Düzlem Aynalar: Işık Şiddeti, Aydınlanma ve Görüntü Oluşumu

Konu Özeti

Işık kaynakları ışığı her yöne yayar. Bu bölümde kaynağın ne kadar ışık yaydığını ve bir yüzeyin ne kadar aydınlandığını ölçen büyüklükleri öğreneceksiniz. Ardından düzlem aynalarda görüntü oluşumunu, birbirine açılı aynaları ve döndürülen aynanın etkisini inceleyeceksiniz. Konu, günlük hayattaki aydınlatma ve ayna kullanımıyla doğrudan ilgilidir.

Temel Kavramlar

Işık kaynağının ve aydınlanmanın ölçülmesinde üç temel büyüklük kullanılır. Bu büyüklükleri birbirinden ayırmak, soruları doğru çözmenin ilk adımıdır.

• Işık şiddeti (I): Kaynağın birim katı açıya yaydığı ışık akısıdır. Birimi candeladır (cd).
• Işık akısı (Φ): Kaynağın birim zamanda yaydığı ışık miktarıdır. Birimi lümendir (lm).
• Aydınlanma şiddeti (E): Birim yüzeye düşen ışık akısıdır. Birimi lükstür (lx).

Φ = I · Ω (Ω: katı açı)

E = Φ / S (S: yüzey alanı)

E = I · cosα / d² (α: yüzey normali ile ışık arasındaki açı; d: kaynağa uzaklık)

• Yüzey ışık ışınlarına dik tutulduğunda (α = 0°) cos α = 1 olur ve E = I / d² bulunur.
• Uzaklık 2 katına çıkarsa aydınlanma 1/4'üne düşer. Bu, uzaklığın karesiyle ters orantıdır.
• Kaynağın şiddeti 2 katına çıkarsa aydınlanma da 2 katına çıkar. Bu, şiddetle doğru orantıdır.
• Yüzey eğildikçe cos α azalır ve aydınlanma küçülür.

Günlük hayat: Masa lambasını kitaba yaklaştırdığınızda sayfa daha parlak görünür. Bunun nedeni uzaklık azaldıkça d² küçülmesi ve E değerinin artmasıdır.

Temel Kavramlar (devamı)

Düzlem ayna, yansıtıcı yüzeyi düz olan aynadır. Işık düzgün yansıma yapar ve yansıma kanunlarına uyar. Görüntü, cismin aynanın arkasında oluşan sanal bir kopyasıdır.

• Gelme açısı yansıma açısına eşittir (i = r). Açılar yüzey normaline göre ölçülür.
• Gelen ışın, yansıyan ışın ve normal aynı düzlemdedir.
• Cisim aynaya ne kadar uzaksa görüntüsü de aynanın arkasında o kadar uzaktadır: dg = dc.
• Görüntü sanaldır, düzdür (cisimle aynı yönlüdür) ve cisimle aynı boydadır.
• Görüntüde sağ ile sol yer değiştirir (yanal ters).
• Sanal görüntü, yansıyan ışınların uzantılarının kesiştiği noktada oluşur; perdede elde edilemez.

Görüntüyü bulmak için cismin her noktasından aynaya dik bir doğru çizilir. Bu doğrunun aynanın arkasındaki uzantısına, aynaya olan uzaklık kadar bir nokta işaretlenir.

Ayna sabitken cisim aynaya v hızıyla yaklaşırsa görüntü de aynaya v hızıyla yaklaşır. Bu durumda cisim ile görüntünün birbirine yaklaşma hızı 2v olur.

Birbirine Açılı Aynalar ve Döndürülen Ayna

Aralarında α açısı bulunan iki düzlem ayna arasına konan cismin görüntü sayısı aşağıdaki bağıntıyla bulunur.

n = 360° / α − 1 (360°/α çift ise her konumda geçerli)

Tek ise ve cisim açıortay düzleminde ise n = 360°/α − 1; tek ise ve cisim açıortay düzleminde değilse n = 360° / α

• Aynalar paralelse (α = 0°) görüntü sayısı sonsuzdur.
• α = 90° için n = 3; α = 60° için n = 5 bulunur.
• Ayna θ kadar döndürülürse gelen ışın sabitken yansıyan ışın 2θ kadar döner.