Bu yazım ışık, ışığın kırılması hakkında olacak. Işık elektromanyetik bir olaydır. Maxwell’den önce 16. yüzyılda ışığın su ile ve camla etkileşimi konusunda pek çok çalışma yapılmıştır. Yapılan deneyler şu türden idi. Aşağıda ki görselde gösterildiği gibi iki ortam bulunmakta. Bunlar; hava ve su olsun. Yani az yoğun ortam veya çok yoğun ortam da diyebiliriz. Ve görselde de görüldüğü gibi bir adet ışık demeti ortam çizgisine doğru gelsin diyelim. Işığın normal ile yaptığı açıya gelme açısı (geliş açısı) ve ona φ1 açısı diyelim. Bu gelen ışığın bir kısmı geri yansıyacaktır. Bu açıya ise φ2 diyelim. Gelen ışığın bir kısmı ise kırılır. Geçen ışığın normal il yaptığı açıya ise φ3 diyelim. Aynı zamanda bu açıya kırılma açısı denir.
17. yüzyılda Hollandalı fizikçi bu 3 ışık demeti arasında ki ilişkiyi yöneten 3 kural bulmuştu.
1. Kural: Görselde gördüğünüz gibi ışık demetleri aynı düzlemdedir.
2.Kural: Bulduğu diğer kural, yansıma açısı dediğimiz φ2, geliş açısı φ1 ile aynıdır. Bu kural ondan öncede bilinmekte idi. En şasırtıcı olan kuralı 3. kuralıdır.
3. Kural: Ona izabeten “Snell Yasası” olarak adlandırıldı.
Eğer havadan suya gider isek bu oran 1,3 tür. Eğer havadan cama giderseniz bu oran biraz daha yüksek olur 1,5 veya 1,6 civarlarıdır. O kırılma indisi fikrini ortaya atmıştı. Bu kırılma indisini “n” diye adlandırırız. Havanın kırılma indisini 1 olarak varsayarız. Suyun kırılma indisi ise yaklaşık 1,3 tür. Camda ise, camın cinsine bağlı olarak 1,3 ila 1,6 arasında değişmektedir.
Burada n1 bulunduğunuz ortamın kırılma indisi, n2 ise gittiğiniz ortamın kırılma indisidir ve buna snell yasası denir. Eğer az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerseniz ışık normale yaklaşacaktır. Tersi bir durumda ise uzaklaşacaktır.
Tam Yansıma Nedir?
Örneğin su dolu bir ortamdan, hava dolu bir ortama ışık yollayalım. Bildiğiniz gibi havanın kırılma indisi 1, suyun kırılma indisi 1,3 tür. Formülde değerleri yerine koyduğumuzda eğer gelme açısı 50 dereceden büyük olursa ışığın tümü yüzeyden geçemeyip, yansıyacaktır buna tam yansıma denir.
Böylece φ1 belli bir kritik açıdan büyük olunca ışığın, her zaman diğer ortama geçemeyeceğini öğrendik.
Yukarıda ki bilgiler doğrultusunda yanda ki gibi bir denklem elde edebiliriz. Durum böyle değilse tam yansıma gerçekleşmez.
Işığın Kırılması Deneyi
Aşağıdaki videoya göz atarsanız durumu daha da iyi anlayacaksınız.
Bu olay için bir çok pratik uygulama söz konusudur. Bunlardan birisi fiber optik kablolar. Eğer bir fiberimiz var ise aşağıda ki görselde görüldüğü gibi, fiberin girişinden yollanan ışık fiber kablonun çeperine çarpıyor ve gelen açı kritik açısından büyük ise yüzde yüz yansıma olur. Yansıyan ışın diğer çepere çarpar ve orada da tam yansıma olur ve böylece ışık binlerce kilometre bu kablo içerisinde yol alabilir. Hatta kablo içerisinde düğümler koyabilirsininiz aşağıda ki kabloların düz olduğuna bakmayın. Kritik açıyı aşmadığınız sürece istediğiniz kadar kabloları bükebilirsiniz, böylece ışık yoluna devam edecektir. Bu nedenle bilim insanlar fiber optik kablolar ile çok ilgilenmektedir. Fiber optik kablolar ile çoğu şeyin iletimi mümkündür. Fiber optiğin arkadasında ki düşünce budur.
Newton’un snell yasası için ilginç bir açıklaması vardı. Newton gezegenlerin adamı idi, parçacıkların adamı idi, kütlenin, ivmenin adamıydı. Bu yüzden onun açıklaması parçacıkları içeriyordu. Işık parçacıklarından ibaret diyordu. Newtonun düşüncesi şu şekilde idi;
Su ve hava arası arasında ışık belli bir V hızı ile gelir ise, ışık yatay ve düşey hızlara sahiptir. Newton, ışık suya vardığında, yüzeye ulaştığı anda yüzeye dik bir ivme kazanır diyordu. Diğer bir deyişle yatay hız bileşeni değişmez fakat diğer dik bileşen değişir ve kırılma indisine göre epeyce bir büyür. Dolayısıyla hız yine aynı doğrultudadır. Aşağıda ki görselde bunu göstermeye çalıştım. Böylece newton ışığın suda ki hızı havada ki hızından daha büyük olduğunu idda ediyordu. Ve kuşkusuz camda hız daha büyük olmalıydı.
Ve bir Hollandalı daha vardı. Bu Hollandalının adı ise Christiaan Huygens idi. Christiaan Huygens‘in sunduğu fikir şöyle idi; dalga cephelerinin her bir noktasının tek tek kaynak ile aynı frekansta titreştiğine ve küresel dalgalar ürettiği öne sürmüştü. Bunları ikincil dalgalar diye de adlandırabiliriz.
Huygens sudaki ışık hızının havaki hızından daha az olduğunu ön görmüştü. Newton ise bunun tam tersini. Şimdi sorun kimin haklı olduğu idi?
Işık parçacıklardan mı oluşuyor yoksa dalgalardan mı? Işığın dalga parçacık düşüncesi fizikte uzun süre ortada kalan bir konu olmuştur. 1801 de Young’ın ışığın dalgalar olduğunu ispatlamıştır. Bu yazımızdan ayrıntılı bir şekilde öğrenebilirsiniz. Young Deneyi.
Böylece Huygens kazanmış gibi görünüyor. Günümüze dönecek olur isek ışık hem dalga olarak hareket eder hemde parçacık olarak hareket etmektedir. Geçenlerde bunu ilk kez görüntülemişlerdi. Bunu MB Forumda bir yazımızda bahsetmiştik. Tekrar etmekte fayda var; ışık cama göre hava da daha hızlı hareket eder.