id02478 10 Sınıf Fizik Gökkuşağının Sırrı Beyaz Işığın Prizmada Renk Tayfına Yolculuğu şark 1

Beyaz ışık, kırmızıdan mor’a kadar farklı dalga boylarında ışıkların birleşimidir. Newton, bu gerçeği bir prizmaya beyaz ışık göndererek ispatladı. Işık prizmaya girip çıkarken yön değiştirir; buna kırılma denir. Kırılma, ortamın kırılma indisi ile doğrudan bağlantılıdır ve Snell yasası ile açıklanır. Kırılma indisi, ışığın dalga boyuna bağlı olarak biraz değişir; bu olguya dağılma (dispersiyon) denir. Kısa dalga boylu ışıklar (mavi, mor) kırmızıdan daha fazla kırılır ve farklı açılara sapılır. Böylece beyaz ışık prizmadan geçerken tayf halinde açılır. Bu olgunun arkasında hem dalga hem de parçacık (foton) perspektifi var. Dalga boyu farkları, bir ortamda yavaşlayan ve kırılan ışığın açı farkını belirler. Fotonlar farklı frekanslarda olup her birinin enerjisi E = h·ν’dur; ayrıca momentum taşırlar (p = h/λ). Fotonların momentumu prizmada momentum değişimiyle açı değişikliğine yol açar; bu momentum yaklaşımı dispersiyonu farklı bir açıdan açıklar. İki perspektif birbirini çeliştirmez; doğa olgularını farklı bakış açılarıyla daha tam kavrayabiliriz. Gökkuşağı da benzer bir fizik sonucudur: Yağmur damlaları küçük prizmalar gibi davranır. Güneş ışığı damlaya girer, içte kısmen kırılıp yansır, sonra damladan çıkarken tekrar kırılır. Bu iki kırılma (ve bir iç yansıma) sonucunda ışık açılır, fakat damlalardaki çok kırılma nedeniyle renkler üstten alta doğru kırmızıdan mora sıralanır. Prizmada ise sıralama prizma tipine ve kullanıma bağlıdır; tipik eşkenar üçgen prizmada kırılma sırası kırmızı–turuncu–sarı–yeşil–mavi–mor olur. Gökkuşağının açısal yarıçapı yaklaşık 42°’dir; bu, güneş, göz ve damla arasındaki geometriyle belirlenir. Bir gökkuşağı gördüğünüzde, aslında güneş ışığının yağmur damlalarında kırılma–yansıma–kırılma süreçlerini izleyen bir ışık gösterisine tanık oluyorsunuz. Dünya üzerinde mavi gökyüzü olayını Rayleigh saçılması açıklar: Parçacıklar ışığın dalga boyundan çok daha küçük olduğunda saçılma, λ^-4 oranına yakın bir güçle artar. Bu nedenle kısa dalga boylu mavi ışık daha çok saçılır ve gökyüzü mavi görünür. Günbatımında ışığın atmosferde daha uzun yol alması mavinin saçılması ve geriye daha az saçılan kırmızının kalmasıyla kızıllık oluşur. Bu saçılma, Newton deneyi kadar anlaşılır bir örnektir: Farklı dalga boyları farklı etkiler yaratır ve doğa renkleri önümüze serer.