Mercek Uygulamaları: Kapı Dürbünü, Mikroskop ve Sarkaç Örneği

Alıştırma: Kapı Dürbünü

Kapı dürbünü, güvenlik amacıyla kullanılan optik bir düzenektir. Kapı dürbününden bakıldığında geniş bir alanın görüntüsü düz ve küçük olarak görülür. Görüntünün düz ve küçük olması, kullanılan merceğin ıraksak mercek olduğunu gösterir (yakınsak mercekte cisim mercek-F arasında olmadıkça düz/sanal görüntü genelde büyük çıkar; ıraksak mercek ise her konumda düz, küçük, sanal görüntü verir). Kapı dürbününde oluşan görüntü, ışınların kendilerinin değil uzantılarının kesişmesiyle oluştuğu için sanaldır.

Alıştırma: Mikroskopta Çift Mercek Sistemi

Mikroskop, çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük varlıkların görüntüsünü büyüterek incelemeyi sağlayan optik bir alettir; büyütülmüş görüntü elde etmek için mikroskopta en az iki mercek kullanılır. İncelenecek örnek, mikroskobun tablasına yerleştirilen lam üzerine konur; ayna yardımıyla yönlendirilen doğal ışık örnek üzerine düşürülerek görüntünün netleşmesi sağlanır. Objektif mercek, incelenecek örneğe yakın olan mercektir; oküler mercek ise mikroskobun üst tarafında gözle bakılan mercektir.

Mikroskopta görüntü oluşumu iki aşamalıdır: objektif mercek örneğin gerçek, büyütülmüş ve ters bir ara görüntüsünü oluşturur; bu ara görüntü, oküler merceğin odak noktasının içine düştüğü için oküler mercek bu görüntüyü bir büyüteç gibi ele alarak sanal, daha da büyütülmüş bir son görüntü oluşturur. 10x büyütme gücüne sahip bir mercek görüntüyü 10 kat büyütür. Mikroskobun toplam büyütme gücü, objektif ve oküler merceğin büyütme güçlerinin çarpımına eşittir. Örneğin oküler merceğin büyütme gücü 10x, objektif merceğin büyütme gücü 20x olan bir mikroskobun toplam büyütme gücü 10×20=200x olur; yani cismin görüntüsü, cismin boyunun 200 katı büyüklüğünde görülür.

Alıştırma: Yay Sarkacında Salınan Cismin Mercekteki Görüntüsü

Odak uzaklığı bir birim olan yakınsak bir mercek asal eksen üzerine yerleştirilir. Sürtünmelerin önemsiz olduğu ortamda yay sarkacının ucundaki cisim, denge konumundan çekilip bırakıldığında iki nokta arasında salınım hareketi yapar. Bu tür bir düzenekte cismin mercekten uzaklığı sürekli değiştiği için:

• Cisim, merceğin F ile 2F arası veya daha ötesinde kaldığı sürece görüntü gerçek (ters, mercek karşı tarafında) olur.
• Cisim, merceğe F'den daha yakın bir noktaya girdiğinde görüntü sanal (düz, cisimle aynı tarafta, büyütülmüş) hâle döner.
• Cismin iki farklı konumdaki (örneğin salınımın iki ucundaki) görüntüleri arasındaki uzaklık, her iki konum için ayrı ayrı görüntü konumu hesaplanıp farkları alınarak bulunur.
• Aynı düzenekte yakınsak mercek yerine ıraksak mercek kullanılırsa, cismin salınım boyunca hangi konumda olursa olsun görüntüsü her zaman sanal, düz ve küçük kalır ve cismin bulunduğu taraftaki F noktası ile mercek arasında sınırlı kalır — bu, ıraksak merceğin "her zaman aynı karakterde görüntü verme" özelliğinin devinen bir cisim için de geçerli olduğunu gösterir.

Kontrol Noktası: Merceklerin Genel Özet Tablosu

Ders kitabının 3.8 Mercekler konusunu ve Ünite 3'ü (Optik) kapatan son özet tabloya göre: mercek, en az bir yüzeyi küresel olan, ışınları toplayan (yakınsak/ince kenarlı) ya da dağıtan (ıraksak/kalın kenarlı) saydam bir optik araçtır. Temel kavramlar eğrilik yarıçapı (R), asal eksen, optik merkez (O), odak noktası (F) ve odak uzaklığıdır (f). Yakınsak mercekler ışınları asal eksene yaklaştırır, ıraksak mercekler asal eksenden uzaklaştırır; merceğin kırıcılık indisi ortamınkinden küçükse mercek karakter değiştirir. Mercekler teleskop, mikroskop, gözlük, lens, fotoğraf makinesi, kamera, dürbün ve büyüteçlerde kullanılır. Kırılan ışınların kesişmesiyle oluşan görüntüye gerçek görüntü (cisimle farklı tarafta), uzantılarının kesişmesiyle oluşana sanal (zahirî) görüntü (cisimle aynı tarafta) denir.

Özet

• Kapı dürbününde düz ve küçük görünen görüntü, ıraksak mercek kullanıldığını ve görüntünün sanal olduğunu gösterir.
• Mikroskopta objektif mercek gerçek/büyütülmüş bir ara görüntü oluşturur, oküler mercek bu ara görüntüyü büyüteç gibi ele alarak sanal son görüntüyü verir; toplam büyütme, iki merceğin büyütme güçlerinin çarpımıdır.
• Yakınsak mercekte salınan bir cismin görüntüsü, cismin F'ye göre konumuna bağlı olarak gerçekten sanala dönüşebilirken, ıraksak mercekte görüntü her zaman sanal, düz ve küçük kalır.
• Mercekler; eğrilik yarıçapı, asal eksen, optik merkez, odak noktası ve odak uzaklığı gibi ortak kavramlarla tanımlanır ve teleskoptan büyütece kadar birçok optik alette kullanılır.
• Bu konu ile birlikte 3.8 Mercekler ve dolayısıyla Ünite 3 (Optik) tamamlanmış olur.