Mercekler
Mercekler mikroskoptan gözlüğe, kameralardan teleskoplara kadar pek çok optik araçta kullanılır. Mercekler genelde camdan ya da sert plastikten yapılan en az bir yüzü küresel araçlardır.
Cisimlerin görüntülerini büyütme, küçültme özelliğine sahip, su, cam ya da mika gibi saydam maddelerden yapılmış araçlara mercek adı verilir.
Ortası kalın, kenarları ince olan merceklere ince kenarlı (yakınsak) mercekler adı verilir. İnce kenarlı merceği basitçe temsil etmek için çift taraflı ok kullanılır.
Kenarları kalın ortası ince olan merceklere kalın kenarlı (ıraksak) mercekler adı verilir. Kalın kenarlı merceği basitçe temsil etmek için aşağıdaki gibi ok uçları içeri dönük bir şekilde gösterilir.
Paralel ışın demeti merceğe gönderildiğinde, mercek ince kenarlıysa, ışınlar bir noktada toplanır, mercek kalın kenarlıysa ışınlar bir noktadan dağılıyormuş gibi kırılır. Bu noktaya merceğin odak noktası adı verilir.
İnce kenarlı mercekler ışığı toplar, kalın kenarlı mercekler ışığı dağıtır. Bundan dolayı yakınsak ve ıraksak mercek tabirleri de kullanılabilir. Bu durum merceğin kırılma indisinin ortamın kırılma indisinden büyük olması halinde mümkündür.
Odak noktasının merceğe olan uzaklığına ise odak uzaklığı denir. Fakat burada odak uzaklığı küresel yüzeylerin yarıçapının yarısı kadar değildir. Eğer merceğin iki küresel yüzeyi de aynı eğrilikte ise hem sağından gelen ışınlar, hem de solundan gelen ışınlar her iki yüzeyde de eşit miktarda kırıldıkları için mercekten eşit uzaklıklarda odaklanırlar. Yani merceğin her iki tarafında olan odak noktaları merceğe eşit uzaklıkta olur.
İnce Kenarlı Mercekte Özel Işınlar
İnce kenarlı mercekte özel ışın ve görüntüler çukur aynanın aynısıdır. Sadece aynada yansıma, mercekte de kırılma olayı vardır. Şimdi ışınları teker teker inceleyelim.
- Asal eksene paralel gelen ışın, odaktan geçecek şekilde kırılır.
- Odaktan geçecek şekilde gelen ışın, asal eksene paralel gider.
- Odak uzaklığının iki katı mesafeden (2F) gelen ışın, yine odak uzaklığının iki katı mesafeden geçecek şekilde kırılır.
- Merceğin optik merkezinden geçecek şekilde gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider.
Herhangi Bir Işının Yolu
Herhangi bir ışının davranışını bulmak için ışığa paralel ve optik merkezden geçen bir yardımcı eksen çizilir. Sonra gerçek eksenin odağından dikme çıkılır. Yardımcı odak bulunur ve ışık bu odaktan geçirilir.
Ya da ince kenarlı mercek asal eksene doğru, kalın kenarlı mercek de asal eksenden uzaklaştıracak şekilde kırar. Bu bilgiyi ve özel ışınları dikkate alarak yardımcı eksen çizmeden de herhangi bir ışının izleyeceği yol bulunabilir.
Kalın Kenarlı Mercekte Özel Işınlar
Kalın kenarlı mercekteki özel ışınlar ve görüntü çizimleri tümsek aynadaki özel ışınlar ve görüntü çizimlerinin aynısıdır. Sadece onlarda yansıma, merceklerde ise kırılma neticesinde görüntüler oluşur.
- Asal eksene paralel gelen ışın uzantısı odaktan geçecek şekilde kırılır.
- Uzantısı odaktan geçecek şekilde gelen ışın asal eksene paralel gidecek şekilde kırılır.
- Uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde gelen ışın yine uzantısı 2F noktasından geçecek şekilde kırılır.
- Optik merkeze gelen ışın doğrultu değiştirmeden gider.
İnce Kenarlı Mercekte Görüntü Oluşumu
İnce kenarlı mercekle odak uzaklığı içindeki cisimlere baktığımızda cisimleri olduğundan büyük ve düz görebiliriz. Bu amaçla kullanılan ince kenarlı merceğe büyüteç denir. Eğer cisim merceğin odak uzaklığının dışında ise ters görünür. Odağın dışındaki cisim merceğe yaklaştıkça görüntü büyüyerek mercekten uzaklaşır. Odaktaki cismin görüntüsü sonsuzda olacağı için görünmez.
Cisim merceğe yaklaştıkça görüntü de büyüyerek mercekten uzaklaşır. Cisim odaktan sonra merceğe yaklaştıkça zahiri görüntü küçülerek merceğe yaklaşır.
Kalın Kenarlı Mercekte Görüntü Çizimi
Kalın kenarlı mercekle cisimlere bakıldığında cisimlerin daima küçük ve düz görüntüleri görülür. Cisim nerede olursa olsun görüntü her zaman cismin olduğu taraftaki odakla mercek arasında düz, zahiri ve c boyu cismin boyundan küçük olur.
Cisim merceğe yaklaştıkça görüntü de merceğe yaklaşır ve boyu büyür. Cisim sonsuzda iken görüntü odakta olur.
Aydınlanma
Işık Şiddeti (I)
Bir ışık kaynağından birim zamanda yayımlanan görünür foton (tanecik) sayısına Işık şiddeti denir. Işık şiddetinin birimi mum veya candela (cd) dır.
Işık Akısı (ΦΦ)
Bir ışık kaynağından birim zamanda yayımlanan görünür ışık enerjisine ışık akısı denir. Birimi lümen dir.
1Lümen
1metreyarıçaplı kürenin merkezine konulan 1 cd şiddetindeki noktasal bir ışık kaynağının, kürenin 1m2’Iik yüzeyine birim zamanda gönderdiği ışık akısına 1Iümen denir.
Kürenin yüzey alanı
A=4πr2A=4πr2
r=1metre ise
A=4πA=4π olur.
1cd şiddetindeki kaynağın yayımladığı ışık akısı;
Φ=4πΦ=4π lümen ise I şiddetindeki kaynağın yayımladığı ışık akısı;
Φ=4πIΦ=4πI olur.
Aydınlanma Şiddeti:
Birim yüzeye dik olarak düşen ışık akısına denir. Birimi lux (Lüks) tür.
E=ΦSE=ΦS
E=4πI4πr2E=4πI4πr2
E=Ir2E=Ir2
bağıntısı ile hesaplanır.
A noktası çevresindeki aydınlanma şiddeti
E=Id2E=Id2
A noktası çevresindeki aydınlanma şiddeti
E=Id2CosαE=Id2Cosα
EA=EB=EC=Id2EA=EB=EC=Id2
Fotometreler:
İki farklı ışık kaynağından birinin ışık şiddeti biliniyorsa, fotometreler yardımıyla diğerinin ışık şiddeti bulunabilir. Ortasında yağ lekesi olan yarı saydam bir ekran kullanılır. İki taraftaki kaynakların yağ lekesi üzerinde oluşturdukları aydınlanma eşit olduğunda yağ lekesi görünmez olur.
O noktası çevresindeki aydınlanma şiddetleri eşit olduğunda yağ lekesi görünmez ve
E1=E2E1=E2
olur.