IŞIK

Çevremizdeki cisimleri sahip olduğumuz beş duyu organımızla tanıyıp algılamaya çalışırız. Bu organlarımızın en önemlilerinden birisi de gözümüzdür. Çünkü etrafımızda meydana gelmiş birçok şeyi tanır ve onlar hakkında fikir ediniriz. Görme olayı ise tamamen ışıkla gerçekleşir. İşte cisimleri görmemizi sağlayan, göze gelerek bize algılatan enerjiye ışık diyoruz.

Işığın Tanecik Modeli

Karanlık ve tozlu bir odaya çok küçük bir delikten sızan ışığın ortaya çıkardığı görünüm ışığın doğru yol boyunca yayılan parçacıklar (tanecikler) akışı olduğu ve göze girerek görme duyusu uyandırdığı düşüncesini güçlendirir. 17. yüzyılın ortasında Isaac Newton da bu görüşü benimseyerek, ışığın aynadan yansıması, sudan veya cam mercekten geçerken kırılması, gök kuşağının oluşması ve prizmadan geçerken renklere ayrılması günlük hayatta karşılaştığımız birçok olayı incelemiştir. Bu gözlemlerine dayanarak Işığın Tanecik Modelini (kuramı) ortaya koymuştur.

Aynı yüzyılın ikinci yarısında ışığın bir cins dalga hareketi olabileceğini fikri gelişmeye başladı. 1678 de Huygens, Işığın Dalga Modeli’ni şekillendirdi. Bu model ile; ışığın yansıması, ışığın kırılması gibi Newton’un Tanecik Modeli’nin açıklayabildiği her olayı ışığın dalga kuramı ile açıklanabileceğini gösterdi.

Elektromanyetik Kuruma Göre Işığın Yapısı

Işığın tanecik modeli ve ışığın dalga modeline göre de deneyler yapılmıştı, ancak ışık hangi modele göre deney yapıldığını biliyormuş gibi o modelin özelliğine göre davranmaktaydı. Bu iki modelin yerine tek model alınarak iki modelin birleştirilmesi gerektiği düşünülmüş ve Maxwell, Elektromanyetir Teori’yi sunarak bu sıkıntıyı gidermiştir. Buna göre ışık,dalga paketleri denilen taneciklerden oluşmuş enerjidir. 

Bu paketciklere de “foton” adı verilir. Fotonların durgun kütle ve enerjileri sıfır olarak kabul edilir. Fotonlar ışık hızıyla hareket ederler.

Titreşim doğrultusu ve yayılma doğrultusu birbirine dik olan dalgalara “enine dalgalar” denir. Elektromanyetik dalgalar enine dalgalardır.

Elektromanyetik dalga (E:Elektrik alan, B:Manyetik alan, c:Işık hızı)

Bir elektromanyetik dalgadaki elektrik alanının büyüklüğünün manyetik alanın büyüklüğüne oranı her zaman ışık hızına eşittir.

Bütün frekansları gösteren topluluğa “elektromanyetik spektrum” denir.

Elektromanyetik spektrum

Ayrıca elektromanyetik dalganın yayılma hızı dalga boyuna ve yayıldığı ortamın cinsine bağlıdır. Belli bir dalga boyundaki elektromanyetik dalganın belli bir ortamdaki yayılma hızı şöyledir:

Işık Kaynakları

Işık kaynaklarının esas karakteristikleri, ışımanın spektral bileşenleri (ışıma enerjisinin dalga boyuna göre dağılımı) ve ışık üretilmesidir. Işık üretme denince, kaynağın yayınladığı ışık akısının kaynak tarafından üretilen güce oranı anlaşılır.

Mutlak siyah cismin istenilen dalga boyuna uygun gelen yayınlama kabiliyeti, bu sıcaklıkta istenilen cismin yayınlama kabiliyetinden büyük olduğu gayet açıktır. Öyleyse, en önemli ışık kaynağı mutlak siyah cisim olmalıdır. Fakat ışık kaynaklarına koyulan diğer talepler de dikkate alındığında mutlak siyah olmayan cisimlerden kaynak olarak kullanmanın daha önemli olduğu görülecektir.

Işık kaynakları yapılarına göre, sıcak ve soğuk kaynakları olmak üzere ikiye ayrılır. Sıcak ışık kaynakları: Isı yoluyla ışık yayan kaynaklardır. Güneş, mum alevi ve kızgın metaller örnek olarak verilebilir. Soğuk ışık kaynakları: Elektrik ve manyetik etkilerle ışık veren kaynaklardır. Flüoresan lamba, ateş böceği gibi örnekler verilebilir. Maddeler ışığı geçirip geçirmemelerine göre üç kısımda incelenir.

• Saydam madde: Üzerine düşen ışığı tamamıyla geçirebilen maddelere denir. Cam, su hava gibi örnekler verilebilir.
• Yarı saydam madde: Üzerine düşen ışığın bir kısmını geçiren maddelere denir. Buzlu cam, yağlı kâğıt gibi örnekler verilebilir.
• Saydam olmayan madde: Üzerine düşen ışığı geçirmeyen maddelere denir. Bakır, kitap, duvar gibi örnekler verilebilir.

Işık Nasıl Yayılır?

Güneş ve yıldızlar o kadar bildik cisimlerdir ki, onlarla aramızda çok büyük ve hemen hemen bomboş bir uzay bulunduğu pek seyrek aklımıza gelir. Anlaşılması imkansız derecede büyük uzaklıklarda sayısız yıldızlar görülmüştür. Bu uçsuz bucaksız evren hakkındaki bilgilerimizin hepsi bize “hızla hareket eden ışık demetleri üzerine binerek” gelmiştir. O halde, ışığın pek uzaklara gidebileceği ve boş uzaydan serbestçe geçebileceği düşüncesi doğru olmalıdır.

Güneşin düşürdüğü gölgeleri güneşi bildiğimiz kadar yakından biliriz. Güneşli bir günde yürür ya da koşarken, gölgemiz bizimle aynı hızda hareket eder. Bu basit gözlem bize ışığın koşabileceğimizden çok daha hızlı yayıldığını gösterir; ışık çok hızlı yayılmasaydı başımızın gölgesi, ışığın başımızdan yere ulaşması için geçen zaman içinde koşarak alacağımız yol kadar geri kalırdı.

Işık hızının sonlu olduğu hakkındaki ilk kanıt, 1676 yılında Olaf Roemer tarafından, Jüpiter gezegeninin uydularının hareketinin gözlenmesi sonucunda elde edildi. Uydulardan herhangi birinin iki ardışık tutulması arasındaki zaman onun bir dönme süresidir ve bu sürelerinin sabit olduğu gözlenmişti. Tutulma zamanındaki gecikmelerin sonraki ölçümleri ışığın dönme yörüngesini 16 dk. 20 sn. alarak gösterdi. Dünyanın güneşten ortalama uzaklığı 1.47×10¹¹ m olarak bilinir. O halde, ışığın hızı aşağıdaki şekilde bulunur;

c = (2×1.47×10¹¹m)(980sn) = 3.00×10⁸ m/sn

Işık kaynaklarından yayılan ışınlar homojen ortam içerisinde doğru boyunca ilerler. Işığın ilerlemesi için ortama ihtiyaç yoktur. Işık homojen saydam ortam içerisinde sabit hızla yayılır ve ışık hızı ortama göre değişir. Işığın boşlukta yayılma hızı yaklaşık olarak saniyede üç yüz bin kilometredir. Işık ışınlarının bir yılda gittikleri (9,46.1012 km) uzaklığa “bir ışık yılı” denir.

Işık homojen ortam içeresinde doğru boyunca ilerler demiştik. Şimdi bu ilerlemeyi bir deneyle gözlemleyelim:

Işık Nasıl Yansır?

Saydam ortamda hareket eden ışığın herhangi bir yüzeye çarpıp geri dönmesine “yansıma” denir. Yansıma olayında ışığın hızı, frekansı, rengi yani hiçbir özelliği değişmez. Sadece hareket yönü değişir.

 Işınların geldiği yüzey düzgün olursa, bu yüzeyin her noktasında normaller birbirine paraleldir. Dolayısıyla yüzeyin tüm noktalarına gelen ışınların gelme açıları birbirine, yansıma açıları da birbirine eşit olur. Bundan dolayı yüzeye paralel gelen ışın demeti, yüzeyden de paralel olarak yansır. Bu yansımaya “düzgün yansıma” denir.  Her yüzey az ya da çok ışınları yansıtır. En iyi düzgün yansıtıcılar düzlem aynalardır.

Eğer yüzey düzgün değilse, yüzeyin bütün noktalarındaki normaller farklıdır. Yüzeye paralel gelen ışınların gelme açıları yansıma açılarına eşit olmaz. Bu yansımaya “dağınık yansıma” denir.

Işık Nasıl Kırılır?

Işık dik bir ortama çarparsa geçer ve geçtiği ortamın kırılma indisi ile orantılı olarak yavaşlar. Işık demeti, düşük kırılma indisli bir ortamdan (hava) yüksek kırılma indisli bir ortama (su) geçerse doğrultu değiştirir. Nedeni ise demetin alt kenarının üst kısmından önce suya girmesi yani demetin alt kenarı suya girmiş ve hızı kesilmişken üst kenarı havada yoluna devam etmektedir (yansımaktadır). Bu şekilde ışık demetlerinin bir maddeden ötekine geçerken doğrultu değiştirmesine “kırılma” denir.

Kırılma olayını bir kaç deneyle gözlemleyelim: