Renkli Gölge Olur mu?

Deney Kutusu köşesinin yeni etkinliğinde ışığın doğrusal yayılımı olgusundan hareket ederek gölge, yarı gölge ve çok katmanlı gölgelerin nasıl oluştuğunu gösteriyoruz.

Bilmekte fayda var!

Işık boşlukta doğrusal bir yol izler, ancak maddeyle karşılaştığı zaman yön değiştirebilir. Işığı geçirmeyen maddeler opak olarak adlandırılır. Bu etkinliğimizde ışığın doğrusal yayılımı olgusundan yola çıkarak gölge, yarı gölge ve çoklu gölgelerin oluşumunu inceleyeceğiz.

Nelere ihtiyacımız var?

• Kırmızı, mavi ve yeşil renkte üç lamba (tercihen LED lambalar)
• 12 voltluk DC adaptör (lambanın özelliğine bağlı olarak gerekli)
• Opak bir engel (bu deney için opak beyaz balon kullanılmıştır)
• Beyaz renkli bir ekran/yüzey

 

Gölge nasıl oluşur?

Ne yapıyoruz?

Kırmızı, mavi ve yeşil LED lambaları üçgen oluşturacak şekilde yerleştirelim ve 12 voltluk adaptörü prize takalım (Şekil 1.a ve 1.b). Lambaların üçgen oluşturacak biçimde yerleştirilmesi, ışık kaynaklarından yayılan farklı renklerdeki ışınların nasıl karıştığını anlamamızı kolaylaştıracaktır.

Daha sonra tamamen karanlık bir ortamda sırasıyla kırmızı, mavi ve yeşil lambaları tek tek yakalım ve önlerine opak bir engel olan balonu yerleştirerek ekranda ne olduğunu gözlemleyelim. Burada ışığın ulaşamadığı engelin arka kısmındaki bölgenin siyah/karanlık, ışığın ulaştığı diğer bölgelerin ise kaynak ışığın rengi ile aynı olduğunu gözlemleriz (Şekil 2.a, 2.b ve 2.c). Deneyde her bir renk için aynı durumun tekrarlandığı görülür.

Ne oldu?

Karanlık bir ortamda ışık kaynaklarından yayılan ışınlar, ortamda ilerlerken saydam olmayan, yani opak cisimler ile karşılaşırlarsa ışık ışınları doğrusal bir yol izlediği için bu cisimlerin arka kısımlarına ulaşamazlar. Bu yüzden cisimlerin arka tarafındaki perde/ekran üzerinde ışığın ulaşmadığı karanlık bölgeler oluşur. Işığın doğrusal yayılımı sonucu oluşan bu karanlık bölgeye gölge denir.

 

Yarı gölge nasıl oluşur?

Ne yapıyoruz?

Şekil 1’deki düzenekte yer alan lambalarla, bu kez iki ışık kaynağını aynı anda açarak deneyi tekrarlayalım. Sırasıyla mavi - kırmızı, mavi - yeşil ve kırmızı - yeşil lambaları yakalım ve önlerine engel olarak opak beyaz balon koyarak gölge oluşumlarını gözlemleyelim (Şekil 3.a, 3.b ve 3.c).

 

Ne oldu?

İlk olarak, ekranda her iki ışık kaynağından çıkan ışınların da ulaştığı, gölge olmayan kısımlara bakalım.

Şu gözlemleri yapabiliriz:

• Mavi ve kırmızı renkler karıştığında magenta (Şekil 3.a),
• Mavi ve yeşil renkler karıştığında sayen (cyan) (Şekil 3.b),
• Kırmızı ve yeşil renkler karıştığında sarı (Şekil 3.c) renk oluşur.

Burada kullandığımız kaynak ışık renkleri, ana renkler (kırmızı, mavi ve yeşil); bunların ikişerli karışımları ile ortaya çıkan renkler ise ara renklerdir (magenta, sayen ve sarı). (Bkz. Şekil 4.a, 4.b ve 4.c).

Oluşan gölgeleri şu şekilde açıklayabiliriz: Ortadaki koyu bölgeye hiçbir ışık kaynağından ışık ulaşmadığı için bu bölgenin siyah/karanlık olduğunu gözlemleriz. Bu bölgeye bir önceki deneyde olduğu gibi tam gölge bölgesi diyoruz. Siyah/karanlık bölgelerin iki yanında bulunan, ışık kaynaklarının yalnızca birinden ışık ulaşan bölgelere ise yarı gölge diyoruz. Burada iki yarı gölge (renkli gölge) vardır. Renkli gölgelerden her biri, bir kaynaktan ışık alırken engelden dolayı diğer kaynaktan ışık alamamıştır (Şekil 3.a, 3.b ve 3.c).

Renkli lambaların kullanılması sayesinde tam gölge ve yarı gölgelerin ayırt edilmesi kolaylaşıyor. Ayrıca, ışık kaynaklarının farklı renklerde olması sayesinde, yarı gölgelerin de ışık kaynaklarının rengine bağlı olarak renkli olduğunu görüyoruz.

 

Çok katmanlı gölge nasıl oluşur?

Ne yapıyoruz?

Son olarak lambaların üçünü (kırmızı, mavi ve yeşil) birden yakalım ve önüne yine engel koyarak gölge oluşumunu gözlemleyelim. Tüm kesişimlerin ortak bölgesinde tam gölge (siyah renkte) ve bunun dışında ana renkler ve ara renklerden oluşan renkli gölgeler gözlemleriz (Şekil 5).

Ne oldu?

Işık kaynağı sayısı üçe çıkarıldığında ekranda üç farklı türde gölge ve birçok renkli bölge görebiliriz (Şekil 5 ve 6). Siyah görünen bölge tam gölgedir ve buraya hiçbir ışık kaynağından ışık ulaşmaz. Kırmızı, mavi ve yeşil renkli bölgelerse sadece bir kaynaktan ışık alan bölgelerdir. Son olarak sarı, magenta ve sayen (cyan) renklerin olduğu bölgeler ise üç ışık kaynağının ikisinden ışık alan bölgelerdir. Kısacası hangi renkte ışınların ulaştığına bağlı olarak üç tür gölge oluştuğunu gözlemleriz.

Bu deneyde ışığın doğrusal yayılımı olgusundan yararlanarak gölge, yarı gölge ve çok katmanlı gölge oluşumlarını inceledik. Gölge deneylerinde ışık kaynağı olarak kırmızı, mavi ve yeşil ana ışık renklerini kullanmak, gölge ve yarı gölge kavramlarının daha kolay anlaşılmasına yardımcı oldu. Renkli lamba kullanmak, çoklu gölge oluşumunda, farklı derecede gölge oluşumlarının da nasıl meydana geldiğinin kavranmasını kolaylaştırdı. 

 

Kaynaklar:

• Yurumezoglu, K., “An entertaining method of teaching concepts of linear light propagation, reflection and refraction using a simple optical mechanism”, Physics Education, Cilt 44, Sayı 2, s. 129, 2009.
• https://profil-couleur.com, 04.08.2016.