3 Aralık 2009 Perşembe

Işık Teorileri


IŞIĞIN FARKLI DALGA BOYLARI

Evrendeki yıldızların ve diğer ışık kaynaklarının hepsi aynı türde ışın yaymazlar. Bu farklı ışınlar, dalga boyuna göre sınıflandırılır.
Farklı dalga boylarının oluşturduğu yelpaze ise çok geniştir. En küçük dalga boyuna sahip olan gama ışınları ile, en büyük dalga
boyuna sahip olan radyo dalgaları arasında 1025'lik (milyar kere milyar kere milyarlık) bir fark vardır. Konunun ilginç yanı ise,
Güneş’in yaydığı ışınların tamamına yakınının, bu 1025'lik yelpazenin tek bir birimine sıkıştırılmış olmasıdır. Çünkü bu daracık alanda,
yaşam için gerekli olan yegane ışınlar bulunmaktadır.

RADYO DALGALARI

Hem ışık hem de ısı, elektromanyetik ışınım olarak bilinen enerjinin farklı şekilleridir. Elektromanyetik ışınımın tüm farklı şekilleri,
uzayda enerji dalgaları şeklinde hareket ederler. Bu, bir gölün üzerine atılan taşların oluşturduğu dalgalara benzetilebilir. Ve nasıl bir
göldeki dalgaların farklı boyları olabiliyorsa, elektromanyetik ışınımın da farklı dalga boyları olur.
Ancak elektromanyetik ışınımın dalga boyları arasında çok büyük farklar vardır. Bazı dalga boyları kilometrelerce genişlikte olabilir.
Başka dalga boyları ise, bir santimetrenin trilyonda birinden daha ufaktır. Bilimadamları, bu farklı dalga boylarını sınıflara ayırırlar.
Örneğin santimetrenin trilyonda biri kadar küçük dalga boylarına sahip olan ışınlar, gama ışınları olarak bilinir. Bunlar çok yüksek
enerji taşırlar. Dalga boyları kilometrelerce genişlikte olan ışınlara ise "radyo dalgaları" adını veririz ve bunlar çok zayıf bir enerjiye
sahiptir. Bu nedenle gama ışınları bizim için öldürücü iken, radyo dalgalarının bize hiçbir etkisi olmaz.
Otomatik olarak açılan kapılardaki fotoelektrik alıcılar:
Tahmin edeceğiniz gibi fotoelektrik alıcılar ışığa karşı aşırı duyarlı elektronik malzemeler kullanılarak yapılır (diyot gibi). Eğer ışık şiddetinde
büyük bir değişme olursa alıcıdaki diyot özelliği değişerek daha iletken hale gelir ve devreden akım geçmesini sağlar (diyot burada anahtar görevi görür).
Dolayısıyla bir düğme kullanarak kapıyı açıp kapatabileceğimiz gibi böyle bir fotoelektrik alıcılı bir devre ile de bir kapıyı açıp kapatabiliriz.

GÖKKUŞAĞI OLUŞUMU


Gökkuşağı oluşumu ışığın dalga teorisi ile açıklanabilmektedir, güneş ışınlarının yağmur damlaları veya sis bulutlarında yansıması
ve kırılmasıyla meydana gelen ve ışık tayfı renklerinin bir yay şeklinde göründüğü meteorolojik olayı. Gökkuşağında görülen yedi renk;
kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mordur.


19. yüzyılın başlarına kadar ışık küçük parçacıkların akışından oluştuğu düşünülüyordu. Parçacık teorisinin baş mimarı olarak kabul edilen Newton, ışığın bir ışık kaynağından parçacıklar olarak yayıldığı ve bunların gözde meydana getirdiği uyarımlar sonucunda görme olayının gerçekleştiği görüşüyle yansıma ve kırılma olaylarını başarılı bir şekilde açıklamıştır.
Newton`un teorisi ( görüşü ) zamanının bilim adamları tarafından büyük kabul gördü. Onun yaşadığı zamanda ışığı açıklayan diğer bir teori ortaya atıldı. Bu teoriye göre ışık bir çeşit dalga hareketi idi ki 1678 de alman fizikçi ve gök bilimci Christian Huygens kırılma ve yansıma olaylarının dalga modeliyle de açıklanabileceğini gösterdi.

1801 yılında Thomas Young ışığın dalga teorisini destekleyen ilk gösteriyi gerçekleştirdi. Işığın uygun koşullarda dalgalar gibi girişime uğradığını gösterdi.
19. yüzyılda (1873)Maxwell ışığın bir çeşit elektromanyetik dalga olduğunu öne sürdü. Daha sonraki yıllarda Hertz tarafından Maxwell in teorisi ispatlanınca, dalga modeli daha fazla taraftar topladı.
19. yüzyılın sonlarında Planck ve Einstein yaptıkları çalışmalar sonucu tekrar parçacık modeli güçlendi.Plank`a göre bir enerji türü olan ışığın yapısı keşikli yani tanecikli olmalıydı. Işık enerjisini taşıyan bu tanecikler daha sonra Einstein tarafından foton olarak adlandırıldı.Tanecik modeline göre foton, ışık enerjisini taşıdığı kabul edilen ve kütlesi olmayan çık hızlı taneciklerdir.
20. yüzyıla kadar iki farklı modelle açıklanmaya çalışılan ışık hakkındaki tartışmalara 1920`li yıllarda De Broglie ve Scrödinger tarafından farklı bir bakış açısı getirildi. Bu bilim adamlarına göre ışığın tek bir modelle açıklanamayacağı hem dalga hem de parçacık özelliği gösteren dual (çift ) bir yapıya sahip olduğu fikrini savundular.Işık hakkındaki bugün kabul edilen görüş budur.
Yukarıda da açıklandığı üzere ışık, bazen dalga bazen de parçacık davranışı gösteren bir tür enerjidir



Tek yarıkta girişim (Kırınım)



Su dalgalarının, engeller arasındaki dar bir aralıktan geçtikten sonra kırınıma uğrayarak dairesel şekilde yayıldıklarını biliyoruz.

Kırınım olayını ışık dalgalarında da gözlemek mümkündür.

Dar bir yarık üzerine paralel ışık demeti gönderilirse, ekran üzerinde aydınlık ve karanlık girişim saçakları oluşur.

1. Eğer yol farkı sıfır ise;

Yol farkı = ΔS = K2 – K1 = O

1 ile 2 bölgesinde bulunan kaynaklar P noktasına eşit uzaklıkta olduğu için aynı fazlı gelmektedir. Bu yüzden bu bölgede aydınlık görünür.

2. ΔS = K 2 – K 1 = λ ise;

1 ile 2 bölgesinden gelen kaynakların faz farkı λ/2 olduğundan birbirini söndürür ve P noktası karanlık görünür.

3. ΔS = K 2 – K 1 =

1 ile 2 bölgesinden gelen kaynakların faz farkı λ/2 olduğundan birbirini söndürür fakat bu kez de 3 bölgesinden gelen kaynak P noktasını aydınlatır ve bu bölge aydınlık görünür.

4. ΔS = K 2 – K 1 = 2.λ ise;

1 ile 2 bölgesinden gelen kaynakların faz farkı λ/2 olduğundan birbirini söndürür. 3 ile 4 birbirini söndürür ve P bölgesi karanlık görünür.

Ekrandaki bir P noktasından aralığın uçlarına gelen ışıkların uzaklıkları arasındaki yol farkı;

a) PK2 - PK, = , 2, 3,…, n ise;

P noktası karanlık saçak üzerinde olur. P noktasının kaçıncı karanlık saçak üzerinde olduğu ise;

PK2 - PK, = n eşitliği ile bulunur.

b) PK2 – PK1= , ,…, (n +) ise;

P noktası aydınlık saçak üzerinde olur. P noktasının kaçıncı aydınlık saçak üzerinde olduğu ise;

PK2 – PK1 = ( n +) eşitliği ile bulunur.

Tek yarıktaki yol farkı aşağıdaki bağıntı ile de bulunabilir.

Sin = Sin '

; olur

IAK2I aynı zamanda W. Sin ' ya da eşit olacağından;

v Karanlık saçaklar için;

W Sin = = n olur

v Aydınlık saçaklar için

W Sin = = ( n +) olur

Tek yarıktaki aynı cins komşu iki saçak genişliği;

X = bağıntısı ile bulunur.

W : Yarık genişliği

L : Yarık ekran uzaklığı

d : Yol farkı

Xn : n. saçağın merkez doğrusuna olan uzaklığı

X = Ardışık iki saçak arası uzaklık

Tek yarıkla yapılan girişim desenindeki saçak özellikleri:

  1. Merkezi aydınlık saçak diğer aydınlık saçaklara göre daha parlaktır.

  1. Tek yarıkla yapılan girişim deneyinde merkezi aydınlık saçak 2X, diğerleriX genişliğindedir.

  1. Merkezi aydınlık saçağın dışındaki ardışık saçaklar arasındaki mesafeler eşittir

  1. Ekran üzerindeki saçakların parlaklığı merkez doğrusundan uzaklaştıkça azalır.

İNCE ZARLARDA GİRİŞİM:

Bir sabun köpüğü zarına ışık düşünce renklenme gözlenir. Bu olay bize ışığın yansıması ve kırılmasından sonra meydana gelen girişim olayını gösterir.

İnce zardaki ışık dalgalarının yansıması ve kırılmasını dalgaların yaylardaki hareketine benzetebiliriz. Az kırıcı ortamı hafif yaya, çok kırıcı ortamıda ağır yaya benzetirsek, zar ortamına tepe olarak gelen ışığın bir kısmı ters dönerek çukur olarak yansırken bir kısmı da zarda tepe olarak ilerler. Zar içinde ilerleyen bu ışık dalgasının bir kısmı alt yüzeyin L noktasından tepe olarak çıkarken, bir kısmı da zar içinde yansır ve tepe olarak ilerleyerek M noktasından tepe olarak hava ortamına geçer. Üst yüzeydeki M noktasından tepe olarak yansıyan ışık dalgası da alt yüzeydeki N noktasından tepe olarak hava ortamına geçer.

Sonuç olarak üstteki hava ortamına çıkan ışık dalgalarından, biri çukur diğeri tepe olarak geçerken, zan geçen dalgaların her ikisi de tepe olur.

Zar kalınlığı (d) sıfıra çok yakın olunca, üst yüzeyden çukur, alt yüzeyden tepe olarak dönen ışınlar arasındaki yol farkı sıfıra çok yakın bir değer olur. Zıt olarak karşılaşan budalgalar birbirlerini söndürürler. Böylece zara üstten bakan göz, zarı karanlık olarak görür.

Yol farkı sıfır olduğunda ise zarı tepe olarak geçen ışık dalgaları birbirlerini kuvvetlendirirler. Böylece zara alttan bakan göz, zarı aydınlık olarak görür.

Bu deneyin sonuçlarına göre;

bağıntısı ite bulunur.

Zar = Işığın zar içindeki dalga boyu

Zara üstten bakıldığı zaman zar kalınlığı (d),

Yol farkı = Δs = ise aydınlık saçak

Yol farkı = Δs = karanlık saçak

d : Zar kalınlığı (k = 1,2. 3,4…)

Zara alttan bakıldığı zaman zar kalınlığı ( d )

Yol farkı = Δs = ise aydınlık saçak

Yol farkı = Δs = karanlık saçak

v Yukarıdaki bağıntılardaki k değeri, sıfıra yakın kalınlıktan itibaren kaçıncı .mertebeden karanlık veya aydınlık şerit olduğunu gösterir.

v Üstten bakan gözün aydınlık gördüğü zarı, alttan bakan göz karanlık görür.

v Üstten bakan gözün karanlık gördüğü zarı, alttan

bakan göz aydınlık görür

HAVA KAMASI :

Şekildeki gibi cam levhalar arasında oluşturulan hava tabakasında da girişim olayı meydana gelir. Camlar arasında oluşturulan bu hava tabakasına ise hava kaması denir.

Şekilde görüldüğü gibi hava kaması üzerine ışık düşürüldüğünde üstteki camdan yansıyan ışınlarla alttaki camdan yansıyan ışınların girişimi sonucu aydınlık ve karanlık saçaklar elde edilir.

Camların dokunma noktasında olması gereken karanlık saçak gözlenmez.

k : Saçak sayısı

d : Camlar arasındaki uzaklık ise;

a) ……….. Aydınlık saçak

b) ……………. Karanlık saçak

Özellikler:

  1. Hava kamasında oluşan saçak genişliği;
  2. Hava kamasının için kırıcılık indisi n olan bir sıvı ile doldurulsaydı saçak genişliği; olurdu.
  3. d ve L değiştirilmeden dalga boyu küçültülürse saçak genişliği azalır, saçak sayısı artar.
  4. d ve λ değiştirilmeden L artırılırsa saçak genişliği artar ama sayısı değişmez.
  5. L ve λ değiştirilmeden d artırılırsa saçak genişliği küçülür saçak sayısı artar.

ÇÖZME GÜCÜ:

Çözülmemiş

Çözülmüş

W genişliğindeki tek yarığın önüne aynı dalga boylu K1, ve K2 kaynakları tek yarıktan L uzaklığına konulmuştur. Birbirlerinden x kadar uzaklıkta olan kaynaklardan geçen ışınlar yarıklardan geçerken kırınıma uğrarlar. Kaynaklara yarığın arkasından bakan göz. K1 ve K2 kaynaklarını birbirinden ayırt edemez ise, bu durumda kaynaklar çözülmemiştir; deriz.

İki görüntüden birinin merkezi aydınlık saçağı, diğerinin birinci karanlık saçağı ile üst üste gelince görüntüler çözülmüş olur.

Kaynaklar çözülmüş ise; dir.

Kaynaklar çözülmemiş ise; dir.

v Kaynakların çözünebilmesi için:

  1. K1 ve K2 birbirinden uzaklaştırılmalı.
  2. Merkez saçakları küçültülmeli.
  3. K1 ve K2 yarıklar düzlemine yaklaştırılmalı.

Çift yarıkta girişim (Young deneyi)

Birbirine yakın ince iki yarıktan ışık geçirildiğinde, resimdeki gibi aydınlık ve karanlık çizgiler (saçaklar) görülür. Mavi ışıkla yapılan bu deneyden aydınlık ve karanlık saçakların oluşması, ışığın perde üzerindeki bazı noktalarda birbirini söndürdüğünü bazı nıktalarda ise birbirini güçlendirdiğini anlıyoruz. Bu olay su dalgalarındaki girişim olayına benzer. Maksimum noktaları aydınlık, minimum noktaları karanlıktır.


Thomas Young ışık kaynaklarının su ortamında girişim yapan su dalgaları gibi davrandığını ortaya koymak için bir düzenek hazırlamıştır.

Bu deney için aynı fazda çalışan iki ışık kaynağına ihtiyaç vardır. Bunun için ışık kaynağının önüne konulan çok ince iki yarıktan oluşan engel kullanılabilir. Bu şekilde aynı fazda iki ışık kaynağı elde edilmiş olacaktır.

Bu deneyde girişimin iyi gözlenebilmesi için;

I. Kaynaklar aynı fazla olmalıdır.

II. Dalga boylarının eşit olması girişimi daha iyi

görmemizi sağlar.

III. Tek renk ışık kullanılmalıdır.

IV. Kaynak yarıklardan eşit uzaklıkta olmalıdır.

V. Yarıklar arası uzaklık çok küçük olmalıdır.

VI. Zıt fazda girişim gözlenmez

Kaynaklardan çıkan ışınlar merkez doğrultusuna eşit uzaklıkta oldukları için, perdede merkez doğrultu üzerinde birbirini güçlendirir ve merkezi aydınlık saçağı oluştururlar.

Merkezi aydınlık saçağın altında ve üstünde simetrik olarak karanlık ve aydınlık saçaklar sıralanılırlar.

ise yol farkı ;

ise

Yol farkı = I OK2 I = dir.

d : yarıklar arası uzaklık

L : Yarık düzlemi ile perde arası uzaklık

Xn : n. Aydınlık yada karanlık saçağın merkezi aydınlık saçağa uzaklığı

Aydınlık girişim saçağı;

Eğer perde üzerindeki P noktasının kaynaklara olan yol farkı, kullanılan ışığın tam katlarına eşitse, P noktasında aydınlık saçak oluşur.

Yol farkı = λ, 2λ, 3λ, …

Yol farkı = n.λ

n = 1,2,3,… gibi tam sayı olup, P noktasının merkez doğrusundan itibaren kaçıncı aydınlık saçak olduğunu gösterir.

Kkaranlık girişim saçağı

Eğer perde üzerindeki P noktasının kaynaklara olan yol farkı, kullanılan ışığın buçuklu katlarına eşitse, P noktasında karanlık saçak oluşur.

Yol farkı = ,….

Yol farkı =

n = 1, 2, 3,… gibi tam sayı olup, P noktasının merkez doğrusundan itibaren kaçıncı karanlık saçak olduğunu gösterir.

Saçak genişliği

Girişim deseninde ardışık iki aydınlık yada iki karanlık saçağın orta noktaları arası uzaklığa saçak aralığı denir.

ise dir.

Buna göre 1. aydınlık saçak için dir.

Çift yarıkta girişim özellikleri

1.)

Işık kaynağı yarık düzlemine doğru yaklaştırılırsa;

a ) Saçakların yerleri değişmez.

b ) Saçakların parlaklığı artar.

c) Kaynaklar arası faz farkı oluşmaz.

2.)

Işık kaynağı yukarı doğru kaydırılırsa;

a ) Kaynaklar arası faz farkı oluşur.

b ) Bütün saçaklar aşağı yönde kayar.

c ) Yeri değişen merkezi aydınlık saçağın kayma miktarı üçgende benzerlikten bulunur.

ise dir.

3.)

Yarık düzlemi ile perde arasına saydam bir madde yerleştirilirse ;

a ) Kaynaklar arası faz farkı oluşmaz.

b ) Işığın hızı ve dalga boyu küçüldüğünden saçak aralığı küçülür.

c ) Saçak aralığı küçüldüğü için saçak sayısı artar.

olduğundan

4.)

Yarıklardan bir tanesinin önüne a kalınlığında saydam bir madde konulduğunda;

a ) K 1, K 2 ye göre geç kalır.

b ) Kaynaklar arası faz farkı oluşur.

c ) Girişim deseni K 1 yarığına doğru kayar.

d ) Saçak genişliği değişmez.

e ) Toplam saçak sayısı değişmez.

f ) Saçakların simetrisi değiştiği için aydınlık ve karanlık saçakların sayısı değişebilir.

Kaynaklar arası gecikme süresi;

; ;

;

O zaman perde üzerinde oluşan ışık dalgaları arasında a.(n-1) kadar yol farkı oluşur.

Merkezi aydınlık saçağın kayma miktarı ise;

kadar olur.

5.)

Kullanılan ışığın frekansının yada dalga boyunun değişmesi merkezi aydınlık saçağının yerini değiştirmez.

Fakat saçak aralığını etkiler.

a ) Renge göre saçak aralığı değişir.

b ) Beyaz ışıkta girişim net olmaz.

6.)

Kullanılan ışık dalgalarının genliği, ışığın hızını ve dalga boyunu etkilemediği için girişim saçaklarında bir etkisi gözlenmez.

7.)

Yarıklar düzleminin döndürülmesi durumunda yarık genişliği küçüleceğinden saçak aralığı büyür.

Merkezi aydınlık saçak yukarı yada aşağı yönde kayabileceği gibi hareket de etmeyebilir.

ve

dir.

0 yorum:

Yorum Gönder