Mercekler ve Aynalar

Ayna, insanın kendisini görmesi için kullandığı cam veya maden levhadır. Mercek ise içinden geçen paralel ışınları birbirine yaklaştıran ya da uzaklaştıran saydam bir cisimdir. İnsan gözünün görmesini göz merceği sağlar. Görme bozukluğunu gidermek için merceklerden oluşan gözlük takılır. Fotoğraf makinesi ve büyüteç de, mercekle çalışan araçlardır. Mikrokskop, teleskop ve diğer birçok ölçme araçlarında mercekler ve aynalar bulunmaktadır.

Bir aynanın önünde durup bakarsanız, yüzünüzü görebilirsiniz. Aynanın durumunu değiştirince, başka cisimleri de görebilirsiniz. Aynada, önündeki cismin bir görüntüsü oluşur.


Mercek ve aynalar, görüntü eldesi için kullanılırlar. Normal bir düz aynada, öndeki cismin görüntüsü, cisimle aynı büyüklükte ve doğrultudadır; fakat sağı ve solu yer değiştirmiştir. Sol el, görüntünün sağ tarafında görünür. Aynalar ve merceklerle daha büyük yada daha küçük görüntüler de elde edilebilir.
Mercek, bir ya da iki yüzü çukur veya tümsek olan, cam veya plastikten yapılmış bir araçtır. Saydamdır, yani ışığı geçirir. Fakat içinden geçen ışığın gidişini saptırır. Bu sapmaya ışığın kırılması denir.
Ayna ise ışığın geçemediği, parlak bir cisimdir. Yüzleri düz veya eğri olabilir. Camın bir tarafını gümüş veya başka metalle kaplayarak yapılır. Ayna, üzerine gelen ışığı, geldiği tarafa geri gönderir. Bu olaya da ışığın yansıması denir.

Mercekler ve aynalarla ilgili çalışmalara geometrik optik denir. Optik, ışık bilgisi demektir. Geometri ise, şekiller ve doğrultuları inceleyen bilimdir.farklı şekilli mercekler ve aynalar, ışığın gidişini çeşitli şekillerde değiştirirler. Bunlar geometrik optik kurallarıyla belirlenmiştir.
Işık, bir enerji türüdür. Kitabın sayfasından göze gelen ışık, göze enerji taşımaktadır. Fakat ayna ve merceklerin çalışmasını açıklamak için ışığın ne olduğunu açıklamaya gerek yoktur. Işığın ne olduğu öğrenilmeden çok önce ışığın hareket şekli incelenmiş ve anlaşılmıştı.
Işık, cam, su ve hava gibi maddelerden geçebilir. Bu maddelere ortam denir. Boşluk da bir ortamdır ve ışık ondan da geçebilir. Işığın hareketi, ışınlardan yola çıkılarak daha kolay incelenebilir. Işık ışını, ışığın çok ince bir parçasıdır.

Bir ortamda yol alan bir ışın doğrusal olarak gider. Fakat başka bir ortama geçince, doğrultusu değişir. Bir ayna veya merceğe çarpınca da aynı şey olur. Bunlara gelirken ve çıktıktan sonra ışık doğrusal yayılır. Fakat içinde, kırılmalar nedeniyle sapmalar olur.

Düz bir çizgi çizin. Bunu bir aynanın düz yüzü varsayın. Sonra bu yüzeye gelen, doğrusal bir ışın çizin. Bu ışın, aynaya herhangi bir noktada çarpsın. Aynı noktaya gelen, fakat aynaya dik bir ışın daha çizin. Buna dik çizgi veya normal denir.

Önce çizilen herhangi ışın, normalle bir açı yapar ve bu açıya gelme açısı adı verilir. Yansıyan ışın da, normalle bir açı yapar. Buna yansıma açısı denir.

Yansıma yasasına göre, gelme açısıyla yansıma açısı birbirine eşittir. Böylece, yansıyan ışın, gelen ışının normalle yaptığı açının aynını yapacak şekilde, normalin diğer tarafına çizilebilir. Gelme açısı sıfır derece ise, gelen ışınla yansıyan ışın üstüste çakışır.

Gelme açısı doksan dereceye yakınsa, yansıyan ışın da ayna yüzüne değerek gider.
Bu olay, bir bilardo topunun masanın kenarına çarpıp, aynı açıyla diğer tarafa gitmesine benzer.
Aynanın önüne bir cisim koyduğumuzu düşünelim. Cismin her noktasından geçerek gelen ışınlar aynaya çarpar.
Her ışın, yansıma kuralına uyar. Yansıyan ışınlar, normalin diğer tarafına doğru yol alırlar. Aynanın arkasındaki bir noktadan ışınlar çıkıyormuş gibi görünür. Cisim oradaymış gibi olur. Bu şekilde, aynanın arkasında oluşan görüntüye gerçek olmayan görüntü denir.

KIRILMA

Aynalardan başka, merceklerle de görüntü elde edilebilir. Mercekler cam disklerden kesilir ve sonra yüzeyleri parlatılır. Işık, mercekten geçince, doğrultusu değişir. Bu olayı anlamak için, ışığın su ve camda nasıl yol aldığını bilmek gerekir. Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın doğrultusu değişir. Buna kırılma denir.


Hava ve cam gibi, farklı iki ortamın sınırını belirtmek amacıyla düz bir çizgi çizin.
Sonra havadan bir ışın geldiğini gösterin. Cama çarptığı yerdeki yüzeyin normalini çizin. Işık, cam içinde yolunu değiştirecek ve kırılmış ışık olacaktır. Kırılmış ışının, normalle yaptığı açıya kırılma açısı adı verilir. Bu açı, normalin diğer tarafındadır.

Kırılma kuralına göre kırılma açısı, gelme açısından daha küçüktür. Yani, ışık, normale doğru yaklaşır. Eğer açı, yüzeye teğet olarak gelirse, yani dik açılı ise düz olarak yoluna devam devam eder.
Şimdi de camdan gelen herhangi bir ışın çizin. Bu ışın kırılacak ve havaya çıkacaktır. Havadaki kırılma açısı, camdakinden farklıdır. Kırılma kuralına göre, kırılma açısı, gelme açısından daha büyüktür. Işık, normalden uzaklaşır şekilde yol alır.

Bu iki durum birbirinin benzeridir. Havadaki açı, camdaki açıdan her zaman daha büyüktür. Cam, havadan daha yoğun bir maddedir. Yoğun olan ortamda, açı daha küçüktür. Bu durum diğer ortamlar içinde böyledir. Işık, hava ile su arasında kırılıyorsa, sudaki açı daha küçüktür, çünkü su, havadan daha yoğundur.
Işık, havadan, daha yoğun bir ortama geçerse, o ortamın yoğunluğuna bağlı olarak kırılır. Ortamın yoğunluğu fazlaysa, kırılma açısı küçük olur; yani ışık daha fazla bükülür. Bu bükülme miktarı, kırılma indisi denilen bir sayıyla gösterilir. Yoğunluğu fazla olan ortamın kırılma indisi de büyüktür.

Aynalarda olduğu gibi, mercekler de ışığın doğrultusunu değiştirmek için kullanılır. Bir cisimden gelen ışınlar, mercekten geçtikten sonra, başka bir noktada kesişirler ve sanki oradan çıkıyor gibi olurlar.


Yeni noktada bir görüntü oluşur. Büyüteçler, iki tarafı da dışbükey olan merceklerdir. Bunları kullanarak, Güneş ışınlarını bir noktada toplayabilirsiniz. Böylece Güneşin bir görüntüsünü elde edebilirsiniz. Aynı şekilde pencerenin görüntüsü de görülebilir.

Bir büyüteçle, kolunuzu uzatıp tutarak cisimlere bakın. Cisimlerden gelen ışınlar, mercekle gözünüz arasında bir bir yerde birleşir ve ışık bu noktadan yeniden gözünüze gelir. Cisimlerin gerçek görüntülerini görürsünüz. Fakat bu görüntüler başaşağı durumdadır.

Küçük gök dürbünleri, normal dürbünler ve bir çok astronomi dürbününde, cisimlerin gerçek görüntülerini elde etmede dışbükey mercekler kullanılır. Bunlara ince kenarlı mercekler adı verilir.
Cisimler ince kenarlı merceğe yaklaştıkça, görüntüleri, mercekten daha uzakta oluşur. Fakat cisim, merceğe çok yakınsa, gerçek bir görüntü oluşmaz. Cisimle aynı tarafta, gerçek olmayan bir görüntü oluşur. Küçük bir böceğe, büyeteci yaklaştırarak bakınca, böceğin gerçek olmayan bir görüntüsü görülür.
Büyüteçteki merceğin iki yüzü de dışbükey değildir. Biri dışbükey diğeri düzdür. Bu tip merceğe düzlem-dışbükey mercek denir. Bir yüzü dışbükey diğeri çukur da olabilir. Bunlar ışınların daha az dağılmasını sağlarlar.

Ortası, kenarlarından daha ince olan mercekler, büyüteç olarak kullanılamaz. Cisimlerin görüntüleri gerçek değildir ve cisimden daha küçüktür. Bunlarla gerçek görüntü elde edilemez. Gözlüklerdeki mercekler daha çok bu türdendir.
Bir cismin veya görüntüsünün fotoğrafını çekebilirsiniz. Fotoğraf makinesinin merceği iki tarafı dışbükey ince kenarlı mercektir. Film üzerinde gerçek görüntü oluşturur.

İnsan gözündeki mercek de ince kenarlıdır. Gözün ağtabaka denilen arka kısmında, gerçek görüntü oluşturur. Ağtabakada renkli ışıklar ve görüntüler elektrik sinyallerine dönüşür ve beyine gider.
Yapay merceklerin şekli değişemediği halde, göz merceği, yüzeylerini değiştirebilir. Eğriliği çok fazlalaşınca, yakındaki cisimleri görür. Eğriliği az olunca, uzaktaki cisimleri görür.
Fotağraf makinesinin merceğinin belirli bir şekli vardır. Farklı uzaklıktaki cisimlerin görüntüsünü, film üzerine düşürebilmek için, mercek hareket ettirilir.

Merceklerin ve aynaların da yapım kusurları olabilir. Yüzeylerinin eğriliği değişkense, bulanık görüntülerin oluşmasına yol açarlar. Bir noktadan gelen ışınlar, bir noktada birleşmez, farklı yerlerde birleşirler. Buna küresel sapma adı verilir. Bunu önlemek için, merceklerin yüzeyi tam küresel yapılmaz.
Renk sapması nedeniyle de bulanık görüntü oluşabilir. Çünkü merceğin yapıldığı cam, farklı renkli ışıkları, farklı miktarlarda kırar. Bu yüzden cisimlerin görüntüsü bulanık olur. Görüntü, renkli şeritler biçiminde görülür. Bu sapma, birkaç merceği bir arada kullanarak düzeltilebilir. Kullanılan camların kırılma indisleri farklı seçilir.
Merceğe gelen ışınların hepsi diğer tarafa geçmez. Bir kısmı da geri yansır. Bu durum pencere camında görülebilir. Bunlar, optik araçlarda istenmeyen yanlış görüntülere yol açabilir. Bu yansımayı azaltmak için mercekler, ışığı geçiren, fakat yansıtmayan özel bir kimyasal maddeyle kaplanır.
Işık, yoğun bir ortamdan, az yoğun ortama geçerse, yüzeyin normalinden uzaklaşarak kırılır. Bu kırılma o kadar fazla olabilir ki , kırılan ışın, yüzeye teğet olur. Bu durum kritik açı denilen belli bir geliş açısında olur. Geliş açısı, kritik açıdan daha büyükse, kırılma olmaz. Gelen bütün ışık, yeniden çok yoğun ortama yansır. Buna tam yansıma adı verilir.
Mercek: Optik görüntüler oluşturmak için kullanılan, genellikle küresel yüzeylerle sınırlı, camdan ya da ışık kırıcı bir maddeden yapılmış hacim.

Dalga ve titr: Sesötesi mercek, sesötesi titreşimlerin hızının, sesötesi inceleme ortamındakinden (su, insan vücudu) çok farklı olduğu bir gereç içinde (pleksiglas, kauçuk) gerçekleştirilen ve bu nedenle, sesötesi titreşimler için optik merceklerin ışığa gösterdiğine benzer özellikler gösteren düzenek. (Sesötesi mercekler, akustik mikroskopta kullanılır.)

Elektron: Elektron merceği, kondansatörlerden (elektrostatik mercek), bobin ya da elekromıknatıslardan (elektromanyetik mercek) oluşan ve optik merceklerin ışık demetlerini saptırdığı gibi, yüklü parçacık demetlerini de saptıran eksenel bakışımlı düzenek. (Elektron akımlarını yakınsatmaya olanak veren elektron mercekleri birçok aygıtta, özellikle elektron mikroskoplarında kullanılır.)