11. Sınıf Fizik · Ünite 4
Işığın Kırılması ve Snell Yasası: Sınırları Aşmak
Işığın farklı saydam ortamlardan geçerken doğrultu değiştirmesini, kırılma indisini, Snell Yasasını ve serap olayı gibi günlük hayattaki etkilerini inceliyoruz.
Kazanım FİZ.11.4.5 · 40 dk okuma
Bardağın İçindeki Kırık Kaşık ve Çöldeki Seraplar
Sıcak bir yaz günü asfalt yolda ilerlerken, ileride bir su birikintisi varmış gibi gördünüz mü? Ya da su dolu bir bardağın içindeki çay kaşığının suyun yüzeyinden itibaren kırılmış gibi durduğunu fark ettiniz mi? Günlük hayatta sıkça karşılaştığımız bu büyüleyici optik illüzyonların arkasında tek bir fiziksel olay yatar: Işığın Kırılması.
Kırılma İndisi Nedir?
Işık, boşlukta saniyede yaklaşık 300.000 km hızla yayılır. Ancak su, cam veya hava gibi saydam bir maddeye girdiğinde moleküllerle etkileşime girdiği için ortalama hızı yavaşlar. Işığın boşluktaki hızının (c), saydam bir ortamdaki hızına (v) oranına o ortamın 'Mutlak Kırılma İndisi' (n) denir. Kırılma indisi, ortamın optik yoğunluğunun bir ölçüsüdür ve birimsizdir.
Bir ortamın kırıcılık indisi ne kadar büyükse (yani optik olarak ne kadar yoğunsa), ışık o ortamda o kadar yavaş ilerler.
Snell Yasası: Kırılmanın Matematiği
Işık ışını bir ortamdan başka bir ortama geçerken, eğer yüzeye dik gelmiyorsa doğrultusunu değiştirir. Işın, az yoğun (kırıcılık indisi küçük) bir ortamdan çok yoğun (kırıcılık indisi büyük) bir ortama geçerken yüzeyin normaline (yüzeye dik çizilen hayali çizgiye) yaklaşarak kırılır. Hollandalı matematikçi Willebrord Snellius tarafından ifade edilen Snell Yasası, gelme açısı ile kırılma açısı arasındaki matematiksel ilişkiyi şu şekilde tanımlar:
Sınır Açısı ve Tam Yansıma
Işık, çok yoğun bir ortamdan az yoğun bir ortama geçerken her zaman karşı tarafa geçemez. Çok yoğundan az yoğuna geçerken ışık normalden uzaklaşarak kırılır. Gelme açısı büyüdükçe kırılma açısı da büyür ve öyle bir an gelir ki, kırılan ışın iki ortamı ayıran yüzeye paralel (kırılma açısı 90 derece) ilerler. Bu duruma sebep olan gelme açısına 'Sınır Açısı' denir. Eğer ışık sınır açısından daha büyük bir açıyla gelirse, karşı ortama hiç geçemez ve geldiği ortama tamamen geri döner. Buna 'Tam Yansıma' adı verilir.
Serap Olayı Neden Olur?
Yaz günlerinde asfaltın üzeri çok ısınır ve hemen üzerindeki hava tabakasının sıcaklığı artar. Isınan havanın yoğunluğu düşer, yani kırılma indisi azalır. Gökyüzünden asfalta doğru gelen ışınlar, soğuk havadan (çok yoğun) sıcak havaya (az yoğun) geçerken tam yansımaya uğrayıp gözümüze ulaşır. Biz de gökyüzünün (ya da bulutların) yansımasını yerde su birikintisi varmış gibi algılarız.
Laboratuvar Keşfi: Değişkenleri Belirlemek
Laboratuvarda bir ışık kutusu ve cam prizma kullanarak Snell yasasını kendiniz test edebilirsiniz. Gelme açısını (θ1) bilerek değiştirdiğinizde (Bağımsız Değişken), buna karşılık olarak kırılma açısının (θ2) nasıl değiştiğini (Bağımlı Değişken) ölçebilirsiniz. Kullanılan ortamların türü (hava ve cam) ile ışığın rengi ise deney boyunca sabit tutulan, yani kontrol edilen değişkenlerdir.