AYTFizik

Işıkta Girişim

Fizik · AYT · Işık Dalgaları ve Dalga Cihazları

Konu Anlatımı

Bu bölümde ne öğreneceğiz?

Işıkta girişim, iki koherent ışık kaynağının aynı noktaya farklı yollardan ulaşarak dalga genliklerini toplaması olayıdır. Bu bölümde önce girişimin oluşma koşullarını belirleyeceğiz; ardından çift yarıklı (Genç) deneyini kuracağız, yol farkı kavramıyla parlak ve karanlık çizgilerin yerlerini hesaplayacağız ve çizgiler arası uzaklık ile çizgi sayısı ilişkilerini iki sayısal bağıntıyla özetleyeceğiz. Işığın dalga boyu bilindiğinde renkler arasındaki fark da bu bağıntılardan okunabilir.

Ön bilgi: dalga, genlik ve faz

Bir dalga, ortamın titreşimiyle ilerleyen enerji taşıma biçimidir. Dalga boyu bir tam titreşime karşılık gelen uzunluktur ve λ ile gösterilir; frekans ise birim zamandaki titreşim sayısıdır ve f ile gösterilir. Dalga hızı v için v = λ · f bağıntısı yazılır. Işık hava boşlukta yaklaşık 3 · 10⁸ m/s hızla yayılır ve dalga boyu 380 nm ile 780 nm arasında değişir.

Faz, dalganın hangi anda ve hangi konumda bulunduğunu belirleyen büyüklüktür. İki dalga aynı fazdaysa genlikleri toplanır, zıt fazdaysa birbirini götürür. İki dalganın yol farkı tam bir dalga boyuna eşit olduğunda dalgalar yine aynı fazdadır; yarım dalga boyuna eşit olduğunda ise zıt fazdadır. Yapılan ölçümde çarpanlar büyüdükçe çizgiler genişler, daraldıkça çizgiler sıkışır.

Çift yarıklı (Genç) deneyi nasıl kurulur?

Deneyde tek renkli bir ışık kaynağı, önünde iki ince ve birbirine paralel yarık bulunan bir perde ve bu perdeden belirli bir mesafe ötede ekran yer alır. Kaynaktan çıkan ışık yarıklara ulaşır, her yarıktan geçen ışık da ekrana yayılarak varır. Ekranın bir noktasına iki ışın farklı yol izleyerek geldiği için aralarında bir yol farkı oluşur. Yol farkı sıfır olan noktada genlikler toplanır ve parlak çizgi oluşur; yarım dalga boyu kadar yol farkı olan noktada genlikler birbirini götürür ve karanlık çizgi oluşur. Ekranda parlak ve karanlık çizgiler düzenli aralıklarla yinelenen bir desen oluşturur.

Basit örnek: yol farkı ve çizgi yeri

Yarıklar arası uzaklık d, ekran uzaklığı D, ekran üzerindeki noktanın merkeze uzaklığı x olsun. Ekrana dik uzaklık D olan yol, merkezden x kadar uzaklaştıkça √(D² + x²) olur; buna göre yol farkı Δ = √(D² + x²) − D bulunur. Küçük açılarda bu ifade Δ ≈ x² / (2 · D) biçiminde sadeleşir. Üçgen yardımıyla da Δ = d · sinθ ≈ d · x / D yazılabilir; her iki yazım birbirine özdeştir.

  1. Adım 1: Verilen d, D ve x değerlerini belirleyin.
  2. Adım 2: Δ ≈ d · x / D ile yol farkını hesaplayın.
  3. Adım 3: Bu değeri λ ya da (n + 1/2) · λ ile karşılaştırın.
  4. Adım 4: Eşitlik varsa çizginin parlak, yarım kat durumunda karanlık olduğunu belirleyin.

İleri örnek: çizgiler arası uzaklık

Ardışık iki parlak çizgi arasındaki uzaklık Δx için, iki parlak çizginin yol farkı arasındaki fark tam bir dalga boyuna eşittir. Bu koşul Δx = λ · D / d bağıntısını verir. Bağıntıdan üç sonuç çıkar: ekran uzaklığı arttıkça çizgiler aralığı genişler, yarık aralığı arttıkça çizgiler sıkışır, dalga boyu arttıkça çizgiler genişler. Ekrandaki parlak çizgi sayısı ise yarık aralığının dalga boyuna oranıyla belirlenir; merkez çizgi dâhil olmak üzere N = 2 · (d / λ) − 1 kadar parlak çizgi oluşur.

Adım adım çözülmüş örnek

Bir düzenekte yarıklar arası uzaklık 0,4 mm, ekran uzaklığı 2 m ve kullanılan ışığın dalga boyu 600 nm'dir. Önce çizgiler arası uzaklığı bulalım: Δx = λ · D / d = (600 · 10⁻⁹ m · 2 m) / (0,4 · 10⁻⁴ m) = 3 · 10⁻³ m, yani 3 mm. Bu değer, merkez çizgiden itibaren parlak çizgilerin 3 mm, 6 mm ve 9 mm noktalarında bulunacağını, karanlık çizgilerin ise 1,5 mm, 4,5 mm ve 7,5 mm noktalarında bulunacağını gösterir. Şimdi merkezden 4,5 mm uzaklıktaki noktayı inceleyelim: 4,5 mm = 1,5 · 3 mm olduğundan yol farkı 1,5 λ yani (1 + 1/2) · λ olur; bu nedenle bu nokta ikinci karanlık çizgidir.

Kavram karşılaştırma tablosu

DurumYol farkı koşuluEkranda görünenNeden
Parlak çizgiΔ = n · λAydınlık bantDalgalar aynı fazda, genlikler toplanır
Karanlık çizgiΔ = (n + 1/2) · λKısık bantDalgalar zıt fazda, genlikler söner
Tek yarık açıkYol farkı oluşmazMerkezde parlak tek bantGirişim değil, yalnız kırınım
Kaynaklar koherent değilFaz farkı sabit değildirDüz aydınlıkÇizgiler ortalama olarak silinir
Dalga boyu büyükΔ aynı koşulla sağlanırDaha geniş çizgilerΔx doğru, d / λ ters orantılıdır

Sık yapılan hatalar

Sınav odaklı ek not: hangi soru tipi nasıl çözülür?

Çizgi aralığı isteyen ve cm ya da mm birimi arayan sorularda önce λ, D ve d değerlerini metre cinsine çevirin, sonra Δx = λ · D / d bağıntısını kullanın; 10⁻⁷ gibi üslü küçük sayıları taşımayı unutmayın. Kaçıncı çizgi sorularında merkez çizgi sıfır numaralıdır; karanlık çizgiler tam sayılı çizgi aralığının yarım katında, parlak çizgiler tam katında bulunur. Kaç çizgi oluşur sorularında önce d / λ oranını bulup 2 · (d / λ) − 1 sonucunu yazın. Ne olur biçimindeki karşılaştırma sorularında önce hangi niceliğin değiştiğini bulun, sonra bağıntının o nicelikle ilişkisini yazın; iki nicelik aynı anda değişiyorsa çarpanları çarpın.

Özet ve kendini dene

Girişim, koherent iki ışığın yol farkına bağlı olarak genliklerinin toplanmasıdır. Yol farkı tam dalga boyu katında iken parlak, yarım dalga boyu katında iken karanlık çizgi oluşur. Çizgiler arası uzaklık Δx = λ · D / d bağıntısıyla, ekrandaki parlak çizgi sayısı ise 2 · (d / λ) − 1 bağıntısıyla bulunur. Kendinizi dene: yarıklar arası uzaklığı 0,2 mm, ekran uzaklığı 1,5 m olan bir düzenekte 500 nm dalga boylu ışıkta çizgiler arası uzaklığı hesaplayın; yarıkları birbirine yaklaştırırsanız ne olur; beyaz ışıkla yapılan deneyde kenarlar neden renkli görünür?

Işıkta Girişim — Sık Sorulan Sorular

Bu bölümde ne öğreneceğiz?

Işıkta girişim, iki koherent ışık kaynağının aynı noktaya farklı yollardan ulaşarak dalga genliklerini toplaması olayıdır. Bu bölümde önce girişimin oluşma koşullarını belirleyeceğiz; ardından çift yarıklı (Genç) deneyini kuracağız, yol farkı kavramıyla parlak ve karanlık çizgilerin yerlerini hesaplayacağız ve…

Çift yarıklı (Genç) deneyi nasıl kurulur?

Deneyde tek renkli bir ışık kaynağı, önünde iki ince ve birbirine paralel yarık bulunan bir perde ve bu perdeden belirli bir mesafe ötede ekran yer alır. Kaynaktan çıkan ışık yarıklara ulaşır, her yarıktan geçen ışık da ekrana yayılarak varır. Ekranın bir noktasına iki ışın farklı yol izleyerek geldiği için aralarında…

Sınav odaklı ek not: hangi soru tipi nasıl çözülür?

Çizgi aralığı isteyen ve cm ya da mm birimi arayan sorularda önce λ, D ve d değerlerini metre cinsine çevirin, sonra Δx = λ · D / d bağıntısını kullanın; 10⁻⁷ gibi üslü küçük sayıları taşımayı unutmayın. Kaçıncı çizgi sorularında merkez çizgi sıfır numaralıdır; karanlık çizgiler tam sayılı çizgi aralığının yarım…

Işıkta Girişim konusunda sık yapılan hatalar nelerdir?

Yol farkını yarıklar arası uzaklık sanmak: Yol farkı, iki ışının ekrandaki noktaya giderken izlediği yolların farkıdır; yarıklar arası uzaklık ise iki yarığın konum arasındaki uzaklıktır. Çizgiler arası uzaklığı yarık aralığıyla doğru orantılı saymak: Δx = λ · D / d bağıntısında yarık aralığı paydadadır, bu nedenle…

Işıkta Girişim için hangi formüller ve kurallar kullanılır?

Yol farkı: Δ = √(D² + x²) − D ≈ x² / (2 · D) · Üçgen yardımıyla yol farkı: Δ = d · sinθ ≈ d · x / D · Parlak çizgi koşulu: Δ = n · λ · Karanlık çizgi koşulu: Δ = (n + 1/2) · λ

Işıkta Girişim Kazanımları

Örnek Sorular ve Çözümleri

Örnek Soru 1 kolay

İki ışık dalgasının girişim oluşturabilmesi için sağlanması gereken temel koşul nedir?

  1. A) Dalgaların aynı frekansta ve sabit faz farkıyla gelmesi
  2. B) Dalgaların farklı frekanslarda olması
  3. C) Işık şiddetinin bütün noktalarda eşit olması
  4. D) Dalgaların birbirine dik polarize edilmesi
Cevabı göster

Doğru cevap: A) Dalgaların aynı frekansta ve sabit faz farkıyla gelmesi

Girişim için dalgaların aynı frekansta ve sabit faz farkıyla gelmesi gerekir; bu iki koşulu birlikte sağlayan kaynaklara koherent kaynak denir.

Örnek Soru 2 orta

İki bağımsız ışık kaynağından gelen ışıklar neden girişim oluşturmaz?

  1. A) Dalga boyları farklı olduğu için
  2. B) Işıklar polarize olmadığı için
  3. C) Işık şiddetleri çok küçük olduğu için
  4. D) Faz farkının zamanla sürekli değişmesi nedeniyle
Cevabı göster

Doğru cevap: D) Faz farkının zamanla sürekli değişmesi nedeniyle

Bağımsız kaynaklarda faz farkının zamanla sürekli değişmesi çizgi görüntüsünü ortalama olarak siler; ortalama ışık şiddeti sabit kalır ve ekranda girişim oluşmaz.

Örnek Soru 3 zor

İki yarıktan gelen ışık şiddetleri birbirine eşit olmayan bir düzenekte karanlık çizgiler nasıl görünür?

  1. A) Hiç oluşmaz.
  2. B) Parlak çizgilerle aynı genişlikte olur
  3. C) Tamamen sönümlenmedikleri için daha
  4. D) Tamamen sönümlenmez, daha geniş görü
Cevabı göster

Doğru cevap: C) Tamamen sönümlenmedikleri için daha

Karanlık çizgiler ancak iki dalganın genlikleri birbirine eşitse tamamen sönümlenir; şiddetler eşit değilse genlik farkı sıfırdan büyük kalır ve karanlık bantlar tamamen sönümlenmedikleri için daha dardır.

Sıradaki adım

Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.

DersTeders ile devam et

Fizik için çalışma yolu

  1. OkuKonu anlatımını bu sayfada bitir.
  2. Soru çözÖrnekleri çöz, cevabı açıklamayla karşılaştır.
  3. Quiz ile pekiştirHesapla kendini ölç.

Slaytla adım adım öğren · Tüm dersler · Ana sayfa

Hesap açTüm dersleri keşfet

Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.

Bu sayfa Işıkta Girişim konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.

Bu konunun öğretmen materyallerini (ders planı, çalışma kâğıdı, çözümlü soru bankası, rubrik) yazdırabilirsin: Yazıcı çıktısı modülünü aç