İki kat uzak
dört kat
karanlık
Noktasal bir kaynaktan uzaklaştıkça aydınlanma uzaklığın karesiyle ters orantılı azalır. Bu ünitede ışığın davranış modelleri, ışık şiddeti (cd), ışık akısı (lm) ve aydınlanma şiddeti (lx) arasındaki ilişki var.
Işık ve ışık olaylarını inceleyen fiziğin alt dalına optik denir. Antik Mısır ve Yunan filozoflarından başlayan çalışmalarda 17. yüzyılın sonlarına kadar, ışınların cisimlerden göze gelmesiyle cisimlerin görülebildiği açıklanmıştır.
Işığın tanecik modeli, yansıma olayını tamamen açıklayabilirken ışığın kırılması sırasında ışığın hızının değişmesini açıklayamamıştır. Işığın bazı olaylarda tanecik bazı olaylarda da dalga özelliği gösterdiği bilgisine ulaşılmıştır.
Işık, ilginç bir biçimde hem tanecik hem de dalga gibi davranabilmektedir. 1924 yılında Fransız Fizikçi de Broglie ve daha sonra Avusturyalı Fizikçi Schrödinger ışığın dalga ve tanecik modellerini birleştirerek dalga mekaniğini kurmuşlardır.
Birim zamanda belirli bir doğrultuda yayılan ışığın yoğunluğuyla ilgili fiziksel bir niceliktir. Işık şiddeti I sembolüyle gösterilir. Temel bir büyüklük olup SI'da birimi candela (cd)'dır.
Hem dalga hem de tanecik modeline göre ışık ışınları her yöne doğrusal yolla yayıldığı için modellenebilir.
Kaynağın ışık şiddeti arttıkça modelde çizilen çizgi sayısı da artar. Yandaki 25 W ve 50 W ampul çizimlerinde farkı yaratan budur: daha büyük şiddet = daha çok ışın çizgisi.
Bir ışık kaynağının, belirli bir yüzeye birim zamanda düşürdüğü ışık enerjisine ışık akısı denir. İçi boş tam bir kürenin merkezine konulmuş ışık şiddeti I olan noktasal ışık kaynağının küre yüzeyinde oluşturduğu ışık akısı Φ = 4πI ile verilir.
İki tanım çelişmiyor: tanımdaki “yüzey”, kaynağı çevreleyen tam küredir. Kaynağın yaydığı bütün ışık er geç bu kürenin bir yerinden geçtiği için, ışık akısı pratikte kaynağın her yöne yaydığı toplam ışıktır.
Bu modelden anlaşılacağı gibi bir kaynağın ışık akısı o kaynağın ışık şiddetine bağlıdır. Işık şiddeti kaynaktan sadece belli bir doğrultuda yayılan ışık enerjisiyken ışık akısı her yöne yayılan toplam ışık enerjisidir.
Yarıçapı 1 m olan içi boş kürenin merkezine yerleştirilmiş ışık şiddeti 1 cd olan ışık kaynağının küre yüzeyindeki 1 m² lik birim alanda oluşturduğu ışık akısına lümen denir.
Yüzey alanı A olan bir yüzey ışık akısı Φ olan paralel ışık demetinin içine dik konulduğunda yüzeyde toplam ışık akısı maksimum olur. Yüzey döndürüldükçe:
Herhangi bir ışık kaynağının yaydığı ışık miktarı bilinirse kaynağın herhangi bir yüzeyde oluşturacağı aydınlanma şiddeti bulunabilir. Örneğin sokak lambasının sokağı ne kadar aydınlatacağını bulabiliriz. Birim yüzeye düşen ışık akısına aydınlanma şiddeti denir. E ile gösterilir. SI birim sisteminde aydınlanma şiddeti birimi lüks (lx)'tür.
| Büyüklük | Sembol | Birim | Tanım |
|---|---|---|---|
| Işık şiddeti | I | candela (cd) | Birim zamanda belirli bir doğrultuda yayılan ışığın yoğunluğu |
| Işık akısı | Φ | lümen (lm) | Bir ışık kaynağının belirli bir yüzeye birim zamanda düşürdüğü ışık enerjisi |
| Aydınlanma şiddeti | E | lüks (lx) | Birim yüzeye düşen ışık akısı |
Uzaklık noktasal kaynaklar için önemlidir, paralel ışınlar için önemli değildir.
Yani paralel ışın demetinde E₁ = E₂'dir — yüzeyi uzaklaştırsan da aydınlanma değişmez. Noktasal ışık kaynağında ise E₁ ≠ E₂'dir. Soruda önce kaynak noktasal mı, ışınlar paralel mi diye bak; ters kare yasasını yalnız noktasal kaynakta uygula.
Bir elektromanyetik dalga olan ışık enerji taşır. Işık enerji ile birlikte çizgisel momentum da taşır. Bu nedenle herhangi bir yüzeye düşen ışık yüzeyle hem ısı alışverişi hem de momentum ve itme ilişkisi içinde olur.
Işık basıncı deneylerle de ispatlanmış bir özelliktir. Işık basıncını ölçmek için bazı düzenekler geliştirilmiştir. Bunlardan biri 1873 yılında Sir William Crookes tarafından yapılan ve kendi adıyla anılan Crookes radyometresidir.
Rastgele gelen tanımı oku, doğru büyüklüğü ya da modeli seç.
Bu ünitenin birimleri market rafında, ders masanda ve telefon ekranında karşına çıkıyor.
Çünkü lümen ışık akısının birimidir. Ampulü çevreleyen bir küre düşün: ampulün yaydığı bütün ışık bu kürenin yüzeyinden geçer, yani lümen ampulden her yöne çıkan toplam ışığı söyler. Watt ise harcanan elektriği söyler. LED bir ampul, aynı watt'ta flamanlıdan çok daha fazla lümen verir — bu yüzden kutuda artık lümen yazıyor.
Lambayı yarı mesafeye indirirsen aydınlanma 4 katına çıkar: E = I/d². Uzaklığı iki katına çıkarırsan dörtte birine düşer.
Sayfayı lambaya dik tutarsan en aydınlık hâlini alır; eğdikçe kararır çünkü E = (I/d²)·cos α. Işınlara paralel hâle gelirse yüzeyden geçen toplam ışık akısı sıfırdır.
Sokak lambasının sokağı ne kadar aydınlatacağını hesaplayabiliriz. Lambanın tam altında hem d küçük hem de α ≈ 0 olduğu için E en büyüktür.
Güneş çok uzakta olduğu için ışınları paralel gelir ve uzaklık noktasal kaynaklar için önemlidir, paralel ışınlar için önemli değildir. Bu yüzden balkonda bir metre geri gitmek aydınlığı değiştirmez.
Işınlar yeryüzüne daha eğik geldiği için birim yüzeye düşen enerji azalır: E = (I/d²)·cos α bağıntısındaki cos α küçülür. Aynı ışık, daha geniş alana yayılır.
Telefonun flaşı noktasal kaynak gibi davranır. Konser sahnesi 30 m ötedeyse d² devreye girer ve aydınlanma pratikte sıfıra iner. Flaş yalnız yakını aydınlatır.
Cam fanus içinde dönen o küçük pervane 1873'te Sir William Crookes tarafından ışık basıncını ölçmek amacıyla yapılmıştır — ışığın enerjiyle birlikte çizgisel momentum da taşıdığı doğrudur.
Ama pervaneyi döndüren şey ışık basıncı değildir: içeride kalan seyrek gazın, siyah yüzün yanında daha çok ısınıp hareketlenmesidir. Işık basıncı bu kanatları döndüremeyecek kadar küçüktür; üstelik sebep o olsaydı pervane ters yönde dönerdi. Gerçek ışık basıncı ölçümleri havası çok daha iyi boşaltılmış düzeneklerle yapılır.
1) Kaynak noktasal mı? Değilse (paralel ışın) uzaklık önemsizdir. 2) Yüzey ışınlara dik mi? Değilse cos α çarpanını unutma.
30 sorudan oluşan bu test ile "Işık, Işık Şiddeti, Işık Akısı ve Aydınlanma Şiddeti" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Işık ve ışık olaylarını inceleyen fiziğin alt dalına optik denir.
Işığın tanecikler şeklinde yayıldığını ifade etmiş, kırılma ve yansımayı tanecik modeliyle açıklamıştır.
Huygens ışığın dalga karakterini ifade etmiş, Thomas Young dalga doğasını girişim deneyiyle kanıtlamıştır.
James Clerk Maxwell ışığın yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar olduğunu açıklamıştır.
Planck ışık enerjisinin foton adı verilen paketler hâlinde yayıldığını, Einstein bunu geliştirerek tanecik modelini ortaya koymuştur.
Fotoelektrik olay, Compton olayı ve siyah cisim ışıması yalnızca tanecik modeliyle açıklanır.
Kırılmada hızın değişmesi, prizmada renklere ayrılma, girişim ve kırınım yalnızca dalga modeliyle açıklanır.
Bu olaylar hem tanecik hem de dalga modeliyle açıklanabilir.
Birim zamanda belirli bir doğrultuda yayılan ışığın yoğunluğuyla ilgili temel bir büyüklüktür.
Bir ışık kaynağının belirli bir yüzeye birim zamanda düşürdüğü ışık enerjisidir.
Işık şiddeti belli bir doğrultudaki enerji, ışık akısı her yöne yayılan toplam enerjidir.
1 cd kaynağın 1 m yarıçaplı kürede 1 m²'lik birim alanda oluşturduğu ışık akısına lümen denir.
Birim yüzeye düşen ışık akısına aydınlanma şiddeti denir; SI birimi lükstür.
Φ = 4πI ve A = 4πd² yerine konursa aydınlanma şiddeti uzaklığın karesiyle ters orantılı çıkar.
Yüzey ışınlara dik değilse aydınlanma şiddeti cos α çarpanıyla azalır.
Uzaklık noktasal kaynaklar için önemlidir, paralel ışınlar için önemli değildir (E₁ = E₂).
Işık enerjiyle birlikte çizgisel momentum da taşır; ışık basıncını ölçmek için Crookes radyometresi yapılmıştır.