Hayatta çeşitli ışık kaynaklarıyla karşılaştırılmaktadır. Güneş, akkor ve flüoresan lambalar, bazen mumlar ve kamp ateşi bunlardan bazılarıdır. Gördüğünüz bu kaynakların ışık yaydıklarını söylüyoruz. Peki bu farklı şeyleri nasıl görüyorsunuz? İnsanlar, arabalar, binalar? Işık nasıl yayılmaktadır? Her yere gidilmekte midir?
Neden görüyoruz?
Karanlık olduğunda nesnelerin renklerini ve şekillerini ayırt edememekteyiz. Dünyayı güzel ve renkli görmek için ışığa ihtiyacınız vardır.
Herhangi bir şeyi görebilmemiz için ışığın gözümüze girmesi ve görsel bir etki yaratması gerekmektedir. Bu ışık doğrudan bir ışık kaynağından gelebilmektedir. Ayrıca ışığın yansıdığı nesneleri de görebiliriz.
Dünyanın eylemleri.
Işığın en ünlü etkisi aydınlatmadır.
Elimizi bir ampulün yanına koyduğumuzda sıcaklığını hissederiz. Tıpkı güneşli güzel bir günde olduğu gibi, kumsalda çok uzun süre güneşlenirsek yanabiliriz. Bu durum, ışığın enerji aktardığını kanıtlamaktadır. Aslında bu durum, ışığın termal etkisinden başka bir şey değildir.
Karanlık bir yüzey, ışığı açık olandan daha iyi emmektedir. Bu nedenle sıcak havalarda açık renkli giysiler giymek daha iyidir.
Işık ayrıca kimyasal bir etki de üretebilmektedir. Yani kimyasal reaksiyonlara neden olabilmektedir. Örneğin ışık, bitkiler tarafından fotosentez sürecinde de kullanılmaktadır.
Işığın etkisi altında, elektronlar maddenin dışına uçabilmektedir. Bunun sonucunda bir elektrik akımı ortaya çıkmaktadır. Bu durum, ışığın elektriksel hareketidir. Örneğin, dijital kameralarda kullanılmaktadır.
Işık kaynakları nelerdir?
Bazı cisimlerin radyasyon yaydığını söylüyoruz. Peki bu neden olmaktadır? Bu durum gönderilmiş bir dalga veya bir parçacık akışı olabilmektedir. Radyasyonun doğası gereği, özellikleri ve zararlı olup olmadığını web sitemizdeki ilgili makalelerden öğrenebilirsiniz.
Işık, gözümüzle algılayabildiğimiz belirli bir radyasyon türüdür. Ayrıca kaynağı olan tüm cisimler ışık kaynakları olarak adlandırılmaktadır.
Işık kaynağı, ışık yayan herhangi bir cisimdir.
Bildiğimiz ışık kaynakları ise, iki gruba ayrılabilmektedir;
- Doğal ışık kaynakları (doğanın kendisi tarafından yaratılmıştır);
- Yapay ışık kaynakları (insan yapımı).
Doğal ışık kaynakları şunları içermektedir;
- Güneş dahil yıldızlar;
- Atmosferik deşarjlar;
- Bazı canlı organizmalar (ateş böcekleri).
Yapay ışık kaynaklarının örnekleri şunları içermektedir;
- Ampuller;
- Isıtılmış çelik;
- Şenlik ateşi;
- Mum;
- LED’ler.
Merak edilenler ise;
İnsanın ateş yakma yöntemini keşfetmesiyle ilişkili birincil ışık kaynağı, bir ağacın yakılmasıdır (şenlik ateşi). Çok geçmeden atalarımız, zeytinyağı lambalarının (kandiller) icat edildiği bitkisel ve hayvansal yağları yakmayı öğrenmiştir.
Bir süre sonra, bir kişi mum yapma işlemi öğrenilmiştir. Yapay aydınlatma teknolojisinde bir atılım, bir gaz lambasının tasarımıydı. Bu alet ilk kez, 1853’te Pole Ignacy Lukasiewicz tarafından yapılmıştır.
Buluşu aydınlatma teknolojisinde devrim yaratmıştır. Ignatius Lukasiewicz, Krosno yakınlarındaki Subcarpathian bölgesinde kurulan dünyanın ilk petrol rafinerilerinin çalışmalarını yönetmiştir. Zamanla, gaz lambası yavaş yavaş elektrikli aydınlatma ile değiştirilmeye başlanmıştır. İlk elektrik ışığı da bu dönemde görülmüştür.
Modern bir ışık kaynağı, şu anda televizyon matrislerinin üretiminde kullanılan organik ışık yayan diyotlardır (OLED). Sıvı Kristal Ekranlı (LCD) TV’lerin aksine, OLED TV’ler arkadan aydınlatma gerektirmemektedir. Çünkü organik diyotların kendileri çok renkli ışık yaymaktadır. Ek olarak, bu diyotlar çok esnektir. Bu da diğer nesnelerin yanı sıra, örneğin bir tükenmez kalemde geri çekilebilmektedir. Ya da bir mini ekranı gizlemenize izin vermektedir.
Hangi nesneler ışık kaynağı değildir?
Parlıyor gibi görünen tüm nesneler ışık kaynağı değildir.
Venüs gezegeni genellikle gün doğumundan hemen önce veya gün batımından hemen sonra gökyüzünde görülmektedir. Gökyüzündeki en parlak üçüncü nesnedir (Güneş ve Ay’dan sonra). Venüs‘ün ışığı bazen o kadar güçlüdür ki, aydınlattığı nesneler bir gölge oluşturmaktadır. Ancak bu nesne kesinlikle bir ışık kaynağı değildir. Venüs güneş ışığını o kadar güçlü yansıtır ki bir yıldız gibi görünmektedir. Aslında, gökyüzünde görebildiğimiz her gezegen kendi ışığıyla parlıyormuş gibi görünmektedir. Ama bu yansıyan güneş ışığıdır. Gezegenleri ışık kaynağı olarak kabul edemeyiz. Çünkü onlar ışık yaymazlar, sadece yansıtırlar.
Dolunay sırasında çevredeki manzarayı ve nesneleri çok iyi aydınlatan Ay için de aynı şey söylenebilmektedir. Ay ışık yaymamakta ve sadece güneş ışığını yansıtmaktadır.
Işık yayan her nesne ışık kaynağı değildir. Bu tür nesneler yansıyan ışıkla parlamaktadır. Bunlara ışık yaymayan, sadece güneş ışığını yansıtan Ay ve gezegenler de dahildir.
Işığın yayılması
Şimdi ışığın uzayda nasıl yayıldığını düşünelim. Işık, boşlukta doğada mümkün olan en yüksek hızda (ışık hızı), yani c ≈ 300.000 km/sn’de yayılan radyasyondur.
Işığın temel özellikleri antik çağda biliniyordu. Eski Yunanlılar bile gözlemlerine dayanarak, ışık yayıldığında gölge ve yarı gölge görünümlerinin ortaya çıktığı sonucuna varmışlardır. Her iki olay da homojen bir ortamdaki ışığın düz bir çizgide (doğrusal olarak) yayıldığının kanıtıdır. Güneşli bir günde insanların, ağaçların, binaların ve diğer nesnelerin gölgeleri Dünya’da iyi gözlenmektedir.
Deney
Bu gözlemi doğrulamak için bir deney yapın. Bir deneyim olarak, Işığın doğrusal yayılımının kanıtını görelim. Bunun içine neye ihtiyaç vardır?
- Karbon kağıt kutusu A4;
- Aydınger kağıdı veya kahvaltı kağıdı (ince) A4;
- Siyah kendinden yapışkanlı film veya boya;
- Duvar kağıdını kesmek için makas veya bıçak;
- Kalın iğne.
Talimatlar ise şu şekilde olmalıdır;
- Kutunun kapağında her iki yanında yaklaşık 1,5 cm boşluk kalacak şekilde bir dikdörtgen kesin.
- İçine bir aydınger kağıdı yapıştırın.
- Kutunun ikinci kısmının içini mat siyah yapışkan folyo ile kaplayın veya siyaha boyayın.
- Kutunun tabanının ortasına kalın bir iğne ile bir delik açın.
- Hazırlanan kapağı kutunun üzerine yerleştirin ve tüm çevreyi sıkıca kapatın.
- Delikli kutuyu bir tür ışık kaynağına doğru çevirin ve ne gözlemlediğinize bakın!
Deneyin özeti.
Yaptığımız şey bir prototip kameradır. Bu durum, dünyayı gözlemleyebileceğiniz düz bir yüzeye üç boyutlu bir görüntü yansıtmak için kullanılan bir cihazdır. Siyah yüzeyin yerine bir dijital kameradan bir fotoğraf plakası veya ışığa duyarlı bir matris yerleştirilseydi, böyle bir görüntü bile kaydedilebilirdi. Latince “camera obscura” (camera obscura) adını taşıyan cihazımız, doğrusal ışık yayılımı ilkesiyle çalışmaktadır.
Lambanın tepesinden çıkan ışın, kutudaki deliğe düz bir çizgide gider. Delikten içeri doğru geçer ve ekrana çarparak ekranın altındaki ampulün üst kısmının görüntüsünü oluşturur. Aynı şekilde lambanın altından gelen ışın kutudaki deliğe ve ardından ekranın üst kısmına yönlendirilir. Bu, lambanın veya diğer nesnelerin ters bir görüntüsünü oluşturur.
Eski Mısırlılar, sütunları düz bir çizgide yerleştirmek için ışığın doğrusal yayılım yasasını kullandılar. Sütunlar, göze en yakın olan sütun nedeniyle diğerleri görünmeyecek şekilde düzenlenmiştir.
Gölge ve yarı gölge oluşumu
Opak bir engelin olduğu yerde ışık ışınları durmaktadır. Bir gölge bölgesi yani ışık ışınlarının ulaşamayacağı bir alan oluşturmaktadır. Başka bir deyişle gölge, ışık ışınlarının ulaşmadığı bir alandır.
Güneş sana parıldadığında gölgeye bakabilirsiniz. Sert kenarları var mı, yoksa gölgenin “zayıf” olduğu ve gölgenin kenarlarının bulanık olduğu bir alan mı görüyorsunuz?
“Daha açık” bir gölgenin etkisine yarı gölge denmektedir. Peki kendini nasıl göstermektedir?
Genişletilmiş bir ışık kaynağı (yani, bu kaynak ile aydınlatılan nesne arasındaki mesafeye kıyasla nispeten büyük bir ışık kaynağı) tarafından aydınlatılan opak bir nesne olduğunda yarı gölge oluşmaktadır. Başka bir deyişle, yarı gölge, ışık kaynağının bir kısmından gelen ışığın çarptığı alandır. Yarı gölgesiz bir gölge, yalnızca opak bir nesne için bir nokta ışık kaynağı ile aydınlatıldığında oluşturulmaktadır.
Opak bir nesne genişletilmiş bir ışık kaynağı tarafından aydınlatılıyorsa veya nesne birkaç nokta kaynağı tarafından aydınlatılıyorsa, gölgeye ek olarak ışık kaynağının yalnızca bir kısmından ışık alan bir yarı gölgeli bölge oluşturulmaktadır.
Genişletilmiş ışık kaynakları hakkında konuştuğumuzda, aydınlatılan nesneye olan mesafeye kıyasla nispeten büyük olan ışık kaynaklarını kastediyoruz. Örneğin, Güneş, Dünya ile arasındaki mesafeye kıyasla, onu genişletilmiş bir ışık kaynağı olarak kabul edebileceğimiz kadar büyüktür.
Parlayan bir elektrik ampulü, aydınlatılan cisme olan mesafeye bağlı olarak, yakınsa uzun bir kaynak olarak veya onu aydınlatılan nesneden ayıran mesafe ise bir nokta kaynağı olarak kabul edilebilecek bir ışık kaynağı örneğidir. Ayrıca nesnenin yeterince büyük olması gerekmektedir.
Noktasal ışık kaynağı, boyutu aydınlatılan nesneye olan mesafeden çok daha küçük olan bir kaynaktır. Örneğin, bizden binlerce ışık yılı uzaklıkta bulunan bir yıldız, devasa boyutuna rağmen, çapı Dünya’ya olan uzaklığa göre çok küçük olduğu için noktasal ışık kaynağı olarak kabul edilebilmektedir.
Aydınlatılmış nesnenin arkasında bir gölge oluşturulmaktadır. Genişletilmiş ışık kaynağı nesneyi farklı açılardan aydınlattığından, ışınların bir kısmı nesnenin arkasındaki alanı aydınlatabilmektedir. Böylece nesnenin hemen arkasında oluşturulandan biraz daha hafif bir gölge oluşturabilmektedir. Bu durum biraz daha açık olan gölgeye dönüşmektedir. Buna ise, penumbra denmektedir. Yarı gölgedeyken, ışık kaynağının yüzeyinin bir kısmını görünmektedir.
Tam veya kısmi tutulma olayları
Dünya’nın etrafında hareket ederken, Ay, Dünya ile Güneş arasında veya Dünya, Ay ile Güneş arasında olabilmektedir. Bu durumlarda ise, güneş veya ay tutulmaları gözlemlenmektedir.
Bu durum, gölge bölgesinden ışık kaynağını hiç göremememiz gerçeğiyle doğrulanmaktadır. Bu nedenle, sadece bir güneş tutulması sırasında meydana gelmektedir. Ayın gölgesinin konisindeyseniz, güneşin gizlenmiş diskini gözlemleyeceksiniz. Yani güneş tutulması sırasında Ay’ın gölgesi Dünya’nın üzerine düşmektedir.
Ay’ın yarı gölgeli konisi bölgesindeyseniz, sözde kısmi tutulmayı göreceksiniz. Güneş diskinin bir kısmı Ay diski tarafından gizlenecektir. Yani, ay tutulması sırasında Ay, Dünya’nın gölgesine düşmektedir.
Dünyanın gölgesinin düştüğü o kısmında tam bir güneş tutulması görülecektir. Yarı gölgenin olduğu yerde, Güneş’in sadece bir kısmı Ay tarafından örtülecektir. Yani parçalı güneş tutulması olacak ve dünyanın geri kalanında tutulma olmayacaktır.
Dünya ve Ay’ın hareketleri iyi anlaşıldığından, tutulmalar yıllar önceden tahmin edile bilmektedir. Araştırmacılar her tutulmayı çeşitli bilimsel gözlemler ve ölçümler için kullanmaktadır. Tam bir güneş tutulması, Güneş’in atmosferinin dış kısmını (güneş koronası) gözlemlemeyi mümkün kılmaktadır. Normal koşullar altında, Güneş’in yüzeyinin kör edici parlaklığı nedeniyle güneş koronası görünmezdir.
