Işık yoğunluğu farklı bir ortama girdiğinde hızı değişir, bu nedenle doğrultusu da değişir. Işık ışınlarının yoğunlukları farklı bir saydam ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultu değiştirmesine kırılma denir.
Mesela hava ortamında yol alan ışık ışınları su ortamına geçerken normalle belli bir açı yapacak şekilde yön değiştirir, yani kırılır. Kırılma kurallarına göre çok kırıcı ortamdan az kırıcı ortama geçen ışık, yüzey normalinden uzaklaşacak şekilde kırılır. Az kırıcı ortamdan çok kırıcı ortama geçen ışığın kırılması normal çizgisine yaklaşacak şekilde olur.
Işık yayılma ortamını değiştirdiğinde, gelen ışığın bir kısmı doğrultusunu değiştirerek diğer ortama geçerken bir kısmı da geri yansır. Yani ışığın tamamı diğer ortama geçmez. Su yüzeyinin ve camın görülebilmesinin nedeni budur.
Işık ışınları çok yoğun ortamda yavaş, az yoğun ortamda daha hızlı yayılırlar. Ayrıca ışığın dalga boyu da kırılma miktarında önem taşır mesela kırmızı ışık daha büyük olduğu için daha az kırılır. Mor ışık ise görebildiğimiz en küçük dalga boyuna sahip olan ışıma olduğu için ne fazla mor ışık kırılır. Beyaz ışığı ışık prizmasından geçirdiğimizde karşı tarafa renkleri ayrışmış olarak çıkar. Tam sırasıyla kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor ışık oluşur.
Gelen ışın ile normal arasındaki açı gelme açısı, kırılan ışın ile normal arasındaki açı ise kırılma açısı olarak adlandırılır. Normal, gelen ışığın düştüğü yüzeye dik olarak çizilen hayali çizgidir.
Resimde inceleyecek olursak hava ortamından cama gelen ışık normale a açısı yapacak şekilde giriş yapıyor ve kırılarak normalden b acısı yaparak cam içerisine giriyor. Burada a gelme açısı, b ise yansıma açısı olarak adlandırılır.
Kırılma Kanunları:
Işık ışınları bir ortamdan diğer ortama dik olarak (90 0lik açı ile gelirse) kırılmadan yoluna devam eder. Sadece hız değiştirir.
Işık ışınları az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçerken normale yaklaşarak kırılır.
Işık ışınları çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken, normalden uzaklaşarak kırılır.
Işınların kırılma sırasında doğrultu değiştirme miktarları, geçiş yaptıkları ortamların kırıcılıklarına göre değişir. Yoğun ortamlar genelde daha kırıcıdır.
Işık ışınları az yoğun ortamdan çok yoğun ortama her zaman geçer. Fakat, çok yoğun ortamdan az yoğun ortama gelen ışık ışınları her zaman geçemeyebilir. Gelme açısı belirli bir büyüklüğü geçti anda ışık diğer ortama geçemeyerek tam yansıma yapacaktır. Bu açı iki ortam arasında sabittir ve sınır açısı olarak bilinir.
Günlük Hayatta Kırılmalar:
Tam yansıma olayından teknolojide de yararlanılmaktadır. Saç teli kalınlığındaki fiber optik kablo içerisine gönderilen ışık tam yansıma yoluyla ilerler. Bu kablolar iletişimde (telekomünikasyonda) ve tıpta (endoskop cihazı) yaygın bir kullanım alanına sahiptir.
Dibi görülebilen göl, gölet ve havuz gibi berrak suların göründüklerinden daha derindir. Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama bakılırken, çok yoğun ortamdaki cisimler olduklarından daha yakın görünür.
Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama bakılırken, az yoğun ortamdaki cisimler olduklarından daha uzakta görünür. Yani havuza dalarak dışarıya baktığımızda nesneler daha yakın görülecektir.
Su dolu bardağa koyduğumuz kalemlerin kırıkmış gibi görünmesidir.
Çölde yer yüzeyine yakın hava biraz yüksekteki havadan daha çok ısınır. Isınmanın etkisiyle yoğunluğu azalır. Soğuk hava içinde bulunan ağaçtan gelen ışınlardan bazıları farklı yoğunluktaki hava tabakaları arasındaki sınırı yalayacak şekilde kırılır. Kırılan bu ışınların gelme açısından(sınır açısı) daha büyük geliş açısına sahip ışınlar, geldiği ortama geri döner. Yani tam yansımaya uğrar. Bu olay serap oluşumuna neden olur.
Gökkuşağının oluşumu ışığın yağmur damlalarında bir dizi kırılma ve tam yansımaya uğramasıyla gerçekleşir. Damla içerisine girerken renklerine ayrılan ışık, damlanın karşı duvarından, ayrılmış olduğu renklere bağlı olarak farklı açılarla tam yansımaya uğrar. Damlayı terk edeceği yüzeye gelen değişik renkteki yansımış ışınlar burada tekrar kırılmaya uğrar. Aynı renkte olmayan bu ışınlar farklı açılarla kırıldığından her bir damladan sadece bir renk ışık gözümüze ulaşır. Kırmızı ışığın üstteki damladan, mor ışığın ise daha aşağıdaki damladan gelmesi nedeniyle gökkuşağı renkleri kırmızı üstte, mor altta olacak şekilde sıralanır.
MERCEKLER
Mercekler en az bir yüzü küresel olan saydam cisimlerdir. Cam veya plastik gibi saydam maddelerden yapılır ve ışığı kırarak görüntü oluştururlar. Kenarları ortalarına göre ince olan merceklere ince kenarlı (yakınsak) mercek, kalın olanlara ise kalın (ıraksak) mercek denir. Lens(mercek) kelimesinin kökeni Latince'deki lentil kelimesinden gelmektedir. Lentil Latince'de mercimek demektir.
İnce kenarlı (Yakınsak) mercek
İnce kenarlı mercekler kenarları ince, ortası şişkin olan merceklerdir. Işığı toplama özellikleri olduklarından yakınsak mercekte denir. Bir diğer adı da dışbükey mercektir.
Özellikleri:
İnce kenarlı (yakınsak) merceğe paralel olarak gönderilen ışınlar mercekte kırıldıktan sonra bir noktada toplanırlar.
Kırılan isimlerin toplandığı bu noktaya odak noktası denir. Odak noktası F ile gösterilir.
Odak noktasının merceğe olan uzaklığına odak uzaklığı denir.
Merceğin ortasından geçen doğruya da asal eksen denir.
İnce kenarlı merceklerde biri merceğin önünde, diğeri arkasında 2 tane odak noktası vardır. Bu odak noktalarının merceğe olan uzaklıkları ayindir.
Teleskop, mikroskop, dürbün ve büyüteç gibi aletlerde ince kenarlı mercekler kullanılır.
Kalın kenarlı (Iraksak) mercek
Kalın kenarlı mercekler kenarları kalın, ortası ince olan merceklerdir. Işığı dağıttığından ıraksak merceklerde denir. Bir diğer adı da içbükey mercektir.
Özellikleri:
Kalın kenarlı merceklerde paralel gelen ışınlar uzantıları bir noktadan geçecek şekilde dağılarak kırılır. Uzantıların kesiştiği bu noktaya odak noktası (F) denir.
Asal eksene paralel gelen ışın uzantısı odaktan geçecek şekilde kırılır.
Kalın kenarlı mercekler görüntüyü düz ve küçük olarak oluştururlar. Cisimleri daha küçük göstererek sürücünün görüş alanını arttırdığı için araçların arka camlarına konulur
Kalın kenarlı mercekler tümsek aynalar gibi ışığı dağıttıklarından kendileri değil uzantıları kesişebilir. Bu yüzden bu merceklerde görüntü her zaman sanaldır.
Mercekler ışığı kırarak doğrultusunu değiştirir. Kalın kenarlı mercekler ışığı dağıtırken, ince kenarlı mercekler ışığı bir noktada toplar. Bu durum istenmeyen bazı olaylara neden olabilir. Örneğin gelen güneş ışınları bir kağıt üzerinde toplanırsa kağıdın yanmasına neden olur.
Ormanda çevreye bırakılan cam parçaları, su dolu pet şişeler mercek etkisi yaparak ışığı odaklar ve yangın çıkmasına neden olur.
Bu nedenle piknik yapan kişilerin çevreye gelişigüzel cam ve şişe parçaları bırakmamaları gerekir.
Merceklerin Kullanım Alanları:
Günümüzde optik araçların yapımında ince ve kalın kenarlı merceklerden yararlanılır. Mercekler, göz kusurlarının giderilmesi amacıyla en çok gözlük ve kontak lens yapımında kullanılır. Hatta gözümüz doğal bir ince kenarlı mercek bulundurur.
MİYOP
Miyop göz yakını iyi görür, uzağı göremez. Miyop, gözde göz merceği ışını fazla kırarak görüntüsünün retinanın önünde odaklanmasını sebep olur. Bu yüzden retina üzerine odaklanmasını sağlayan dağıtıcı kalın kenarlı mercek kullanarak miyopluk düzeltilebilir.
HİPERMETROP
Hipermetrop göz yakını iyi göremez. Hipermetrop gözde yakındaki cisimden gelen ışınlar retinanın arkasında odaklanır. Bu yüzden hipermetrop göz ışığı odaklayan ince kenarlı mercek kullanılarak düzeltilebilir.
BÜYÜTEÇ
Optik aletlerin en temel ve basit olanıdır. İnce kanarlı merceğe sahiptir. Işığı odaklayacağımız bir araçtır. Büyüteç cisimlerin görüntülerini büyüterek daha kolay görmemizi sağlar.
MİKROSKOP
Çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük olan cisimleri görmemizi sağlar. İki tane ince kenarlı merceği (objektif ve oküler) vardır.
TELESKOP
Teleskopların yapısında iki tane ince kenarlı mercek vardır. Gök cisimlerini daha yakından incelemek için kullanılır. Cisimle aynı tarafta olana objektif, gözlemci tarafındaki merceğe oküler denir. Objektifin odak uzaklığı büyük, okülerin odak uzaklığı küçüktür.
PROJEKSİYON CİHAZI
Bilgisayar ve televizyondaki görüntüleri daha büyüterek beyaz perdeye veya duvara aktarmaya yarayan cihazlardır. Projeksiyon cihazlarında büyütme amacıyla ince kenarlı mercekler kullanılır. Video kamera, dürbün, fotoğraf makinelerinde de mercekler kullanılmaktadır. El feneri ve ışıldak gibi cisimlerde ise kalın kenarlı mercekler kullanılır.
