Aynalar Nasıl Çalışır?

22 Nisan 2019

Etrafımızda pek çok ayna görevi gören nesne ile karşılaşmışızdır: örneğin bir kaşığın yüzeyi, cilalanmış arabamızın kapısı ya da dalgasız bir gölün yüzeyi. Fakat evlerimizde, işyerlerimizde sıklıkla karşılaştığımız aynalar genellikle cam ve gümüş tabandan oluşan aynalardır. Hep bu aynaların ışığı yansıtarak kendimizi görmemizi sağladığını söyleriz. Peki, gerçekten bizden çıkan fotonlar bu aynadan gerisin geri yansıyarak gözümüze mi geliyor?



Richard Feynman’ın manevi icazetini alarak başlıyorum…

Işık, aslında bir elektromanyetik dalgadır ve bu elektromanyetik dalga, çarptığı yüzeydeki elektronları uyararak salınımlarını değiştirir. Cam gibi geçirgen malzemelerin içerisinde bulunan elektronlar, yerlerini değiştirmeyi pek sevmezler. Bu sebeple, fotonlar yalnızca çok az etkilenerek (enerjilerinin küçük bir kısmını kaybederek) bu elektronlar arasından geçip giderler. Fakat metaller içerisinde bulunan elektronların bir kısmı, uyarılsak da başka bir yere gitsek hevesi içerisindedirler. Fotonların enerjisi, bu elektronları kendi atomlarından koparıp uzaklaştırmasına rağmen, bu hevesli elektronların heyecanı bir süre sonra kendilerini çağıran çevredeki diğer atomlar yüzünden azalır ve en nihayetinde biraz uzaklaşıp başka bir atomun çekimine kapılır ve orada kalırlar. Bu işlem sonucunda ilk gelen foton enerjisini kaybeder ancak bu enerji –fizik bilgilerimizi yokluyoruz- tabi ki yok olmaz. Bir kısmı hevesli elektronların yer değiştirmeleri esnasında metali ısıtmakta; bir kısmı da enerjisini atıp başka bir atomun kollarına kendini bırakan elektronların gerisin geri yolladığı fotonun gözünüze doğru yola çıkmasında kullanılır. Eğer bu metalin yüzeyi çok düzgün ise, hevesli elektronun saldığı foton, neredeyse sizden gelen foton ile aynı açı ile yansır. Fakat pürüzlü bir yüzeye sahipse salınan foton herhangi bir yöne gidebilir. Böyle yüzeyler bize mat olarak gözükürler. (Bu noktada söylemek istediğim bir şey daha var ama konuyu dağıtmamak adına sonda söyleyeceğim.)

Ortaöğretim yıllarımızda sıklıkla karşılaştığımız yansıma ve kırılma kanunlarını da bir hatırlayalım ve öyle devam edelim. Geçirgenlikleri farklı olan (n1 ve n2) ortamlar arasında geçiş yapan ışık bir yansıma ve kırılma yapar. Kaynaktan gelen ışık belirli bir açının üzerinde gelir ise ki buna kritik açı denir, kırılma olmaksızın tamamen yansır. Bu açılar ve kırılma katsayıları arasında, n1.sinθ1=n2.sinθ2 şeklinde bir ilişki vardır (Snell Yasası).


Evlerimizde kullandığımız aynalarımızda bu katsayılar; cam: 1.89, gümüş: 0.135 şeklindedir (görünür ışık dalga boyları için). Basit bir hesaplama yaptığımızda 6°’den sonra kırılma açısının 90°’nin üzerine çıktığını görebiliriz. Bu da bize kırılmanın gerçekleşmediğini, ışığın tamamının yansıdığını gösterir. 6°’ye kadar olan ışığın bir kısmının malzeme tarafından soğurulduğunu söyleyebiliriz. Bu duruma bir diğer örnek olarak ise su altında yukarı doğru baktığınızda suyun dışını görememenizi düşünebilirsiniz. Çünkü havanın kırılma katsayısı suyunkinden daha küçüktür.

Gümüş tabanlı cam aynalar, camın pürüzsüzlüğü ile gümüş elektronlarının hevesliliğini mükemmel bir kombin ile birleştirerek, imalat kolaylığı ile birlikte arabalarımızda, evlerimizde yerlerini almışlardır. Bu aynalar ile kıyafetlerimizi, cildimizi, saçlarımızı gerçek renklerinde görebiliriz. Çünkü gümüşten fotonlarımızla koparttığımız elektronlar, başka bir atoma tutunurken aldıkları enerjiyi (neredeyse) aynen iade ederler ve bu da aynı dalga boyunda (aynı renkte) bir ışığın yansımasına yol açar. Gümüş aynalar, üzerlerine düşen optik gücün 93%’ünü geri yansıtabilmektedirler. Farklı teknikler ile üretilen dielektrik aynalar ile ise 99.99999% mertebesinde yansıma sağlanabilmektedir. Bu tür aynalar laser uygulamalarında kullanılmaktadır. (Sıradan aynalar laser yansıtmakta kullanılamamaktadır çünkü bu 7%’lik kayıp bile aynanın aşırı ısınmasına ve bozulmasına yol açabilmektedir.)

Hep gümüşten bahsettik fakat farklı metaller de ayna yapımında kullanılabilir. Örneğin aşağıdaki videoda paslanmaz çelikten nasıl ayna yapılabileceğini izleyebilirsiniz:

Ancak birkaç metal var ki bunlar ile eğer ayna yapılıyor olsaydı gerçek renklerimizi göremezdik: altın, bakır ve osmiyum. Bu elementler doğal hallerinde gri renkli olmayan tek metaller ve kimyasal yapıları sebebi ile küçük dalga boyuna sahip ışık (mavi) yayamadıklarından renkleri daha kırmızıya yakın gözüküyor.


Az evvel sonda döneceğimi söylediğim konuya gelecek olursak… Güneşten gelen her dalga boyundan ışık üzerinizde bulunan kıyafetlere çarptığında, kıyafetlerinizi oluşturan malzemenin (ya da pamuk, sentetik, vs. üzerine tutunan boya moleküllerinin) ışığın hangi dalga boylarını soğurduğuna ve yansıttığına bağlı olarak farklı renklerde ışık yayarlar. Bu da aynanın metal yüzeyine çarpıp, size geri gelir ve siz de gördüğünüz şeyi beğenerek izlersiniz. Siyah boyalı kıyafetleriniz, güneşten ağarıncaya kadar üzerlerine düşen ışığın büyük bir çoğunluğunu soğurarak sizi ısıtır. Bu durum siyah boyanın moleküllerinden ileri gelmektedir. Metaller ise, az evvel bahsettiğimiz üzere, bünyelerinde hevesli elektronlar barındırdıklarından pek de siyah gözükemezler gibi düşünülebilir. Mat gözüken metallerden bahsetmiştik. Bu matlık seviyesinin çok daha üst seviyelerde olduğunu hayal edin; siyah renge yaklaştığımızı göreceksiniz. Metallerde boyasız siyahlık, çok küçük taneli toz halinde iken sağlanabilmektedir. Bu toz yapı üzerine düşen bir foton, bir elektron tarafından yakalanıp, bu enerji az ileriden başka bir foton olarak geri yansıtılıyor olsa da, toz yapının aşırı pürüzlü yapısı sebebiyle, bu fotonun da bir başka elektron tarafından yakalanması ve sürecin tekrarlanması ile neticelenmekte, yani yalnızca ısınma gerçekleşmektedir.


Yorum yazmak için giriş yapın.
Giriş Yap