İçeriğe geç

12. sınıf · Fizik · 17. hafta (11-15 Ocak 2027)

12.3.1. Dalgalarda Kırınım, Girişim ve Doppler Olayı: Işığın Tek Yarıkta Kırınımı

12.3. DALGA MEKANİĞİ teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Geçen hafta çift yarık deneyinin sonunda bir soru bırakmıştık: Yarıklardan biri kapatılırsa perdede ne görülür? Bu hafta bu sorunun cevabını arıyoruz. Tek renkli ışık tek bir dar yarıktan geçirildiğinde perdede yarığın keskin bir görüntüsü oluşmaz. Ortada geniş ve parlak bir merkezi aydınlık, iki yanında ise giderek sönükleşen daha dar saçaklar belirir. Bu olaya tek yarıkta kırınım denir. Haftamızda hesaplamaya girmeden, deney ve simülasyon gözlemleriyle bu deseni çizecek, desenin yarık genişliğine, dalga boyuna, perde uzaklığına ve ortama göre nasıl değiştiğini yorumlayacağız.

Işık da Engellerin Arkasına Bükülür: Tek Yarıkta Kırınım

14. haftada dalga leğeninde doğrusal su dalgalarını dar bir aralıktan geçirmiştik. Aralık dalga boyuna göre genişken dalgalar neredeyse düz ilerliyordu. Aralık daraldıkça dalgalar yarığın arkasında yarım çemberler biçiminde yayılıyordu. Dalgaların bir engelin kenarından ya da dar bir aralıktan geçerken doğrultu değiştirip gölge bölgesine yayılmasına kırınım demiştik. Işık da bir dalga gibi davrandığı için aynı olayı gösterir. Tek renkli ışık çok dar bir yarıktan geçirildiğinde yalnız yarığın tam karşısını aydınlatmaz, perdede yarıktan çok daha geniş bir bölgeye yayılır.

Kırınımı anlamak için Huygens ilkesinden yararlanırız. Bu ilkeye göre bir dalga cephesi üzerindeki her nokta, kendisinden yeni küçük dalgacıklar yayan bir kaynak gibi davranır. Dalga bir yarığa ulaştığında yarık içindeki noktaların her biri bu tür bir kaynak olur. Yarık genişse çok sayıda noktadan çıkan dalgacıklar birleşerek yine düzlem bir cephe oluşturur ve ışık büyük ölçüde düz ilerler. Yarık daraldıkça bu kaynakların sayısı azalır ve yarık tek bir noktasal kaynağa benzemeye başlar. Böylece ışık yarığın arkasında geniş açılarla yayılır.

Kırınımın ne kadar belirgin olacağını yarık genişliğinin dalga boyuna oranı belirler. Görünür ışığın dalga boyu milimetrenin binde birinden bile küçüktür. Bu yüzden kapı aralığı ya da pencere gibi açıklıklarda ışığın kırınımı fark edilmez ve ışık keskin gölgeler oluşturur. Ses dalgalarının dalga boyu ise santimetrelerle metreler arasındadır. Bu nedenle kapı aralığından geçen ses odanın her yerine yayılır. Işıkta kırınımı görebilmek için yarığın milimetrenin onda biri ya da daha küçük genişlikte olması gerekir. Böyle dar bir yarıkta perdede yalnız yayılma değil, düzenli aydınlık ve karanlık saçaklardan oluşan bir kırınım deseni de oluşur.

Yarığın DurumuIşığın DavranışıPerdede Görülen
Yarık, dalga boyundan çok büyük (ör. pencere)Büyük ölçüde düz ilerler, kırınım ihmal edilirYarığın keskin kenarlı aydınlık görüntüsü
Yarık, dalga boyunun birkaç yüz katı kadarKenarlarda hafif bükülme başlarGörüntünün kenarlarında silik saçaklar
Yarık, dalga boyunun birkaç katı kadarBelirgin biçimde yayılırGeniş merkezi aydınlık ve yan saçaklardan oluşan desen
Yarık, dalga boyuna eşit ya da daha küçükYarığın arkasında neredeyse her yöne yayılırPerdenin tamamına yayılmış, sönük bir aydınlık
Geniş Yarık ve Dar Yarık: Işık Ne Kadar Yayılır?Geniş yarık: kırınım çok azgölge bölgesigölge bölgesiEngelPerdeGelen dalgaDar yarık: belirgin kırınımDar yarıkPerdeIşık yayılır
🔍 Büyütmek için dokunun

Tek Yarık Deney Düzeneği ve Gözlenen Kırınım Deseni

Tek yarık deneyi için bir lazer kalem, genişliği ayarlanabilen ya da hazır yapılmış bir dar yarık ve birkaç metre uzakta duran beyaz bir perde yeterlidir. Hazır yarık bulunamazsa isli bir camın üzerine jilet ucuyla tek bir ince çizik açılabilir. İki jilet bıçağı keskin kenarları birbirine bakacak biçimde neredeyse değecek kadar yaklaştırılarak da dar bir yarık elde edilebilir. Oda karartılır, lazer ışını yarığa dik olarak gönderilir ve perdede oluşan görüntü incelenir. Lazer ışını hiçbir zaman göze ya da yansıtıcı yüzeylere doğrultulmamalıdır.

Perdede ilk dikkat çeken şey, ortadaki geniş ve parlak merkezi aydınlık saçaktır. Bu saçak, lazerin geliş doğrultusunun perdeyi kestiği yerde bulunur. Merkezi aydınlığın iki yanında birer karanlık saçak, onların ardından daha dar ve çok daha sönük yan aydınlık saçaklar sıralanır. Desen merkeze göre simetriktir; sağ taraf sol tarafın ayna görüntüsü gibidir. Yan aydınlıkların her biri yaklaşık aynı genişliktedir, merkezi aydınlık ise bunların yaklaşık iki katı genişliktedir. Işığın büyük bölümü merkezi aydınlıkta toplanır.

Desen, yarığın uzun kenarına dik doğrultuda yayılır. Yarık dikey konumdaysa saçaklar perdede yatay bir şerit boyunca sıralanır; yarık yatay konuma getirilirse desen de dikey doğrultuya döner. Bunun nedeni, ışığın yalnız dar olan doğrultuda belirgin kırınıma uğramasıdır. Yarığın uzun doğrultusu dalga boyuna göre çok büyük olduğundan o yönde ışık neredeyse hiç yayılmaz. Bu gözlem, kırınımın açıklığın boyutu ile dalga boyunun karşılaştırılmasına bağlı olduğunu açıkça gösterir.

Düzenek ElemanıGöreviDikkat Edilecek Nokta
Lazer kalemTek renkli ve doğrultusu belirli ışık sağlarIşın göze ve parlak yüzeylere doğrultulmaz
Ayarlanabilir tek yarıkIşığı dar bir aralıktan geçirerek kırınım oluştururGenişlik değiştirilirken lazerin konumu sabit tutulur
PerdeKırınım desenini aydınlık ve karanlık saçaklar olarak gösterirIşığa dik konumlanmalı, yarıktan uzaklığı ölçülmelidir
Karanlık ortamSönük yan saçakların da görülmesini sağlarDış ışık deseni siler, oda karartılmalıdır
Ölçüm şeridi veya cetvelMerkezi aydınlığın genişliğini karşılaştırmaya yararHer değişiklikte aynı yöntemle ölçülmelidir
Tek Yarık Deney Düzeneği: Lazerden PerdeyeLazerwAyarlanabilir tek yarıkLPerdeGözlenen Desen• Ortada geniş ve parlakmerkezi aydınlık• İki yanda dar ve sönükyan aydınlıklar• Desen simetriktir• Desen yarığa dikdoğrultuda yayılır• w: yarık genişliği• L: yarık-perde uzaklığı
🔍 Büyütmek için dokunun

Kırınım Desenini Çizmek: Önden Görünüş ve Şiddet Grafiği

Deneyde ya da simülasyonda gözlediğimiz deseni deftere aktarmanın en pratik yolu, perdeye önden bakılmış gibi çizmektir. Önce yatay bir şerit çizilir ve ortası işaretlenir. Merkeze, iki yandaki yan saçakların yaklaşık iki katı genişlikte parlak bir bölge çizilir. Bu bölge A₀ olarak adlandırılır. Merkezi aydınlığın iki kenarında ince birer karanlık çizgi (K₁) bırakılır. Ardından eşit genişlikte ama giderek daha açık tonla boyanan A₁, A₂, A₃ yan aydınlıkları ve aralarındaki K₂, K₃ karanlık saçakları sırayla işaretlenir. Sönükleşme, kalemle bastırma miktarı azaltılarak ya da noktalama sıklığı düşürülerek gösterilebilir.

Desenin ikinci gösterimi ışık şiddeti grafiğidir. Yatay eksen perdedeki konumu, düşey eksen o noktadaki ışığın parlaklığını gösterir. Grafiğin ortasında yüksek ve geniş bir tepe bulunur; bu tepe merkezi aydınlığa karşılık gelir. Tepenin iki yanında grafik sıfıra iner. Bu noktalar karanlık saçaklardır. Daha uzakta çok daha alçak, daha dar küçük tepeler yer alır ve her biri bir yan aydınlığı gösterir. Bu grafik, merkezi aydınlığın neden hem en geniş hem de açık ara en parlak saçak olduğunu tek bakışta anlatır.

Bu desen, geçen hafta çizdiğimiz çift yarık deseninden belirgin biçimde farklıdır. Çift yarıkta saçaklar yaklaşık eşit genişlikte ve benzer parlaklıktaydı. Tek yarıkta ise ortadaki saçak diğerlerinden çok daha geniş ve parlaktır. Karanlık saçakların oluşma nedeni de farklı bir bakış açısı gerektirir. Burada iki ayrı kaynak yoktur; tek yarığın içindeki noktalardan çıkan çok sayıda dalgacık vardır. Perdedeki bazı noktalarda yarığın bir bölümünden gelen dalgacıklar, diğer bölümünden gelenlerle tepe-çukur karşılaşması yaparak birbirini söndürür. Böylece karanlık saçaklar oluşur. Bu açıklamayı yalnız nitel olarak kullanıyoruz, sayısal hesaplamaya girmiyoruz.

Çizim AdımıNe Yapılır?Neyi Gösterir?
1. Şerit ve merkezYatay bir şerit çizilip ortası işaretlenirLazerin perdeyi kestiği doğrultu
2. Merkezi aydınlık (A₀)Ortaya geniş ve koyu tonla boyanmış bölge çizilirIşığın büyük bölümünün toplandığı en parlak saçak
3. İlk karanlıklar (K₁)Merkezi aydınlığın iki kenarına ince karanlık çizgiler konurDalgacıkların birbirini söndürdüğü ilk yerler
4. Yan aydınlıklar (A₁, A₂...)Yarı genişlikte, giderek açılan tonlarla boyanırSönükleşen yan saçaklar
5. Şiddet grafiğiŞeridin altına konum-parlaklık grafiği çizilirMerkezde yüksek tepe, yanlarda alçak tepeler
Tek Yarık Kırınım Deseni: Önden Görünüş ve Şiddet GrafiğiÖndengörünüşA₀K₁K₁A₁A₁K₂K₂A₂A₂Merkezi aydınlığın genişliği, yan aydınlıkların yaklaşık iki katıdır.ŞiddetgrafiğiIşık şiddetiPerdedeki konumMerkezGrafik sıfıraindiği yerlerkaranlık saçak
🔍 Büyütmek için dokunun

Yarık Genişliği ve Dalga Boyunun Kırınıma Etkisi

Tek yarık deseni üzerinde en çarpıcı etkiyi yarık genişliği yapar. Ayarlanabilir yarık yavaş yavaş daraltıldığında perdedeki görüntü şaşırtıcı biçimde genişler. Merkezi aydınlık ve yan saçaklar dışarıya doğru açılır, desen perdenin daha büyük bir bölümünü kaplar. Bu durum ilk bakışta sezgimize ters gelir: Daha dar bir aralıktan geçen ışığın daha dar bir iz bırakmasını bekleriz. Oysa kırınımda dar yarık, ışığın daha geniş açılarla yayılması demektir. Yarık genişletildiğinde ise desen daralır, saçaklar merkeze toplanır. Yarık çok genişletilirse kırınım fark edilmez hale gelir ve perdede yarığın keskin bir görüntüsü kalır.

Yarık daraltılırken bir değişiklik daha olur: Yarıktan geçen ışık miktarı azaldığı için desen bütünüyle sönükleşir. Işık daha geniş bir bölgeye yayılırken üstelik daha az ışık geçtiğinden, merkezi aydınlığın parlaklığı belirgin biçimde düşer. Yarık dalga boyu düzeyine kadar daraltılırsa merkezi aydınlık neredeyse bütün perdeye yayılır, karanlık saçaklar perdenin dışına taşar ve geriye çok sönük, düzgün bir aydınlanma kalır. Bu nedenle deneyde en iyi gözlem, yarığın ne çok geniş ne de aşırı dar olduğu ara durumlarda yapılır.

İkinci önemli değişken ışığın dalga boyudur (λ). Yarık genişliği aynı tutulup kırmızı lazer yerine yeşil ya da mavi lazer kullanılırsa desen daralır. Kırmızı ışığın dalga boyu daha büyük olduğu için kırmızı ışık aynı yarıkta daha çok kırınıma uğrar ve daha geniş saçaklar oluşturur. Görünür ışıkta dalga boyu kırmızıdan mora doğru küçülür. Bu yüzden aynı yarıkta en geniş deseni kırmızı, en dar deseni mor ışık verir. Yarık genişliği ve dalga boyu birlikte düşünüldüğünde kural sadeleşir: Dalga boyu yarık genişliğine göre ne kadar büyükse kırınım o kadar belirgindir. Dalga boyunu artırmak ile yarığı daraltmak desen üzerinde aynı yönde etki yapar.

Yapılan DeğişiklikMerkezi Aydınlığın GenişliğiDesenin ParlaklığıKısa Yorum
Yarığı daraltmakArtarAzalırKırınım belirginleşir, ışık daha çok yayılır
Yarığı genişletmekAzalırArtarKırınım zayıflar, desen merkeze toplanır
Yarığı çok genişletmekYarık görüntüsüne yaklaşırArtarKırınım fark edilmez, keskin aydınlık görüntü
Mavi yerine kırmızı ışık kullanmakArtarIşık kaynağına bağlı, desen daha geniş görünürBüyük dalga boyu daha çok kırınım
Kırmızı yerine mor ışık kullanmakAzalırIşık kaynağına bağlı, desen daha sıkışık görünürKüçük dalga boyu daha az kırınım
Yarık Genişliği Değişince Kırınım Deseni (aynı ışık, aynı perde)Geniş yarıkOrta yarıkDar yarıkdarortagenişYarık daraldıkça merkezi aydınlık genişler ve ışık daha geniş bir bölgeye yayılır.Yarıktan geçen ışık azaldığı için desen bütünüyle daha sönük görünür.
🔍 Büyütmek için dokunun

Perde Uzaklığı, Ortam, Işık Şiddeti ve Beyaz Işıkta Kırınım

Yarıktan çıkan ışık, yarıktan perdeye doğru bir yelpaze gibi açılarak ilerler. Kırınım açıları yarık genişliği ve dalga boyuyla belirlenir; perdenin nerede durduğuna bağlı değildir. Bu yüzden perde yarıktan uzaklaştırılınca (L artınca) aynı açılarla yayılan ışık perdeye daha geniş bir alanda ulaşır ve saçaklar genişler. Perde yaklaştırılınca desen küçülür. L değiştiğinde desenin yapısı aynı kalır; merkezi aydınlığın yan aydınlıklara oranı ve saçakların sıralanışı korunur, desen yalnız büyür ya da küçülür. Perde uzaklaştıkça ışık daha geniş bir alana dağıldığından desen biraz sönükleşir.

Düzenek, ışık kaynağı ve perdeyle birlikte suya ya da daha kırıcı bir ortama alındığında ışığın frekansı değişmez, ancak hızı azalır. Hız azalıp frekans sabit kaldığında dalga boyu küçülür. Dalga boyu küçülen ışık daha az kırınıma uğrar ve desen daralır. Bu durum, kırmızı ışık yerine mavi ışık kullanmaya benzer. Işık kaynağının şiddeti artırıldığında ise dalga boyu, yarık genişliği ve perde uzaklığı değişmez. Bu nedenle saçakların genişliği ve yerleri aynı kalır; yalnız aydınlık saçaklar daha parlak görünür ve daha önce seçilemeyen sönük dış saçaklar fark edilebilir hale gelir.

Deney beyaz ışıkla yapıldığında her renk kendi dalga boyuna göre ayrı bir kırınım deseni oluşturur ve bu desenler üst üste biner. Perdenin tam ortasında bütün renklerin merkezi aydınlıkları çakıştığı için merkez beyaz görünür. Kırmızı ışığın deseni en geniş, mor ışığınki en dar olduğundan merkezi aydınlığın kenarlarına doğru önce mor ve mavi azalır, en dışta kırmızımsı bir kenar kalır. Yan saçaklar ise renkli şeritler biçiminde görülür: Her yan saçağın merkeze bakan iç kenarı mor-mavi, dış kenarı kırmızıdır. Merkezden uzaklaştıkça farklı renklerin saçakları birbirine karışır ve desen silikleşir.

DeğişkenDesene EtkisiNeden?
Perdeyi uzaklaştırmak (L artar)Saçaklar genişler, desen büyürAynı kırınım açıları daha uzak perdede daha geniş alana karşılık gelir
Perdeyi yaklaştırmak (L azalır)Saçaklar daralır, desen küçülürIşık perdeye daha dar bir alanda ulaşır
Düzeneği suya almakSaçaklar daralırFrekans sabit, hız azalır, dalga boyu küçülür
Işık şiddetini artırmakSaçak genişliği değişmez, parlaklık artarDalga boyu, yarık genişliği ve L değişmez
Beyaz ışık kullanmakMerkez beyaz, kenarlar ve yan saçaklar renkliHer rengin dalga boyu, dolayısıyla deseninin genişliği farklıdır
Tek Yarık Desenini Değiştiren Diğer EtkenlerDalga boyuKırmızıMaviYarık-perde uzaklığı (L)Perde yakınPerde uzakOrtam (kırmızı ışık)HavadaSudaIşık şiddetiDüşük şiddetYüksek şiddetGenişlik aynı, yalnız parlaklık değişir
🔍 Büyütmek için dokunun

Deney ve Simülasyonla İnceleme, Günlük Hayatta Kırınım ve Yaygın Yanılgılar

Laboratuvar deneyinin yanında açık erişimli dalga kırınımı simülasyonları, değişkenleri tek tek denemek için çok kullanışlıdır. Simülasyonda önce ışığın rengi ve yarık genişliği seçilir, perdede oluşan desen izlenir. Simülasyon duraklatılır ve desen deftere önden görünüşüyle çizilir. Sonra yalnız bir değişken değiştirilir: yarık genişliği, renk ya da perde uzaklığı. Yeni desen öncekinin altına aynı ölçekle çizilir ve merkezi aydınlığın genişliği karşılaştırılır. Böylece her değişkenin etkisi ayrı ayrı görülür. Aynı anda iki değişken değiştirilirse, etkiler ters yönlüyse sonucun ne olacağı nitel olarak kestirilemez.

Kırınımı günlük hayatta da gözleyebiliriz. İki parmağınızı birbirine neredeyse değecek kadar yaklaştırıp aradaki çok ince aralıktan uzaktaki parlak bir lambaya bakarsanız aralığın içinde ince karanlık çizgiler görürsünüz; bunlar kırınım saçaklarıdır. Bir lazer ışını gerili bir saç teline gönderildiğinde de perdede tek yarık desenine çok benzeyen bir desen oluşur. Dar bir yarık ile aynı kalınlıktaki ince bir engel benzer kırınım desenleri verir. Uzun dalga boylu radyo dalgalarının tepelerin ve binaların arkasına ulaşabilmesi, kapı aralığından sesin odaya yayılması da kırınım sayesindedir.

Bu konuda yaygın yanılgılardan biri, yarık daraltılınca perdedeki aydınlık bölgenin de daralacağını düşünmektir; oysa desen genişler. İkinci yanılgı, tek yarık deseninde bütün aydınlık saçakların eşit genişlikte ve eşit parlaklıkta olduğunu sanmaktır; merkezi aydınlık hem en geniş hem en parlak olandır. Üçüncü yanılgı, kırınım için iki kaynak gerektiğini düşünmektir. Tek yarıkta karanlık saçaklar, aynı yarığın farklı bölgelerinden gelen dalgacıkların birbirini söndürmesiyle oluşur. Dördüncü yanılgı, ışık şiddeti artırılınca saçakların genişleyeceğini sanmaktır. Şiddet yalnız parlaklığı artırır. Tek yarık ve çift yarık desenlerinin birlikte ne anlattığını, ışığın doğası hakkında hangi çıkarımlara götürdüğünü gelecek hafta ayrıntılı olarak tartışacağız.

Yaygın YanılgıDoğrusuGerekçe
Yarık daraltılınca perdedeki aydınlık bölge daralır.Yarık daraldıkça desen genişler.Dar yarıkta kırınım artar, ışık daha büyük açılarla yayılır.
Tek yarıkta bütün aydınlık saçaklar eşit genişliktedir.Merkezi aydınlık yan aydınlıkların yaklaşık iki katı genişliktedir.Işığın büyük bölümü merkezde toplanır.
Kırınım deseni için iki ayrı kaynak gerekir.Tek yarık da desen oluşturur.Yarığın farklı bölgelerinden çıkan dalgacıklar üst üste biner.
Işık şiddeti artınca saçaklar genişler.Saçak genişliği değişmez, parlaklık artar.Şiddet dalga boyunu, yarık genişliğini ve L'yi değiştirmez.
Işık kırınım yapmaz, çünkü pencereden geçen ışık keskin gölge verir.Işık da kırınım yapar, ancak yalnız çok dar aralıklarda belirginleşir.Görünür ışığın dalga boyu, pencere genişliğine göre çok küçüktür.
Simülasyonla İnceleme Adımları ve Desenlerin Karşılaştırılması1. Renk veyarık genişliğiniseç2. Desenigözle veduraklat3. Deseniönden görünüşledeftere çiz4. Yalnız birdeğişkenideğiştir5. Yeni desenialta çizipkarşılaştırAynı ışıkla elde edilen iki farklı desenTek yarıkÇift yarıkTek yarıkta merkezi aydınlık en geniş ve en parlaktır; çift yarıkta saçaklar yaklaşık eşit aralıklıdır.
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Kırmızı lazerle yapılan bir tek yarık deneyinde perdede belirgin bir kırınım deseni gözleniyor. Başka hiçbir şey değiştirilmeden yarık daraltılıyor. Desende ne gibi değişiklikler gözlenir? Nedenini açıklayınız.

    Cevabı göster

    1. adım: Değişen tek büyüklük yarık genişliğidir. Işığın dalga boyu ve perde uzaklığı aynıdır. 2. adım: Yarık daraldıkça dalga boyu yarık genişliğine göre büyümüş olur. Bu nedenle kırınım artar ve ışık daha geniş açılarla yayılır. 3. adım: Merkezi aydınlık ve yan saçaklar genişler, desen perdenin daha büyük bir bölümünü kaplar. 4. adım: Yarıktan geçen ışık miktarı azaldığı için desen bütünüyle sönükleşir. Sonuç: Desen genişler ve sönükleşir. Merkezi aydınlık yine ortadadır ve yine yan aydınlıkların yaklaşık iki katı genişliktedir.

  2. Örnek 2Bir tek yarık deneyinde kırmızı ışık yerine mor ışık kullanılıyor ve aynı anda perde yarığa yaklaştırılıyor. Yarık genişliği değişmediğine göre merkezi aydınlık saçağın genişliği nasıl değişir?

    Cevabı göster

    1. adım: Değişkenleri tek tek ele alalım. Mor ışığın dalga boyu kırmızı ışığınkinden küçüktür. Dalga boyu küçülünce kırınım azalır ve saçaklar daralır. 2. adım: Perde yaklaştırılınca (L azalınca) aynı kırınım açıları perdede daha dar bir alana karşılık gelir; saçaklar yine daralır. 3. adım: İki değişiklik aynı yönde etki yapmaktadır. Sonuç: Merkezi aydınlık saçağın genişliği kesinlikle azalır. Desen daha dar ve daha sıkışık görünür.

  3. Örnek 3Havada kurulu bir tek yarık düzeneği, lazer ve perdeyle birlikte suyla dolu bir akvaryumun içine yerleştiriliyor. Işığın frekansı değişmediğine göre kırınım deseni nasıl değişir?

    Cevabı göster

    1. adım: Işık havadan suya geçtiğinde frekansı değişmez. Suyun kırıcılığı havadan büyük olduğu için ışığın hızı azalır. 2. adım: Frekans sabitken hız azalırsa dalga boyu küçülür. 3. adım: Yarık genişliği aynı kaldığından dalga boyu yarık genişliğine göre küçülmüş olur ve kırınım azalır. Sonuç: Suda desen daralır; merkezi aydınlık ve yan saçaklar merkeze doğru toplanır. Etki, kırmızı ışık yerine mavi ışık kullanmaya benzer.

  4. Örnek 4Pencereden giren güneş ışığı odada keskin kenarlı bir aydınlık alan oluşturur; ışığın pencere kenarlarından gölge bölgesine belirgin biçimde yayıldığı görülmez. Oysa koridorda konuşan birinin sesi, aralık bir kapıdan odanın her köşesine ulaşır. Bu farkı kırınım kavramıyla açıklayınız.

    Cevabı göster

    1. adım: Kırınımın belirgin olması için açıklığın dalga boyuyla karşılaştırılabilir büyüklükte olması gerekir. 2. adım: Görünür ışığın dalga boyu milimetrenin binde birinden bile küçüktür. Pencerenin genişliği ise ışığın dalga boyundan milyonlarca kat büyüktür. Bu yüzden ışığın kırınımı fark edilmeyecek kadar azdır ve ışık düz ilerleyerek keskin gölgeler oluşturur. 3. adım: Konuşma sesinin dalga boyu santimetrelerle metreler arasındadır ve kapı aralığının genişliğiyle aynı büyüklüktedir. Ses bu aralıkta belirgin kırınıma uğrar ve odaya her yönde yayılır. Sonuç: İki dalga türü de kırınım yapar. Kırınımın gözlenip gözlenmemesini dalga boyu ile açıklık genişliğinin oranı belirler.

  5. Örnek 5Tek yarık deneyi tek renkli lazer yerine beyaz ışıkla yapılıyor. Merkezi aydınlık saçağın ortası ve kenarları ile yan saçaklar nasıl görünür? Açıklayınız.

    Cevabı göster

    1. adım: Beyaz ışık, dalga boyları farklı renklerin karışımıdır. Her renk aynı yarıkta kendi dalga boyuna göre ayrı bir kırınım deseni oluşturur. 2. adım: Bütün renklerin merkezi aydınlıkları perdenin ortasında çakışır. Bu yüzden merkezin ortası beyaz görünür. 3. adım: Kırmızı ışığın dalga boyu en büyük olduğundan deseni en geniştir. Mor ışığın deseni ise en dardır. Merkezden kenarlara doğru önce mor ve mavi azalır, merkezi aydınlığın en dış kenarında kırmızımsı bir renk kalır. 4. adım: Yan saçaklar her renk için farklı yerlere düşer. Her yan saçağın iç kenarı mor-mavi, dış kenarı kırmızı görünür. Merkezden uzaklaştıkça renkler karışır ve desen silikleşir. Sonuç: Ortası beyaz, kenarları renkli bir merkezi aydınlık ve renkli şeritler biçiminde yan saçaklar gözlenir.

  6. Örnek 6Bir öğrenci dikey konumdaki dar bir yarığa kırmızı lazer tutuyor ve duvardaki deseni defterine çizmek istiyor. Desen duvarda hangi doğrultuda uzanır? Öğrenci deseni hangi adımlarla çizmelidir? Daha sonra yarık 90° döndürülüp yatay konuma getirilirse ne değişir?

    Cevabı göster

    1. adım (desenin doğrultusu): Işık yalnız yarığın dar olan doğrultusunda belirgin kırınıma uğrar. Dikey yarığın dar doğrultusu yataydır. Bu yüzden saçaklar duvarda yatay bir şerit boyunca sıralanır. 2. adım (çizim): Yatay bir şerit çizilip ortası işaretlenir. Ortaya geniş ve koyu tonlu merkezi aydınlık (A₀) çizilir. Kenarlarına ince karanlık çizgiler (K₁) konur. Ardından merkezi aydınlığın yaklaşık yarısı genişliğinde, giderek açılan tonlarla A₁, A₂ yan aydınlıkları ve aralarındaki K₂, K₃ karanlıkları simetrik olarak çizilir. 3. adım (grafik): Şeridin altına konum-parlaklık grafiği eklenir. Merkezde yüksek ve geniş bir tepe, karanlık saçakların hizasında sıfır noktaları, yanlarda alçak küçük tepeler çizilir. 4. adım (yarık yatay olunca): Dar doğrultu bu kez düşey olur. Saçakların genişliği ve sıralanışı aynı kalır, ancak desen düşey doğrultuya döner. Sonuç: Kırınım deseni her zaman yarığın uzun kenarına dik doğrultuda yayılır.

Kavram Kartları

1 / 8

Karta dokunarak arka yüzündeki açıklamayı görün; yön tuşlarıyla kartlar arasında geçiş yapın.

Etkinlikler

Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.

  1. 1Tek renkli ışıkla yapılan bir tek yarık deneyinde merkezi aydınlık saçağı genişletmek isteyen bir öğrenci aşağıdakilerden hangisini yapmalıdır?

  2. 2Tek yarıkta oluşan kırınım desenindeki merkezi aydınlık saçak için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

  3. 3Kararlı bir kırınım deseni gözlenen tek yarık düzeneğinde aşağıdaki değişikliklerden hangisi saçakların genişliğini değiştirmez?

  4. 4Tek yarık deneyi beyaz ışıkla yapıldığında merkezi aydınlık saçağın en dış kenarlarında hangi renk baskın görünür?

  5. 5Aşağıdaki ifadelerin doğru mu yanlış mı olduğunu belirleyiniz.

    • Tek yarıkta kırınım, ışığın dar bir aralıktan geçerken gölge bölgesine yayılmasıdır.
    • Yarık genişletildikçe kırınım deseni genişler.
    • Aynı yarıkta kırmızı ışık mavi ışıktan daha geniş bir kırınım deseni oluşturur.
    • Tek yarıkta karanlık saçakların oluşması için iki ayrı ışık kaynağı gerekir.
    • Perde yarıktan uzaklaştırıldığında kırınım deseni büyür.

  6. 6Aşağıdaki kavramları doğru açıklamalarıyla eşleştiriniz.

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri uygun kavramlarla tamamlayınız.

    1. Işığın dar bir yarıktan geçerken gölge bölgesine yayılmasına denir.
    2. Tek yarık deseninde en geniş ve en parlak saçak, perdenin ortasındaki aydınlık saçaktır.
    3. Yarık daraltıldıkça kırınım deseni .
    4. Aynı yarıkta görünür ışık renkleri içinde en dar deseni ışık oluşturur.
    5. Işık kaynağının artırıldığında saçak genişliği değişmez, yalnız parlaklık artar.

  8. 8Bir öğrenci kırmızı lazer ve ayarlanabilir tek yarıkla duvarda bir kırınım deseni elde edip defterine çiziyor. Ardından sırasıyla şu değişiklikleri yapıyor ve her değişiklikten sonra deseni bir önceki çizimin altına aynı ölçekle yeniden çiziyor: I) Yarığı daraltıyor. II) Dar yarıkla devam edip kırmızı lazer yerine yeşil lazer kullanıyor. III) Yeşil lazerle devam edip perdeyi yarıktan uzaklaştırıyor. IV) Son olarak lazerin şiddetini artırıyor. Her değişiklikten sonra merkezi aydınlığın genişliğinin bir önceki duruma göre nasıl değiştiğini ve çizimin nasıl farklılaşacağını açıklayınız.

Kısaca

  • Tek yarıkta kırınım: Işık genişliği dalga boyuyla karşılaştırılabilecek kadar dar bir yarıktan geçerken doğrusal yolundan sapıp yarığın arkasındaki gölge bölgesine de yayılır.
  • Desenin yapısı: Perdenin ortasında en geniş ve en parlak merkezi aydınlık saçak bulunur. Bu saçak yan aydınlıkların yaklaşık iki katı genişliktedir, yan saçaklar ise merkezden uzaklaştıkça hızla sönükleşir.
  • Yarık genişliği: Yarık daraldıkça kırınım belirginleşir, merkezi aydınlık genişler ve desen yayılır. Yarıktan daha az ışık geçtiği için desen bütünüyle sönükleşir.
  • Dalga boyu ve perde uzaklığı: Dalga boyu büyüdükçe (mordan kırmızıya doğru) ve perde yarıktan uzaklaştıkça saçaklar genişler.
  • Ortam ve şiddet: Düzenek suya alınırsa dalga boyu küçüldüğü için desen daralır. Işık şiddeti ise saçak genişliğini değiştirmez, yalnız parlaklığı değiştirir.
  • Beyaz ışıkta kırınım: Merkezi aydınlık saçağın ortası beyaz, kenarları renklidir. Yan saçaklar renkli şeritler biçiminde görülür; her saçağın iç kenarı mor-mavi, dış kenarı kırmızımsıdır.

Bu dersin öteki kaynakları