Fiziksel optikte ışık dalgaları için soru ve formül örnekleri
Işığın özellikleri
1. Işık bir elektromanyetik dalgadır, dolayısıyla ışık…
A. Yansıma deneyimi yaşamaz.
B. Kırılma yaşamaz.
C. Çoğaltma ortamı gerektirmez.
D. Yayılımı sırasında enerji taşımaz.
Pembahasan
Işık bir dalgadır, bu nedenle diğer dalgalar gibi yansımaya, kırılmaya uğrar ve yayılımı sırasında enerji taşır. Işık elektromanyetik bir dalga olduğundan, yayılımı için bir ortama ihtiyaç duymaz.
Doğru cevap C şıkkıdır.
2. Lütfen aşağıdaki ifadeye dikkat edin:
1. Işık düz bir çizgide hareket eder.
2. Işık bir elektromanyetik dalgadır.
3. Işık emilebilir.
4. Işık elektrik yükü taşır.
Işığın özellikleri ile ilgili doğru ifade şudur...
A. Yalnızca 1. ifade
B. 1 ve 2 numaralı ifadeler
C. 1, 2 ve 3 numaralı ifadeler
D. Tüm ifadeler doğrudur.
Pembahasan
1. Işık düz bir çizgide hareket eder.
Bu ifade doğrudur çünkü ışık enine dalga gibi hareket etse de, ışığın izlediği yol düz bir çizgidir. Geometrik optik (ışığın yansıması ve kırılması) konusunda ışık, hareket yolu düz bir çizgi olan bir ışın olarak gösterilir.
2. Işık bir elektromanyetik dalgadır:
Bu ifade doğrudur çünkü ışık, yayılması için bir ortama ihtiyaç duymayan bir elektromanyetik dalgadır.
3. Işık emilebilir:
Bu ifade doğrudur. Işık, bir tür elektromanyetik dalgadır. Hem mekanik hem de elektromanyetik tüm dalgalar, bir yerden başka bir yere giderken enerji taşır. Bu nedenle, ışığın enerjisinin bir kısmı geçtiği ortam tarafından emilebilir. Örneğin, ışık düz bir aynaya doğru ilerlediğinde, ışığın çoğu yansıtılır, ancak küçük bir kısmı ayna tarafından emilir.
4. Işık elektrik yükü taşır:
Bu ifade yanlıştır. Işık bir elektromanyetik dalgadır ve elektromanyetik dalgalar, salınım yapan elektrik ve manyetik alanlar tarafından üretilir. Elektromanyetik dalgalar, ivmelenen elektrik yükleri tarafından yayılır.
Doğru cevap C şıkkıdır.
Mükemmel yansıma
3. Sağdaki resimde, yansıttığı ışık çok parlak olduğu için oldukça pahalı olan bir elmas mücevher taşı gösterilmektedir. Bu olaya neden olan şey…
A. Işığın daha az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama girdiği mükemmel kırılma olayı.
B. Yansıma açısının sınır açısından daha küçük olduğu mükemmel kırılma.
C. Işığın daha az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geldiği mükemmel yansıma.
D. Yansıma açısının sınır açısından büyük olduğu mükemmel yansıma.
Pembahasan
Elmastan yayılan ışığın parlamasının nedeni, ışık dağılımı ve mükemmel yansımadır. Mükemmel yansıma, ışığın daha yüksek kırılma indisine sahip bir ortamdan daha düşük kırılma indisine sahip bir ortama geçmesiyle oluşur. Örneğin, ışık elmastan (daha yüksek kırılma indisine sahip) havaya (daha düşük kırılma indisine sahip) geçer. Bunu daha iyi anlamak için aşağıdaki görseli inceleyin.
Işık, kırılma indisi yüksek bir ortamdan kırılma indisi düşük bir ortama geçerken normalden uzaklaşarak kırılır. Eğer geliş açısı (i) daha büyükse, kırılma açısı (r) da daha büyüktür. Belirli bir geliş açısında, kırılma açısı 90°'dir. Kırılma açısının 90° olduğu geliş açısına kritik açı (θk) veya sınır açısı denir. Eğer geliş açısı kritik açıdan veya sınır açısından büyükse, hiçbir ışık kırılmaz; tüm ışık yansıtılır.
Doğru cevap D şıkkıdır.
4. 2011 Ulusal Fen Olimpiyatı Soruları (Ortaokullar, İlçe/Şehir Düzeyi) No. 39
Mükemmel yansımaya işaret eden şu olgu şöyledir…
A. gökkuşağı
B. serap
C. renkli göl
D. astigmatizma
Pembahasan
Serap, mükemmel yansıma fenomeni olarak adlandırılır çünkü bu süreçte havadan gelen ışığın hiçbiri yol yüzeyi tarafından kırılmaz, ancak tüm ışığın yol yüzeyi tarafından yansıtılmış gibi görünür. Seraplar, ışığın farklı yoğunluklara sahip hava katmanlarından geçmesi nedeniyle oluşur. Gerçekte, ışık yol yüzeyi tarafından yansıtılmaz, ancak farklı kırılma indislerine sahip hava katmanları tarafından kırılır (bükülür).
Doğru cevap B şıkkıdır.
5. 2010 Ulusal Fen Olimpiyatı Soruları (Ortaokullar, İlçe/Şehir Düzeyi) No. 30
Sıcak bir günde asfalt yol yüzeyinde oluşan petrol sızıntısı görüntüsü, esasen tam anlamıyla bir yansıma olayıdır çünkü…
A. Havanın üst katmanlarının kırılma indisi, alt katmanlarının kırılma indisinden daha büyüktür.
B. Havanın üst katmanlarının kırılma indisi, alt katmanların kırılma indisinden daha küçüktür.
C. Su damlacıkları farklı yansıma açılarında farklı renkleri yansıtır.
D. Su damlacıkları farklı kırılma açılarında farklı renkleri yansıtır.
Pembahasan
Sıcak bir günde asfalt yolda oluşan petrol sızıntısı gibi bir manzara, serap örneğidir. Seraplar, yolun yakınındaki hava tabakası ile üzerindeki hava tabakası arasındaki kırılma indisi farkından kaynaklanır.
Sıcak bir günde, yol yüzeyi doğrudan üzerindeki havayı ısıtır ve bu da yol yüzeyinin hemen üzerindeki hava tabakasının, daha yukarıdaki hava tabakasından daha sıcak olmasına neden olur. Daha sıcak olan hava tabakası daha fazla hacim genişlemesi yaşar ve bu da yoğunluğunun azalmasına (daha düşük yoğunluk) yol açar. Tersine, üzerindeki daha az sıcak hava tabakası daha az hacim genişlemesi yaşar ve bu da yoğunluğunun artmasına (daha yüksek yoğunluk) yol açar. Dolayısıyla, alt hava tabakası daha az yoğun, üst hava tabakası ise daha yoğundur.
Alttaki (yol yüzeyine daha yakın) hava tabakası daha az yoğun olduğu için ışık oradan geçerken daha hızlı hareket eder, üstteki hava tabakası ise daha yoğun olduğu için ışık oradan geçerken daha yavaş hareket eder.
Kırılma indisi formülü şöyledir: n = c / v, burada n kırılma indisi, c = vakumdaki ışık hızı = sabit = 3 x 108 m/s, v = ortamdaki ışık hızı. Bu formüle göre, v büyürse n küçülür ve tersine v azalırsa n büyür olacak şekilde c sabitlenir.
Işık, alt hava katmanında daha hızlı hareket eder (büyük v), bu nedenle alt hava katmanının kırılma indisi daha küçüktür (küçük n), oysa ışık üst hava katmanında daha yavaş hareket eder (küçük v), bu nedenle üst hava katmanının kırılma indisi daha büyüktür (büyük n).
Doğru cevap A şıkkıdır.
kırılma indisi
6. Görünür ışık demetinin havadaki dalga boyu 510 nm'dir. Işık demeti kırılma indisi 1,5 olan bir ortama girerse, dalga boyu neye dönüşür?
A. 680 deniz mili
B. 510 deniz mili
C.340 nm
D.170 deniz mili
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
Dalga boyu (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metre
Kırılma indisi (n) = 1,5
Soru: Dalga boyu (λ) şu şekilde değişir…
Cevap :
Dalga boyu (λ) 340 nanometreye değişiyor.
Doğru cevap C şıkkıdır.
7. Berrak bir havuzun dibinde bir balık görülmektedir. Havuzun derinliği 2 metre, kırılma indisi ise 4/3'tür. Balık, havuz yüzeyine neredeyse dik olarak görülüyorsa, havuz yüzeyinden ne kadar uzakta görülebilir?
A. Havuz yüzeyinden 1 metre uzaklıkta
B. Havuz yüzeyinden 1,5 metre uzaklıkta
C. Havuz yüzeyinden 2 metre uzaklıkta
D. Havuz yüzeyinden 2,67 metre uzaklıkta
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
Havuzun kırılma indisi = 4/3
Havuz derinliği = 2 metre
Soru: Balıklar göletin yüzeyinden ne kadar uzaktan görülebilir?
Cevap :
Görünür mesafe = 1 : n (gerçek mesafe)
Görünür mesafe = 1 : 4/3 (2 metre)
Görünür mesafe = 1 x 3/4 (2 metre)
Görünür mesafe = 3/4 (2 metre)
Görünür mesafe = 6/4
Görünür mesafe = 1,5 metre
Gölün yüzeyinden görülebilen balığın uzaklığı = 1,5 metre
Doğru cevap B şıkkıdır.
8. Işık, çevreye göre kırılma indisi ... olan bir kanal üzerinden iletilebilir.
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Pembahasan
Vakumun kırılma indisi = 1,0000
Bir ortamın kırılma indisi, vakumun kırılma indisinden daha büyüktür.
Doğru cevap A şıkkıdır.
Işık dağılımı
9. Dağılım açısı, tek renkli ışığın iki rengi arasında, aşağıdaki olayda oluşan açıdır…
A. Işığın polarizasyonu
B. ışık emilimi
C. ışığın dağılımı
D. ışığın kırınımı
Pembahasan
Monokromatik ışık, tek bir renge veya dalga boyuna sahip ışıktır. Güneş ışığı gibi beyaz ışık, her biri farklı bir dalga boyuna veya frekansa sahip tüm renklerin birleşimidir. Beyaz ışığın görünür spektruma (kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve mor) ayrılmasına ışık dağılımı denir.
Işık dağılımı prizmalar, su damlacıkları veya diğer nesneler aracılığıyla sağlanabilir. Gökkuşakları, güneş ışığının yağmur damlaları tarafından dağıtılmasıyla oluşan, günlük hayattaki ışık dağılımına bir örnektir.
Doğru cevap C şıkkıdır.
10. 2011 Ulusal Fen Olimpiyatı Soruları (Ortaokullar, İlçe/Şehir Düzeyi) No. 60
Gökkuşağı, kısmi bir daire şeklinde, renkli bir şerit olarak görünür. Aşağıdaki dört gökkuşağı renginin, en küçükten en büyüğe doğru yarıçap sıralaması şöyledir:
A. kırmızı, turuncu, sarı, yeşil
B. mavi, mor, yeşil, sarı
C. yeşil, mavi, çivit mavisi, mor
D. çivit mavisi, mavi, yeşil, sarı
Pembahasan
Gökkuşağı renklerinin sırası kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve mor şeklindedir.
Kırmızı ışığın dalga boyu en uzun, mor ışığın ise en kısadır. Her bir ışık renginin sapması, dalga boyuna bağlıdır.
Beyaz güneş ışığı yağmur damlaları tarafından dağıtıldığında, daha uzun dalga boylu ışık daha az, daha kısa dalga boylu ışık ise daha çok sapar. Aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi, kırmızı ışık daha uzun dalga boyuna sahip olduğu için en az sapar, mor ışık ise daha kısa dalga boyuna sahip olduğu için en çok sapar. Bu nedenle, gözlemcinin gözü üstte kırmızı ışığı, altta ise mor ışığı görür.
Gökkuşağının tüm renklerindeki ışık kısmen dairesel şekildedir; kırmızı ışık çemberi en üstte olduğundan en büyük yarıçapa, mor ışık çemberi ise en altta olduğundan en küçük yarıçapa sahiptir.
Açık renklerin yarıçaplarının en büyükten en küçüğe doğru sıralaması kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi, mor şeklindedir.
Doğru cevap D şıkkıdır.
11. Suyun yüzeyindeki yağ tabakasının açık renkleri şu olaydan kaynaklanmaktadır...
A. girişim
B. polarizasyon
C. dispersi
D. kırınım
Pembahasan
Doğru cevap C şıkkıdır.
