik kablolarında telin gösterdiği direnç elektrik sinyallerinin zayıflamasına sebep olurken fiber optik kablolarda elektrik direnci gibi büyük bir engel olmadığı için sinyaller fazla zayıflamadan iletilebilmektedir.

Paralel Kayma

Örnek:

Küresel Ortamlarda Kırılma

Örnek:

Görünür Uzaklık (Derinlik)

  • Biz cisimleri daima, cisimlerden gözümüze gelen ışınların uzantısında görürüz.
  • Görüntüler, gelen ışınların kendilerinin kesiştiği ya da uzantılarının kesiştiği noktalarda oluşur.
  • Gözlemci ve cisim aynı saydam ortamda bulunduklarında görüntüler gerçek yerlerinde oluşur.
  • Gözlemci ve cisim farklı kırılma indisine sahip ortamlarda bulunduklarında ise görüntülerin oluştuğu yerler farklı olur. Çünkü cisimlerden gelen ışınlar ortam değiştirirken kırılmaya uğrayarak farklı noktalarda kesişir.

Bilgi: Az yoğun ortamdan, çok yoğun ortamlardaki cisme bakıldığında, cisim olduğu yerden daha yakında görülür. Çok yoğun ortamdan, az yoğun ortamlardaki cisme bakıldığında, cisim olduğu yerden daha uzakta görülür.

Işığın Kırılması Soruları ve Çözümleri

Tam Yansıma, Sınır Açısı ve Görünür Uzaklık  Soruları ve Çözümleri

Daha önceki bölümde bir su dalgasını derin ortamdan sığ (az derin) ortama gönderdiğimizde şekildeki gibi büküldüğünü ifade etmiştik. Bu olaya su dalgalarının kırılması denilmişti. Işık dalgaları da aynen su dalgaları gibi daranır. Işığı bir ortamdan başka bir ortama gönderdiğimizde doğrultu değiştirerek o ortamda ilerler. Bu olaya ışığın kırılması denir. Su dalgalarında ortamları birbirinden ayıran özellik su derinliğidir. Işık dalgalarında ise ortamları ayıran bu özelliğe saydam ortamın kırılma indisi denir. Kırılma indisi saydam ortamın ışığa karşı gösterdiği direnç gibi düşünülebilir. n harfi ile gösterilir. Birimsiz bir niceliktir. Işığın kırılması olayına günlük hayatta sıkça rastlarız. Bardaktaki çay kaşığının düz görünmemesi, sudaki madeni paranın olduğundan daha büyük ve farklı yerde algılanması gibi durumlar tamamen kırılma olayı ile ilgilidir.

Işığın hareket edebildiği su ve cam gibi ortamlara saydam ortamlar denir.

Camın ışığı kırma indisi ncam = 3/2, suyun ışığı kırma indisi nsu = 4/3 tür. Kırıcılık indisi en küçük olan ortam havadır ve havanın ışığı kırma indisi nh = 1 dir. Kırıcılık indisi her ortam için farklı bir değer aldığı için ayırt edici bir özelliktir. Kırıcılık indisi büyük olan ortama çok yoğun, küçük olan ortama az, yoğun ortam denilebilir.

Şekil I deki gibi az yoğun X ortamından çok yoğun Y ortamına tek renkli bir ışık gönderildiğinde normale yaklaşarak kırılır.

Burada;
θX = Gelme açısı
θY = Kırılma açısı

Şekil II deki gibi çok yoğun K ortamından az yoğun L ortamına tek renkli ışın gönderildiğinde normalden uzaklaşarak kırılır.

Hem Şekil l de hem Şekil II de görüldüğü gibi kırıcılık indisi ile ışığın o ortamın normali ile yaptığı açı ters orantılıdır. Snell adlı bilgin yukarıda ulaştığımız ilkeyi bir eşitlik haline getirerek Snell bağıntısını türetmiştir. Snell bağıntısı

Kırılma Kanunları ve Özellikleri

1. Gelen ışın, kırılan ışın ve normal aynı düzlemdedir.

2. Işın saydam ortamlarda hareket ederken az yoğun (az kırıcı) ortama geçerken normalle yaptığı açı artar. Işın çok kırıcı (çok yoğun) ortama geçerken normalle yaptığı açı azalır.

3. Işığın bir ortamdaki hızı o ortamın kırıcılık indisiyle ters orantılıdır. Işığın boşluktaki hızı c yani ışık hızıdır. (c = 300.000 km/s dir.) n indisli ortamda ışığın hızı;


4. Yoğunlukları farklı X ortamından Y ortamına ya da Y ortamından X ortamına dik olarak gönderilen ışık kırılmadan, doğrultusunu değiştirmeden diğer ortama geçer. Ancak ışığın hızı ve dalga boyu değişir.

5. Işık geldiği yolun tersinden gönderilirse yine aynı yolu izleyerek geri döner. Şekil I de X ortamından Y ortamına gönderilen ışığın izlediği yol gösterilmiş. Işın Y ortamından X ortamına geldiği yolun tersine gönderilirse Şekil II deki gibi aynı yolu izler. Buna ışığın tersinirlik özelliği denir.

6. Bir ortamdan başka bir ortama gönderilen ışık doğrultusunu değiştirmeden gidiyorsa o ortamlar aynı demektir.
(nX = nY)

7. X ortamından Y ortamına şekildeki gibi gönderilen ışın ortamları ayıran yüzey üzerinden gidebilir. Bu durumda nX > nY dir.

8. X ortamından Y ortamına gönderilen ışık Y ortamına geçemeden geldiği ortama geri dönüyorsa buna tam yansıma denir. Bu durumda ışığın geçemediği ortamın indisi daha küçüktür. nX > nY olur.

Temel Yeterlilik Sınavı (TYT)
15 Haziran 2019 Cumartesi