OPTİK ( AYDINLANMA )

                                IŞIK

                               Çevremizi görmemizi sağlayan enerjiye ışık denir. Bu enerjinin çıplak gözle algılanabilenlerine görünen ışık denir. Çıplak gözle algılayamadığımız ışıklar da vardır. Bunlardan bazıları, görünür ışıktan daha az enerjili olan kızılaltı ışınlardır. Termal kamera sıcak cisimlerden yayılan ışımayı görünür yapar.

                              Diğer bir grup ise görünen ışıktan daha fazla enerjiye sahiptir. Bunlar yoğunluklarına ve cinslerine göre insan gözüne ve vücuduna zarar verebilir.

                              Maddeden yayılan bu enerjinin bilimsel adı elektromanyetik dalgadır. Bu dalgalar elektrik yükü taşıyan parçacıkların ivmeli hareketleri ya da uyarılmış ( enerji verilmiş ) bir atomun tekrar eski enerji düzeyine geçerken aldığı enerjiyi ışıma yaparak geri vermesi sonucu oluşur.

                              Ses dalgaları mekanik dalgalardır. Işık dalgalarından farklıdır. Işık boşlukta yayılır ancak ses yayılamaz.

                              Işık hem boşlukta hem de maddeler içinde yayılabilir. Görünen ışığı geçiren maddelere saydam, geçirmeyenlere ise opak madde denir.

                              Işık hangi ortamda olursa olsun doğrular boyunca yayılır. Işığın yönlendirilmiş yayılma doğrularına ışın ışını denir.

                                                      Işık olayları ışınlar yardımıyla yorumlanır.

AYDINLANMA ( IŞIK BASINCI )

                               Işığın bir yüzeyde meydana getirdiği aydınlanma, ışığın o yüzeydeki basıncı olarak tanımlanabilir.

            Yüzeye giden ışınlar kuvvet gibi düşünülürse, aydınlanma birim yüzeye gelen ışın miktarına bağlı bir büyüklüktür.

                               E ile gösterilir. Birimi lüx dür.

                               a ) Aydınlanma Kaynağın Özellikleri İle Değişmesi:

                                    Bir kaynağın ışık şiddeti fazla ise yüzeyleri daha iyi aydınlatır. Işık şiddeti I ile gösterilir. Birimi mum dur. Işık şiddeti büyük olan kaynaklar parlak görünür.

                                    Işık şiddeti ile aydınlanma doğru orantılıdır.

                                    Işık şiddeti arttıkça aydınlanma da artar.

                                    Işık şiddeti azaldıkça aydınlanma da azalır.

                                   E α I

                               b ) Aydınlanmanın Kaynağa Olan Uzaklık İle Değişimi:

                                    Noktasal bir kaynaktan yayılan ışınlar kaynaktan uzaklaştıkça seyrelir. Dolayısı ile birim yüzeye ( 1 santimetre kare ) gelen ışın sayısının azalmasıyla yüzeydeki aydınlanma da azalır. 

                                     Işınlar doğrusal yayıldığı için aydınlanmanın kaynağa olan uzaklıkla nasıl değiştiği benzerlik kullanılarak hesaplanabilir.

                                     Noktasal bir ışık kaynağı, ortası kare biçiminde delinmiş bir karton ve bir perde eşit aralıklarda onulduğunda delikten geçen ışın sayısı perdeyi aydınlatan ışın sayısına eşittir.

                                        Kaynaktan çıkan belirli bir miktar ışığın düştüğü yüzey alanı, yüzeyin kaynağa olan uzaklığın karesi ile orantılıdır. Kaynağın d kadar uzağındaki S yüzeyinden geçen ışın demeti, 2d uzaklıkta 4S lik yüzeyden geçer. Dolayısı ile birim yüzeydeki ışın sayısı azalacağından aydınlanma azalır. Yani d uzadığında S yüzeyinden 4 birim ışın geçerken 2d uzaklığında S yüzeyinden 1 birim ışın geçer.

                                         Buna göre noktasal kaynağın aydınlatması aydınlanan yüzeyin kaynağa olan uzaklığının karesi ile ters orantılıdır.

                                          Bazı kaynakların ışınlarının yayılma doğrultuları optik araçlar kullanılarak paralel duruma getirilebilir. Bu durumda ışın demetinin birim yüzeydeki sayısı her yerde sabit kalacağından, aydınlatması uzaklıkla değişmez. Bir büyütecin odağına konan noktasal ışık kaynağından çıkan ışınlar büyüteçten sonra paralel yayılırlar. Bu durumda ışınların büyüteçten sonraki aydınlatmaları her noktada aynıdır.

                                           c) Aydınlanmanın Yüzeyin Konumu İle Değişimi:

                                               Bir yüzey gelen ışınlara dik konumda duruyorken ışınlarla yaptığı açı değiştirilirse yüzeydeki ışın miktarı, dolayısı ile aydınlanma azalır.

                                        Aydınlanma ışığın basınç etkisi olduğundan ışınların dik gitmediği yüzeyde aydınlanma ışınların dik etkisinin sonucunda oluşur.

                                        i1 = I Cos θ

                                                     Buna göre bir genelleme yapılırsa noktasal ışık kaynağının bir nokta çevresinde yapacağı aydınlanma

                                        I Cos θ : Yüzeye gelen ışınların dik etkisi ( mum )

                                        d         : Yüzeyin kaynağa uzaklığı ( metre )  eşitliği ile hesaplanır.

GÖLGENİN OLUŞUMU

                                   Bir ışık kaynağı cisimleri aydınlattığında saydam olmayan cisimlerin arkasında gölgeleri oluşur. Işık doğrusal yolla yayıldığından cismin gölgesi ışığın geldiği doğrultuya dik olan kesitinin benzeridir.

        X perdesindeki gölge K1 kaynağı ile, Y perdesindeki gölge K2 kaynağı ile oluşturulmuştur.

                                     Karanlık bir ortamda, ışık kaynağının ya da kaynakların aydınlattığı bir cismin ardındaki yüzeyin hiç ışık gelmeyen bölgesinde oluşan gölgeye tam gölge denir.

                                     Işık kaynağının ya da kaynakların bazılarından ışık almayan gölgelere ise yarı gölge denir.

                                               a ) Perdede Oluşan Gölgeler Hangi Niceliklerin Değişmesi İle Değişir:

                                               Bir cismin perdede oluşan gölgesinin boyut ve biçimi ışık kaynağının türü, sayısı ve konumu ile değiştirilebilir.

                                               Gölgelerin boyutları ışık kaynağının parlaklığının değişmesinden etkilenmez.

                                          b ) Bir Cismin Ardından Işık Kaynakları Nasıl Görünür:

                                               Saydam olmayan cisimler ışık kaynaklarından gelen ışınları engellediklerinden bu cisimlerin arkasından bakanın konumuna göre bir kısmı ya da tamamen görünmez.

                                          c ) Aydınlanmış Bir Cismin Görüntüsü:

                                               Işık kaynağı ile aydınlatılmış saydam olmayan bir cisme bakıldığında cismin aydınlık ve karanlık bölgelerinin görünümü gözün ve ışık kaynağının konumuna bağlı olarak değişir.

                                          d ) Bir Delikten Geçen Işınların Oluşturduğu Görüntü:

                                               Bir cisimden ya da ışık kaynağından gelen ışınlar belirli bir boyuttaki delikten geçtiklerinde ulaştıkları yüzeyde belirgin bir görüntü oluştururlar. Bu görüntü cismin ya da kaynağın ters görüntüsüdür.

                                               Görüntünün boyunun cismin boyuna oranı deliğin görüntüye uzaklığının cisme ( kaynağa ) uzaklığına oranına eşittir.

                                               hg/hc = dg/dc

IŞIK VE RENK

                                               Renk olgusu fizik, kimya, biyoloji ve psikoloji gibi bilim dallarının bir konusudur. Konunun çok sayıda bilim alanını ilgilendirmesi konunun oldukça karmaşık bir içeriği olduğunun göstergesidir. Fiziğin hemen hemen her konusu detaylar içerdiğinden akademik özellik taşır. Ancak orta öğretim programındaki öğrenci için konular detaylarından arındırılarak aktarılır. Bunun amacı konuyu basitleştirmektir. Basitleştirme fizik olayının laboratuar şartlarına indirgenmesidir. Normal yaşam alanlarımızda sürtünmesiz bir ortam yoktur. Bu nedenle bir taş ve bir kuş tüyü aynı yükseklikten serbest bırakıldığında taş yere erken düşer. Ancak bu deney havası alınmış ortamda yapıldığında yere gelme süreleri aynı olur.

                                               Bu durum fiziği içerik olarak kolaylaştırır. Ancak pratik yaşamda gözlenememesinin çelişkisini de içerisinde barındırır.

                                               Renk konusu da buna benzer bir konudur. Renklere ait deneyimlerimiz laboratuar koşulları dışında edinildiğinden konu ile ilgili soru çözümlerinde yanıltıcı olabilir.

                                               Bu nedenle sorular, yalnızca verilen bilgiler ışığında yorumlanmalıdır. Ortaöğretim düzeyindeki renk soruları için yüzeysel bilgi yeterlidir. Ancak olayın işleyişinin detayını bilmek isteyenler için konu geniş tutulmuştur.

                                               Nasıl renkli görürüz?

                                               Renkli görme olayı 1) Işık  2) Göz 3) Cisim arasındaki etkileşmenin bir sonucudur.

                                               Bunların renk olayına katkılarını anlamak için renklerin belirli özelliklerinin bilinmesi gerekir.

                                               Işık Renk İlişkisi:

                                               Elektromanyetik dalgaların spektrumunda ( tayfında ) gözle görülebilenlere ışık denir.

                                               Işık, elektromanyetik spektrumun içinde kızılaltı ve mor ötesi dalgaların arasında oldukça kısa bir banttır.

                                               Frekansı ( titreşimi ) yüksek bir dalganın taşıdığı enerji, fazladır.

                                               Işığın cam prizmadan geçerken renklere ayrıldığı gözlenir. Bu renkler ışığın renkleridir ve bileşenleri yoktur. Bu nedenle bileşeni olmayan ışığa tek renk ışık denir. Görünür ışığı oluşturan tek renk ışıkların, taşıdıkları enerjiye göre azdan çoğa sırası; kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, mordur.

                                               Bu ışıklar gözümüzde uzun dalga boyu olanlar ( Kırmızı- kırmızı turuncu ), orta dalga boyu olanlar ( Yeşilimsi- sarı ve yeşil ) ve kısa dalga boyu olanlar ( Mavimsi- mavi ve mor ) biçiminde gruplanır.

                                               Işık Kaynakları: Işık kaynakları doğal v doğal olmayan ya da sıcak ve soğuk ışık kaynakları olarak incelenir.

                                               Güneş doğal bir ışık kaynağıdır. Görünür ışığın bütün renklerini içerir. Mum da doğal bir ışık kaynağıdır.

                                               Ay ışık kaynağı değildir. Kendisine gelen güneş ışınlarını dünyaya yansıtır.

                                               Güneş ışığı olmadığı ya da yetersiz kaldığı ortamlarda ışık kaynağı olarak lamba kullanılır.

                                               Yaygın üç çeşit lamba vardır. Bunlardan ilki telden geçirilen akımın teli ısıtıp ışıma yapması yöntemiyle ışık verir. İkincisi gazlı lambalardır. Cıvalı lamba olarak biline florasan ışık lambasıdır. Üçüncüsü ise buharlı lambalardır. Bu lambaların yaydıkları ışıklar genelde karışım ışıklardır. Tek renk ışık veren lambalar da vardır.

                                                Işık Göz İlişkisi:

                                                Gözün görmeyi başlatan noktası ışınların düştüğü retinadır. Retinada parlaklık ve renge duyarlı iki farklı çeşitte sinir hücreleri bulunur.

                                                Işığın; şiddetine duyarlı hücrelere çubuklar, rengine duyarlı hücrelere koniler denir. Işık şiddeti yetersiz olduğunda koniler çalışmaz renk algısı kaybolur. Bu durumda görme çubuklar yardımıyla sağlanır. Ancak görülen cisimlerin renkleri, yansıttıkları ışık şiddetine göre grinin açık ve koyu tonlarıdır.

                                               Renkli görmemizi sağlayan üç farklı koni vardır. Kırmızımsı ( Uzun dalga ) ışıklara duyarlı olanlara L - konileri ya da kırmızı koniler, yeşilimsi ( Orta dalga ) ışıklara duyarlı olanlara M - konileri ya da yeşil koniler, mavimsi ( Kısa dalga ) ışıklara duyarlı olanlara S - konileri ya da mavi koniler denir.

                                               Göze aynı anda gelen farklı miktardaki tek renk ışıklar bu konilerde bileşke bir renk olarak görülür. Tek renkli kırmızı ve tek renkli yeşil ışık eşit miktarda ve birlikte göze geldiğinde gözde oluşan algı sarı renktir.

                                               Bu nedenle göz algıladığı sarı ışığın tek renkli ya da kırmızı-yeşil ışık karışımı olup olmadığını ayırt edemez. Renk körlüğü bu konilerden herhangi bir çeşidinin eksikliği sonucunda görülen bir göz kusurudur.

                                              Işık Karışımlarının Görmeye Etkisi:

                                              Işığın kırmızı, yeşil, mavi renklerinin farklı oranlarda karışımı göze geldiğinde bütün renklerin algısını oluşturur.

                                              Bu nedenle bu üç renk, ışığın ana renkleri olarak kabul edilir. Işığın ana renklerinin aynı orandaki ikili karışımları ara renkleri oluşturur. Bu ara renkler sarı, cyan, magentadır.

                                              Ana renklerdeki ışıklar göze aynı anda eşit miktarda geldiğinde gözde beyaz renk algısı oluşturur. Göze birlikte geldiklerinde beyaz algısı oluşturan iki renk ışığa birbirlerinin tamamlayıcısı denir.

                                             Birbirinin tamamlayıcısı ışık renkleri kırmızı ve cyan ( yeşilimsi mavi ) Yeşil ve magenta ( kırmızımsı mor ) Mavi ve sarıdır.

                                             Işık ve Cisim İlişkisi:

                                             Üzerine ışık gelen bir madde ışığı ya yansıtır, ya tutar ya da geçirir. Madde hangi ışığı yansıtıyor ve ya da geçiriyorsa o renkte görünür. Işığı tutan maddelerden göze ışık gelmediğinden o cisim görünmez aydınlık bir ortamda görünmeyen cismin rengine siyah denir. Dolayı ile siyah bir renk değildir. Gözün cismi algılayamamasıdır.

                                             Maddelerin renkli görünmelerinin farklı fiziksel ve kimyasal nedenleri vardır. Cisimlerin renkli görünme nedenlerinden birisi de boyanmış olmalarıdır. Boyalı cisimler ışığı yansıtır ya da geçirirken ışık renklerinden bazılarını tutarlar. Dolayı ile boyalı cisimden yansıyarak gelen ışık, içinden renk eksiltilmiş ışıktır. Sarı boyalı cisim ışığın ana renkleri ile aydınlatıldığında bu renklerden maviyi tutar. Kırmızı ve yeşili yansıtır. Bu ışıklarda gözde sarı algısı oluşturur.

                                            Boya ışık kaynağı olmadığından ışık rengi ile boya renginin karışımı diye bir olgu yoktur. Boyalar yansıttıkları ışığın renginde göründüklerinden boya karışımlarının oluşturduğu renkler ışık karışımlarından farklıdır. Boya karışımlarında ana renkler sarı, magenta ve cyandır.

                                            Boyanın üç ana rengi eşit miktarda bir yüzeyde karıştırılırsa sarı boya mavi ışığı, magenta boya yeşil ışığı, cyan boya kırmızı ışığı tutacağından ışığın ana renkleri bu yüzeyden yansıyamayacaktır. Bu durumda yüzey siyah görünecektir. Boyanın iki ana rengi eşit miktarda karıştırılırsa yalnız her ikisinde ortak olan rengi yansıtır.

                                            Gün ışığında sarı ve magenta boyalar eşit miktarda karıştırılırsa; sarı boya mavi ışığı, magenta boya yeşil ışığı tutar, kırmızı ışık her iki boyadan de yansıyacağından bu boyaların karışımı kırmızı görünür.

                                            Çevremizdeki eşyaların çoğu boyalıdır. Işığın boyalı yüzeylerde davranışı biraz karışıktır. Güneş ışığı ile aydınlatılmış boyalı bir yüzey güneş ışığındaki renklerden bazılarını tutar bazılarını yansıtır. Yüzey göze gelen ışıklardan yoğun ( güçlü ) olan renkte görülür

                                            Boyaların ana renkleri ( sarı-magenta-cyan ) ışığın tek bir ana rengini tutar. Diğer iki ana rengi güçlü olarak yansıtır. Yansıttığı ana renk ışıkların komşu renklerinin de düşük bir yoğunlukta yansıtır.

                                           Boyaların ana renkleri ( kırmızı-yeşil-mavi ) ışığın bütün renklerini güçlü ve zayıf olarak yansıtırlar. Güçlü yansıyanlar kendi renkleri zayıf yansıyanlar ise komşu renkleridir.

                                           Göze gelen ışık miktarı azaldıkça ( ışık gücü düştükçe ) ışığın, renk konisindeki etkisi azalır. Çubuk hücreler devreye girer ve göz bu ışığı gri tonlarda algılar.

                                           Evlerde, sokaklarda ya da salonlarda farklı lambalar kullanılır. Bu lambalardan bazıları ışığın tüm renklerini yayarken bazıları bir kısım renkleri, bazıları da tek bir renkte ışığı yayar.

                                           Bu nedenle lamba ışığı altında rengini beğendiğimiz bir elbise güneş ışığına çıkıldığında daha farklı renkte görülür.

                                           Cisimlerin Deneysel Koşullardaki Renkleri:

                                           Olayın basitleştirilmesi açısından sorularda maddelerden yansıyan zayıf ışımalar önemsenmez dolayı ile gri etkiler siyah olarak düşünülür. Bir de aksi belirtilmedikçe soru amaçlı kullanılan ışıkların renklerinin ana renkler ya da ana renklerin karışımı olan ara renkler olduğu varsayılır. Beyaz ışık kırmızı, mavi ve yeşil ışığın olduğu ışık karışımıdır.

                                           Saf sarı ışığın içinde kırmızı olmadığından kırmızı boyalı bir yüzeyde zayıf yansıdığı söylenebilir. Ancak ışığın saf sarı olduğu belirtilmiyorsa bu ışığın kırmızı ve yeşil ışıktan oluşan sarı ışık olduğu düşünülebilir. Bu durumda, sarı ışıkla aydınlatılan kırmızı yüzey sarı içindeki yeşil ışığı tutar ve kırmızı ışığı yansıtır.

                                           Cisimler beyaz ışık altında hangi renkte görünüyorlar ise

                                           1) Saydam olmayanlar kendi rengindeki ışıkları güçlü, bu renge yakın enerjili ( komşu ) renkleri zayıf olarak yansıtır.

                                            2) Saydam olanları kendi rengindeki ışıkları güçlü, bu renge yakın renkleri zayıf olarak geçirir.

                                            Göz zayıf olarak gelen ışık ile renk konilerince algılanamayacağından renkli görülmezler. Ancak çubuk hücreleri uyararak gri tonlarda algılanırlar. Bu özellikten dolayı cisimlerin komşu renklerindeki ışıklar önemsenmez

                                            Buna göre aydınlatılmış cisim saydam değil ise görüldüğü renkleri yansıtır. Bunun dışındakileri tutar. Cisim saydam ise geçirdiği ışığın renginde görülür. Görüldüğü rengin dışındaki renkleri tutar.

                                            Sorularda cisimden yansıyan ya da geçen ışıkların hangisi olduğunu sormakla zayıf ışık etkileri de devreye gireceğinden konuyu zorlamak olur. Bu nedenle konunun sadeliği açısından cisimlerin nasıl görüneceğini sormak daha öğreticidir.