Mercekte Görüntü Oluşumu Deneyi Nasıl Yapılır?

Deneyin amacı ve gözlemlenecek görüntü özellikleri

Deneyin amacı, ışıklı bir cismin mercekten geçtikten sonra nasıl görüntülendiğini gözlemlemektir. Bunun için görüntünün bir ekran üzerinde oluşup oluşmadığına, cismin yönüne göre düz ya da ters görünmesine ve cismin boyutuna göre küçük, eşit veya büyük olmasına bakılır. Böylece merceğin yalnızca görüntü oluşturduğu değil, cisim ile mercek arasındaki uzaklık değiştiğinde görüntünün özelliklerinin de değişebildiği görülür.

Gözlem sırasında tek bir uzaklıkta karar vermek yerine cisim veya ekran farklı konumlara taşınmalıdır. Örneğin ekranda net bir görüntü elde edildiğinde görüntünün ters olup olmadığı ve cismin boyutuyla karşılaştırıldığında nasıl göründüğü kaydedilir. Daha sonra cisim merceğe yaklaştırılıp düzenek yeniden ayarlanır; görüntünün ekranda kalıp kalmadığı ve boyutunun değişip değişmediği karşılaştırılır.

Gerekli malzemeler ve deney düzeneği

Düzenek için yakınsak özellikte bir mercek, ışıklı veya önünde belirgin bir şekil bulunan bir cisim, görüntünün düşeceği beyaz bir ekran ve bu parçaları sabit tutmaya yarayan destekler gerekir. Mercek ışığın yönünü değiştirerek cisimden gelen ışınların uygun bir konumda yeniden toplanmasına yardımcı olur; ekran da bu ışığın oluşturduğu görüntüyü gözle görünür hâle getirir. Cisim, mercek ve ekran aynı doğrultuda, merceğin merkezinden geçen yatay çizgi üzerinde bulunmalıdır.

Örneğin üzerinde ok, harf veya belirgin bir şekil bulunan küçük bir cisim bir ucuna; mercek ortadaki desteğe; beyaz karton ekran ise diğer uca yerleştirilebilir. Ekran merceğe göre ileri ve geri hareket edebilecek şekilde bırakılmalıdır. Böylece cismin konumu sabit tutulduğunda ekranın yeri değiştirilerek net görüntü aranabilir. Düzeneğin sağlam olması, merceğin devrilmemesi ve cismin arkasındaki ortamın görüntüyü ayırt etmeye elverişli olması gözlemi kolaylaştırır.

Güvenlik uyarıları

Mercek güneş ışığını küçük bir bölgede toplayabilir. Bu nedenle merceği Güneş’e veya güçlü bir ışık kaynağına doğrultup ışığın göze gelmesine izin verilmemeli; mercekten geçen ışığa doğrudan bakılmamalıdır. Deney sırasında gözleri korumak için yalnızca güvenli, yapay ve düşük güçlü bir ışıklı cisim kullanmak uygundur.

Odaklanan ışık kâğıt, kumaş, plastik veya başka yanıcı maddeleri ısıtabilir. Mercek Güneş altında bırakılmamalı ve ışığın toplandığı bölgenin yakınında yanıcı malzeme bulundurulmamalıdır. Deney bir çocuk tarafından yapılıyorsa düzenek bir yetişkin gözetiminde kurulmalı, kırılabilir mercek dikkatle taşınmalı ve çalışma alanı sabit tutulmalıdır.

Deneyin uygulama basamakları

Önce ışıklı cismi, merceği ve ekranı aynı yatay doğrultuya yerleştirin. Cisim ile mercek arasına başlangıçta belirgin bir uzaklık bırakın; ekranı merceğin diğer tarafına koyun. Işıklı cismin mercekten geçerek ekran tarafına ilerleyen ışığı, uygun bir ekranda görüntü oluşturabilir. Bu yüzden ekranı merceğe göre ileri ve geri hareket ettirerek en net görüntünün görüldüğü konumu arayın.

Net görüntüyü bulduğunuzda cismin, merceğin ve ekranın konumlarını cetvelle ölçerek kaydedin. Görüntü net değilse ekranı küçük adımlarla hareket ettirin; cismin merceğe olan konumunu da sabit tutmaya çalışın. Ardından cismi merceğe biraz yaklaştırın veya uzaklaştırın ve ekranı yeniden tarayarak yeni net görüntü konumunu bulun. Her değişiklikte yalnızca bir uzaklığı değiştirmek, gözlemlenen farkın hangi etkenden kaynaklandığını anlamayı kolaylaştırır.

Örneğin ilk denemede cisim sabitken ekran mercekten 30 cm uzakta net görüntü verebilir. İkinci denemede cisim merceğe yaklaştırıldığında ekranı yeniden hareket ettirerek net görüntü aranır; yeni görüntü konumu ve görüntü boyutu ilk denemeyle karşılaştırılır. Denemeleri aynı koşullarda tekrarlamak, tek bir rastlantısal gözlem yerine düzenli bir sonuç elde etmeye yardımcı olur.

Görüntünün gözlemlenmesi ve kaydedilmesi

Ekranda görüntü oluşup oluşmadığını anlamak için ekranı ileri ve geri hareket ettirin. Görüntü belirli bir ekranda netleşiyorsa ışık ekrana ulaşarak gerçek bir görüntü oluşturmuştur; ekran üzerinde netleşmiyorsa o konumda görüntü ekrana alınamıyor demektir. Gözlem sırasında görüntünün netliği, yönü ve boyutu birlikte değerlendirilmelidir.

Yönü belirlemek için cisim üzerindeki ok veya harf gibi bir işaretin görüntüsünü inceleyin. İşaretin üst tarafı aşağıya dönmüşse görüntü ters, aynı yönde kalmışsa düz olarak kaydedilir. Boyut karşılaştırması için görüntüyü cismin kendisiyle kıyaslayın ve “küçük”, “yaklaşık eşit” veya “büyük” ifadelerinden birini kullanın. İsterseniz ekran üzerindeki görüntünün yüksekliğini ve cismin yüksekliğini ayrı ayrı ölçebilirsiniz.

Sonuçları bir tabloya yazmak düzenek değişikliklerini karşılaştırmayı sağlar. Tabloya deneme numarası, cisim-mercek uzaklığı, mercek-ekran uzaklığı, görüntünün ekranda oluşup oluşmadığı, yönü, netliği ve boyutu eklenebilir. Örneğin bir satırda “ekranda net, ters, cisimden büyük” gözlemi yer alabilir. Cisim uzaklığı değiştirilip deney aynı sırayla tekrarlandığında, görüntü özelliklerindeki değişim daha güvenilir biçimde fark edilir.

Merceğin görüntü oluşturma ilkesi

Mercek, içinden geçen ışığın doğrultusunu değiştirir; bu olaya ışığın kırılması denir. Işıklı cisimden çıkan farklı ışıklar mercekten geçtikten sonra bazı koşullarda ekranın bulunduğu bölgede toplanır. Işıkların ekranda belirli bir noktada buluşması, cismin her noktasına karşılık gelen noktaların oluşmasını sağlar ve böylece görüntü ortaya çıkar.

Ekranın yeri bu toplanma bölgesinden uzaksa ışıklar ekranda dağınık kalır ve görüntü bulanık görünür. Ekran uygun konuma getirildiğinde ışık daha düzenli toplandığı için görüntü netleşir. Cisim merceğe göre farklı bir konuma taşındığında ışığın mercekten sonraki yayılma düzeni değişir; bu nedenle net görüntünün bulunduğu ekran konumu, görüntünün boyutu ve yönü de değişebilir.

Bu deneyde kullanılan yakınsak mercek, ışığı toplama eğilimi gösteren mercek olarak yalnızca tanıtılmaktadır; odak noktası, ışıkların toplandığı özel bölgeyi ifade eder. Gerçek görüntü ekranda oluşturulabilir; sanal görüntü ise ekranda toplanmış bir görüntü olarak alınamaz ve bu ayrım deneyde ekran kullanılarak gözlenir. Merceklerin ayrıntılı ışın çizimleri ve mercek türleri ayrı bir konunun kapsamındadır.

Cisim uzaklığı ile görüntü boyutu ve yönü arasındaki temel ilişki

Cisim merceğe göre farklı uzaklıklara taşındığında görüntünün ekrandaki yeri ve boyutu değişebilir. Genel olarak merceğe gelen cismin konumu, ışınların mercekten çıktıktan sonra nerede toplanacağını belirler; bu nedenle her yeni cisim konumunda ekran yeniden ayarlanmalıdır. Deneyde görüntünün ters veya düz oluşması da bu konumla ilişkilidir ve yalnızca görüntü boyutuna bakılarak karar verilmemelidir.

Örneğin bir konumda ekranda ters ve büyük bir görüntü görülürken cisim mercekten uzaklaştırıldığında görüntü daha küçük hâle gelebilir. Başka bir konumda görüntü cismin boyutuna yakın olabilir. Bu ilişkileri kesin sayılarla hesaplamak için ince mercek bağıntısı ve sayısal görüntü hesaplamaları kullanılabilir; burada amaç, uzaklık değiştiğinde görüntü özelliklerinin de değiştiğini deneysel olarak fark etmektir.