fizik konularý - Mercekler

Merceklerin Adlandırılması

Kırma indisi farklı bir ortamda bulunan cisimlerin görüntülerinin ayırma yüzeyinin ve kırma indislerinin özelliklerine göre değişik özellikler gösterdiği bir önceki bölümlerde incelenmişti. Mercekler cisim ile göz arasına konulduğunda cismin görüntüsünü yaklaştırır ya da uzaklaştırır.

Mercekler şekillerine göre ya da ışığı kırma biçimlerine göre adlandırılır.

Mercekler kenar biçimlerine göre;

MERCEKLER

Mercekler, ışığı kırma biçimlerine göre;

İnce kenarlı mercekler yakınsak, kalın kenarlılar da ıraksak mercek olarak adlandırılır.

Merceği iki eşit bölen doğruya asal eksen denir. Mercekten kırılmadan geçen ışığın merceğe geldiği nokta optik merkezdir. O ile gösterilir. Merceğin orta noktası kabul edilir.

Merceğin eğri yüzeyleri küreye tamamlandığında elde edilen küre yarıçaplarına yüzeylerin eğrilik yarıçapı denir.

Yüzeylerin eğriliğini artırmak için eğrilik yarıçapını küçültmek gerekir.

Merceklerde Odak Uzaklığı

Asal eksene paralel gelen ışınların kırıldıktan sonra kendilerinin ya da uzantılarının toplandığı yere merceğin odağı, bu noktanın optik merkeze uzaklığına ise odak uzaklığı denir.

Asal eksene paralel olmayıp birbirine paralel gelen ışınlar mercekte kırıldıklarında kendileri ya da uzantıları odak dikmesinde toplanırlar.

Merceklere ışık her iki yüzeyden de gelebileceğinden merceğin her iki yüzünde de birer odak bulunur.

Merceklerde Odak Uzaklığı Nelerin Değişmesi İle Değişir?

1) Işığın Rengi:

Merceklerde odak uzaklığı ışığın gelme biçiminden bağımsızdır. Işık nasıl gelirse gelsin odak noktası sabittir. Ancak her renk ışık için odak farklıdır. Kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor sırasına gör odak uzaklığı küçülür.

Mercekler oldukça ince ( ve eğrilik yarı çapları büyük ) ise renklerin ayrışması fark edilemez. Bu merceklerde ( lens - gözlük camı ) tüm renklerin odak noktaları birbirine çakışacak kadar yakındır.

2) Merceğin Kırma İndisi:

Kırma indisi ortamınkinden büyük bir merceğin kırma indisinin artması ışığın kırılmasını arttırır. Işık daha çok kırıldığında kendisi ya da uzantısı merceğe yaklaşır.

Dolayısı ile odak uzaklığı merceğin indisi ile ters orantılıdır.

3) Ortamın Kırma İndisi:

Kırma indisi merceğinkinden küçük bir ortamın kırma indisi artarsa, ışığın kırılması azalır.

Işık daha az kırıldığında kendisi ya da uzantısı merceğe uzaklaşır.

Dolayısı ile odak uzaklığı ortamın indisi ile doğru orantılıdır.

f α nortam

Ortamın kırma indisi merceğinkinden büyük ise mercek özellik değiştirir. Yakınsak mercek ışığı dağıtır, ıraksak mercek toplar.

4) Yüzeylerin Eğrilik Yarı Çapı:

Kırma indisi ortamınkinden büyük bir merceğin yüzeyleri eğrildikçe ( eğrilik yarı çapı küçüldükçe ) ışığı daha fazla kırarlar. Bu durumda kırılan ışının kendisi ya da uzantısı merceğe daha fazla yaklaşır.

Dolayısı ile odak uzaklığı eğrilik yarı çapı ile ters orantılıdır.

MERCEKLERDE ÖZEL IŞINLAR

Cisimlerin merceklerdeki görüntülerini çizmek için ışığın mercekte nasıl davrandığını bilmek gerekir. İnce ve kalın kenarlı merceklerde ışınlar benzer özellikler gösterir.

İnce kenarlı merceğin özel ışınları çukur aynanınkine, kalın kenarlı merceğin özel ışınları tümsek ayanınkine benzerdir.

1) İnce kenarlı merceğe, asal eksenine paralel gelen ışın kırıldıktan sonra odaktan geçer.

İnce kenarlı merceğe odaktan gelen ışın kırıldıktan sonra asal eksene paralel gider.

Kalın kenarlı merceğe, asal eksene paralel gelen ışın, kırıldıktan sonra uzantısı odaktan geçer.

Kalın kenarlı merceğin odağına doğru gelen ışın kırıldıktan sonra asal eksene paralel gider.

4) İnce kenarlı merceğin F/2 uzaklığından gelen bir ışın kırıldıktan sonra uzantısı odaktan ( F ) geçer.

İnce kenarlı merceğin odağına ( F ) doğru gelen bir ışın kırıldığında F/2 uzaklığından geçer.

Kalın kenarlı merceğin odağından ( F ) gelen bir ışın kırıldığında F/2 uzaklığından geçer.

Kalın kenarlı merceğin F/2 uzaklığına doğru gelen ışın kırıldığında odak ( F ) tan geçer.

5) İnce kenarlı merceğin 3/2 F uzağından gelen ışın kırıldıktan sonra 3F den geçer.

İnce kenarlı merceğin 3F uzağından gelen ışın kırıldıktan sonra 3/2 F den geçer.

Kalın kenarlı merceğin 3/2 F sine doğru gelen ışın kırıldıktan sonra uzantısı 3F den geçer.

Kalın kenarlı merceğin 3F sine doğru gelen ışın kırıldıktan sonra uzantısı 3/2 F den geçer.

MERCEKLERDE GÖRÜNTÜ

Genel Bilgiler:

Bir noktadan gelen ışınlar mercekte kırıldıktan sonra kendileri kesişiyorsa gerçek, uzantıları kesişiyorsa sanal görüntü oluştururlar.

Kalın kenarlı merceğin önündeki cisim ya da görüntülerin görüntüleri sanal oluşur.

İnce kenarlı merceğin önündeki cisimlerin ya da görüntülerin görüntüsü gerçek ya da sanal olabilir.

Sonsuz ile ince kenarlı merceğin odağı arasında, herhangi bir yerde duran cismin görüntüsü gerçek ve terstir. Odak ile mercek arasında olanların ki sanaldır.

* Kalın kenarlı mercekte, cisim ∞ 0 arasında ise görüntüsü sanaldır.

* İnce kenarlı mercekte, cisim ∞ F arasında ise görüntüsü gerçektir.

* Cisim F - 0 arasında ise görüntüsü sanaldır.

Cisim ile gerçek görüntüsü merceğin iki farklı tarafındadır ve görüntü terstir.

Cisim ile sanal görüntüsü merceğin aynı tarafındadır ve düz oluşur. İnce kenarlı mercek sanal görüntüleri büyülttüğünde büyüteç olarak adlandırılır. Kalın kenarlı mercek için küçülteç demek yanlış olmaz. Dolayısı ile kalın ve ince kenarlı mercekteki sanal görüntülerin farkı boyut ve konumdadır. İnce kenarlı mercekte sanal görüntü cismin arkasında ve cisminden büyük, kalın kenarlı mercekte ise cismin önünde ve cisimden küçüktür. Odak ile mercek arasındadır.

Cismin Tepe Noktasını Kullanarak Görüntü Çizimi:

Görüntü çizimi yapılırken en az iki ışın kullanılır. Cismin tepe noktasından merceğe gönderilecek iki ışından biri optik merkeze gönderilebilir.

Bu ışının oluşturduğu üçgenlerin benzerliğinden cismin merceğe uzaklığının, görüntünün merceğe uzaklığına oranı ile cismin boyunun görüntünün boyuna oranının eşit olduğu görülür.

Kalın kenarlı mercekte odak işareti ( - ) dir. Sanal büyüklüklerin işareti de ( - ) dir.

Cismin Asal Ekseni Kestiği Noktayı Kullanarak Görüntü Çizimi:

Görüntü çizmek için en az iki ışın gerekli olduğundan asal eksen ışınlardan biri kabul edilebilir. Bu durumda görüntü, cismin asal ekseni kestiği noktadan gönderilecek ışının kırıldıktan sonra asal ekseni kestiği ya da uzantısının kestiği yerde oluşur.

Görüntünün yalnızca yerini bulmak yeterli ise bu çizim kolaylık sağlar.

3F deki cismin tabanından gönderilen ışın kırıldıktan sonra asal ekseni 3/2 F de keser. Kırılan ışının kendisi asal ekseni kestiği için oluşturduğu görüntü gerçek ve terstir. Boyu merceğe uzaklığa bağlıdır. Cisim 3F görüntü 1,5 F de olduğundan boyu cisminkinin yarısıdır.

Görüntü Tablosu:

İnce kenarlı mercekteki görüntü oluşumu ile çukur aynadaki benzerdir. Kalın kenarlı mercekteki ile de tümsek aynadaki benzerdir. Merceklerde ışık kırılarak diğer tarafa geçtiğinden cisimle gerçek görüntüsü merceğin farklı tarafındadır. Aynada ise aynı taraftadır.

İNCE KENARLI MERCEK

Cismin Yeri Görüntünün Yeri Görüntünün Boyu Görüntünün Özelliği

* Sonsuz Sonsuz Tanımsız Tanımsız

* Sonsuz - 2F arası 2F - F arası Cisminkinden küçük Gerçek - Ters

( 3F ) ( 1,5 F ) ( Cisminkinin yarısı )

* 2F 2F Cisminkine eşit Gerçek - Ters

* 2F - F arası 2F - Sonsuz arası Cisminkinden büyük Gerçek - Ters

( 1,5 F ) ( 3F ) ( Cisminkinin iki katı )

* F Sonsuz Tanımsız Tanımsız

* F - Mercek arası Cismin arkasında Cisminkinden büyük Sanal - Düz

( F/2 ) ( F ) ( Cisminkinin iki katı )

KALIN KENARLI MERCEK

Cismin Yeri Görüntünün Yeri Görüntünün Boyu Görüntünün Özelliği

* Sonsuz Odak Tanımsız Sanal

* Sonsuz - Mercek Odakla Mercek Cisminkinden küçük Sanal - Düz

arası arasında ( Cisminkinin yarısı )

( F ) cismin önünde

( F/2 )

IŞIK VE SES

Ses maddesel ortamda yayılabilen bir enerji türüdür.

Titreşen her cisim enerjisini dalgalar halinde bulundukları ortama yayan bir ses kaynağıdır. Ses dalgaları; titreşimleri yayılma doğrultusunda olduğundan boyuna dalga olarak adlandırılır. Işık dalgaları enine dalgalardır.

Kaynağın birim zamanda titreşim sayısı, ürettiği sesin frekansıdır. Bu frekansa sesin yüksekliği denir. Bu özellik ışıkta renkleri oluşturur.

Ses dalgalarını ışık dalgalarından ayıran temel fark sesin boşlukta yayılamamasıdır. Ses ancak ortam olduğunda yayılabilen mekanik bir dalga, ışık ise boşluk ve saydam ortamlarda yayılabilen elektromanyetik dalgadır.

Enerjinin - ses olsun ışık olsun - dalga şekli ile yayılması ortak sonuçlar doğurur.

Bu ortak sonuçlar şunlardır:

1) Enerji taşırlar.

2) Bir yüzeyde yansıdıkları gibi farklı ortamlara iletilebilirler.

3) Hızları ortamlara bağlıdır. Ses en hızlı katılarda en yavaş gazlarda yayılır. Ancak ses ışığa göre çok çok yavaştır.

4) Bir noktada üst üste gelen dalgalar geliş şekline göre o noktada şiddetleri artabileceği gibi birbirlerini sönümleyebilirler.

5) Yüzeylere çarptıklarında basınç oluştururlar.

6) Ortam değiştiğinde frekansları değişmez.

7) Şiddetleri kaynaktan uzaklaştıkça azalır.

SESİN FİZYOLOJİK ÖZELLİKLERİ

Sesin üç temel fizyolojik özelliği vardır. Bunlar sesleri ayırt etmeye yarar.

1) Şiddet

2) Yükseklik

3) Tını

Şiddet:

Ses çıkarabilen bir cisme önce hafif sonra kuvvetli olarak vuralım. Meydana gelen sesler kulağımızda uzaktaki bir kulaktaki ile aynı duyuyu bırakmaz. Sesin duyudaki derecesi sesin şiddetidir. Bu özellik kulak zarında oluşan basınçtır.

a) Titreşim genliği

b) Kaynak ile kulak arasındaki uzaklığa bağlıdır.

Bir sesin duyulabilmesi için gerekli şiddete eşik şiddeti denir. Birimi desibel dir. Belli bir şiddetten sonra duymanın yerini acı hissi almaya başlar.

Yükseklik:

Kimi sesler ince ( tiz ) kimi sesler kalın ( bas ) duyulur. Seslerin bu özelliğine yükseklik denir. Ses inceldikçe yüksekliği artar.

Sesin yüksekliğini belirleyen frekanstır. Frekansı artan ses incelir.

Şiddeti yeterli bir sesin duyulabilmesi için duyulabilir frekans aralığında olması gerekir.

Bazı hayvanlar, duyulabilir frekans aralıkları daha geniş olduğundan insanların duymadığı sesleri duyabilir.

Tını:

Sesler aynı şiddet ve yükseklikte olsalar bile hangi kaynağa ( kişi, eşya, müzik aleti ) ait olduğu daha önce dinlenmiş olma koşulu ile kulak ( beynin duyma bölümü ) tarafından ayırt edilebilir. Sesin bu özelliğine tını denir. Tını farkı olmasaydı müzik aletleri yavan ve bir tonlu sesler verirlerdi. Değişik müzik aleti yapmak gereksiz olurdu.