Paylaşım Yap
Tüm Reklamları Kapat
Tüm Reklamları Kapat

Snell Yasası Nedir? Snell Yasası Matematiksel Olarak Nasıl İspatlanır?

5 dakika
38,969
Snell Yasası Nedir? Snell Yasası Matematiksel Olarak Nasıl İspatlanır?
Evrim Ağacı Akademi: Fiziğe Giriş: Newton'dan Kuantuma Yazı Dizisi

Bu yazı, Fiziğe Giriş: Newton'dan Kuantuma yazı dizisinin 10. yazısıdır. Bu yazı dizisini okumaya, serinin 1. yazısı olan "Fizik Ne İşe Yarar: Sofra Tuzundan Atmosferin Yapısına..." başlıklı makalemizden başlamanızı öneririz.

Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için veya kayıt olun.

EA Akademi Hakkında Bilgi Al
Tüm Reklamları Kapat

Snell Yasası, ışığın ortam değiştirirken izlediği yolun normal (arayüzeye dik olan hayali çizgi) ile yaptığı açıların oranının, ortamlarının indisinin oranına ters orantılı olduğunu söyler. Basitçe, şu şekilde ifade edilebilir:

n1n2=sin⁡θ2sin⁡θ1\Huge \frac{n_1}{n_2}=\frac{\sin{\theta_2}}{\sin{\theta_1}}

Buradaki terimleri görselleştirecek olursak:

Tüm Reklamları Kapat

Snell Yasası'nda nn, cismin kırılma indisi olarak bilinmektedir. Bir maddenin kırılma indisi, ışığın boşluktaki hızının (cc), ışığın o madde içerisindeki hızına (vv) oranıdır. Matematiksel olarak göstermek gerekirse:

n=cv\Huge n=\frac{c}{v}

Bu nedenle tanımı gereği maddenin kırılma indisi, ışığın o madde içerisindeki hızıyla ters orantılıdır.

n1n2=v2v1\Huge \frac{n_1}{n_2}=\frac{v_2}{v_1}

Tüm Reklamları Kapat

Önemli bir not olarak şunu söyleyelim: Buradaki ışığın hızının değişmesinin İzafiyet Teorisi ile çeliştiğini düşünenler olabilir, halbuki bu doğru değildir. İzafiyet Teorisi'nin postulatlarından biri olan "ışık hızı her eylemsiz referans sistemi için aynıdır" postulatında bahsedilen ışık hızı, ışığın boşluktaki hızıdır; yani ışığın kendi hızıyla bir ilgisi yoktur. Işığın farklı ortamlarda neden hız değiştirdiğini öğrenmek isterseniz, aşağıdaki videomuzu izleyebilirsiniz.

Optikte Kırılmanın Postulatları

  • 1. Postulat: Işık, kırıldıktan sonra kırılmadan önceki ilerlediği düzlem ile aynı düzlemde ilerler.

Bu belit, şunu söyler: Diyelim ki havada doğrusal olarak ilerleyen bir ışık hüzmesi var. Siz bu ışığın hareketini 2 boyutlu bir düzlem içerisinde tanımlamadınız. Işık, kırıldıktan sonra yine aynı düzlem içerisinde ilerler. Yazının devamında Snell Yasası'nın ispatını yazarken 1. ortam için yatay ve dikey olmak üzere 2 boyut tanımlarken 2. ortam için de aynı yatay ve dikey boyutlarını kullanmamızın sebebi budur.

  • 2. Postulat (Fermat Prensibi): Işık, iki nokta arasında en kısa sürede alınabilen yolu alır.

Şimdi bu prensibin üzerinde duralım. Bu prensibi anlamak için verilen en iyi analoji kumsal ve deniz örneğidir. Diyelim ki siz bir cankurtaransınız ve denizde boğulmakta olan bir adama elinizden gelen en çabuk şekilde ulaşmak istiyorsunuz. Peki denizdeki adama hangi yoldan giderseniz en kısa sürede ulaşabilirsiniz?

Akla ilk gelen yol, sizinle boğulan kişi arasındaki düz giden çizgiyi takip etmektir fakat şöyle bir sorun var: Denizdeki hızınız kumsaldaki hızınıza göre epey yavaş, bu nedenle denizde geçireceğiniz her vakit sizin aleyhinize işler.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Suda geçireceğimiz zaman ile en kısa zaman arasındaki denge böyle bir yolda yatmaktadır. Işık da aynı şekilde yol alırken gidebileceği en kısa yolu alır.

Postulatlarımızı da belirttiğimize göre artık Snell Yasası'nı kanıtlamaya başlayabiliriz.

Snell Yasası'nın Kanıtı

Dikkat ederseniz yukarıdaki resimde ikinci ortamda ışığın resimden bize doğru veya içeri doğru gittiğini söylemedik çünkü 1. postulat bize her iki ortam için ışığın aynı düzlem üzerinde yol aldığını söyler.

Pisagor Teoremi'nden bildiğimiz üzere ışığın 1. ortam içerisinde aldığı yolu gösterelim.

S1=x12+y12\Large S_1=\sqrt{x_1^2+y_1^2}

Hız, alınan yolun o yolu alırken geçen zamana oranı olduğuna göre ışığın 1. ortamda iken geçen zamanı şu şekilde gösterebiliriz.

Tüm Reklamları Kapat

v1=S1T1\LARGE v_1=\frac{S_1}{T_1}

T1=S1v1=x12+y12v1\LARGE T_1=\frac{S_1}{v_1}=\frac{x_1^2 + y_1^2}{v_1}

Yukarıdaki resimde de görebileceğimiz gibi her iki noktanın ışığın kırılma noktasına olan yatay uzaklıklarının toplamı birbirlerine olan yatay uzaklıklarına eşittir. O halde:

Tüm Reklamları Kapat

x1+x2=x\LARGE x_1 + x_2 = x

Bu durumda, ikinci noktanın kırılma noktasına olan yatay uzaklığını şu şekilde gösterebiliriz:

x2=x−x1\LARGE x_2 = x-x_1

Işığın 2. ortam içerisinde aldığı yolu ve yolu alırken geçen zamanı göstermek istersek:

Tüm Reklamları Kapat

Agora Bilim Pazarı
Evren Avucunda – Uzay, Zaman ve Ötesine Olağanüstü Bir Yolculuk

“Muhteşem… Bunun gibi bir kitap okumadım.”

“Bu kitabın iki vaadi var: sadece tek bir denklem kullanmak (E = mc2) ve hiçbir okuru geride bırakmamak. Üç yüz seksen sayfa ve beş milyar yıllık göz alıcı bir yolculuk.”

Alexander Masters – The Spectator

Evrende yalnız değiliz.

Evrene yapacağımız bu yolculukta da.

Kumsalda yatmış gökyüzünü seyrederken biri elimizden tutuveriyor ve bizi muazzam bir yolculuğa çıkarıyor; karadeliklere, en uzak galaksilere ve kâinatın başlangıcına götürüyor.

Bir atomun çekirdeğine dalıyor, zamanda yolculuk ediyor, Güneş’in içine giriyoruz. Dokunuyoruz.

Christophe Galfard, evreni avucumuza bırakıyor.

Fransa’da yılın bilim kitabı seçildikten sonra 20 dile çevrilen EVREN AVUCUNDA kısa sürede bir popüler bilim klasiğine dönüştü. Gezegenimizin en özel bilim anlatıcılarından Christophe Galfard –ki kendisi Stephen Hawking’in öğrencisi– denklemler yerine hayal gücümüzden faydalanarak bizleri kelimenin gerçek anlamıyla “bambaşka dünyalara” götürüyor.

Bilgiler ve Uyarılar:

  1. Bu ürün sipariş alındıktan 1-3 gün içinde postalanacaktır.
  2. Lütfen sipariş vermeden önce iade ve ürün değişikliği ile ilgili bilgilendirmemizi okuyunuz.
  3. Bu kampanya, Domingo Yayınevi tarafından Evrim Ağacı okurlarına sunulan fırsatlardan birisidir.
Devamını Göster
₺210.00
Evren Avucunda – Uzay, Zaman ve Ötesine Olağanüstü Bir Yolculuk
  • Dış Sitelerde Paylaş

S2=x22+y22=(x−x1)2+y22\LARGE S_2=\sqrt{x_2^2+y_2^2}=\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}

T2=S2v2=x22+y22v2=(x−x1)2+y22v2\LARGE T_2=\frac{S_2}{v_2}=\frac{\sqrt{x_2^2+y_2^2}}{v_2}=\frac{\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}}{v_2}

O halde, ışığın iki nokta arasında aldığı yol ve süreleri gösterebiliriz:

S=S1+S2=x12+y12+(x−x1)2+y22\LARGE S=S_1+S_2=\sqrt{x_1^2+y_1^2}+\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}

T=T1+T2=x12+y12v1+(x−x1)2+y22v2\LARGE T=T_1+T_2=\frac{\sqrt{x_1^2+y_1^2}}{v_1}+\frac{\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}}{v_2}

İlk postulatı ve bazı tanımlamaları kullanarak bazı işlemler yaptık. Sıra, ikinci postulatı kullanmaya geldi, yani Fermat'ın Prensibi.

1. noktanın ışığın kırıldığı noktaya olan uzaklığını öyle bir belirleyelim ki ışığın iki nokta arasında yol alırken geçen zamanı minimum yapsın. Bunu matematiksel olarak şu şekilde gösterebiliriz:

ddx1T=0\LARGE\frac{d}{dx_1}T=0

Yani ışığın iki nokta arasında yol alırken geçen zamanın 1. noktanın ışığın kırıldığı noktaya olan uzaklığının türevi sıfıra eşittir. Bu denklemi ilerletirsek:

ddx1(T1+T2)=0\LARGE\frac{d}{dx_1}(T_1+T_2)=0

Tüm Reklamları Kapat

ddx1(x12+y12v1+(x−x1)2+y22v2)=0\LARGE\frac{d}{dx_1}(\frac{\sqrt{x_1^2+y_1^2}}{v_1}+\frac{\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}}{v_2})=0

ddx1(x12+y12v1)+ddx1((x−x1)2+y22v2)=0\LARGE\frac{d}{dx_1}(\frac{\sqrt{x_1^2+y_1^2}}{v_1})+\frac{d}{dx_1}(\frac{\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}}{v_2})=0

Her iki tarafın x1x_1'e göre türevini alırsak:

1v1x1x12+y12−1v2x−x1(x−x1)2+y22=0\LARGE \frac{1}{v_1}\frac{x_1}{\sqrt{x_1^2+y_1^2}}-\frac{1}{v_2}\frac{x-x_1}{\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}}=0

Tüm Reklamları Kapat

Denklemde ışığın 1. ve 2. ortamda aldığı yolları koyarsak:

S1=x12+y12\LARGE S_1=\sqrt{x_1^2+y_1^2}

S1=(x−x1)2+y22\LARGE S_1=\sqrt{(x-x_1)^2+y_2^2}

1v1x1S1−1v2x2S2=0\LARGE \frac{1}{v_1}\frac{x_1}{S_1}-\frac{1}{v_2}\frac{x_2}{S_2}=0

Tüm Reklamları Kapat

Burada dikkat ederseniz x1x_1'in S1S_1'e oranı θ1θ_1 açısının sinüsünü verir, aynı şekilde x2x_2'nin S2S_2'ye oranı θ2θ_2 açısının sinüsünü verir. Bunları denklemde yerine koyarsak:

sin⁡θ1=x1S1\LARGE \sin{\theta_1}=\frac{x_1}{S_1}

sin⁡θ2=x2S2\LARGE \sin{\theta_2}=\frac{x_2}{S_2}

sin⁡θ1v1−sin⁡θ2v2=0\LARGE \frac{\sin{\theta_1}}{v_1}-\frac{\sin{\theta_2}}{v_2}=0

Tüm Reklamları Kapat

 v2v1=sin⁡θ2sin⁡θ1\LARGE \frac{v_2}{v_1}=\frac{\sin{\theta_2}}{\sin{\theta_1}}

Kırılma indisinin tanımını yaparken ışığın hızı ile ters orantılı olduğunu söylemiştik, o halde:

n1n2=sin⁡θ2sin⁡θ1\LARGE \boxed{\frac{n_1}{n_2}=\frac{\sin{\theta_2}}{\sin{\theta_1}}}

Böylelikle Snell Yasası'nı kanıtlamış olduk!

Bu Makaleyi Alıntıla
Okundu Olarak İşaretle
Evrim Ağacı Akademi: Fiziğe Giriş: Newton'dan Kuantuma Yazı Dizisi

Bu yazı, Fiziğe Giriş: Newton'dan Kuantuma yazı dizisinin 10. yazısıdır. Bu yazı dizisini okumaya, serinin 1. yazısı olan "Fizik Ne İşe Yarar: Sofra Tuzundan Atmosferin Yapısına..." başlıklı makalemizden başlamanızı öneririz.

Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için veya kayıt olun.

EA Akademi Hakkında Bilgi Al
Özetini Oku
52
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Paylaş
Sonra Oku
Notlarım
Yazdır / PDF Olarak Kaydet
Bize Ulaş
Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

Soru & Cevap Platformuna Git
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Bilim Budur! 40
  • Tebrikler! 22
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 18
  • İnanılmaz 13
  • Muhteşem! 9
  • Merak Uyandırıcı! 9
  • Umut Verici! 4
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 05/11/2024 06:47:23 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/434

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Kategoriler ve Etiketler
Tümünü Göster
Tüm Reklamları Kapat
Keşfet
Akış
İçerikler
Gündem
Göz
Fil
Mitler
Hominid
Sinirbilim
İklim Değişikliği
Karar Verme
Veri Bilimi
Charles Darwin
Hayvan Davranışları
Kanıt
Maske Takmak
Entomoloji
Kimya
Kırmızı
Kurt
Kelebek
Astronomi
Etimoloji
Yılan
Protein
Geometri
Arkeoloji
Pandemik
Atom
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Video Konu Önerisi
Başlık
Kafana takılan neler var?
Gündem
Bağlantı
Ekle
Soru Sor
Stiller
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, aklınızdan geçen düşünceleri Evrim Ağacı ailesiyle paylaşabilmeniz içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Bilim kimliğinizi önceleyin.
Evrim Ağacı bir bilim platformudur. Dolayısıyla aklınızdan geçen her şeyden ziyade, bilim veya yaşamla ilgili olabilecek düşüncelerinizle ilgileniyoruz.
2
Propaganda ve baskı amaçlı kullanmayın.
Herkesin aklından her şey geçebilir; fakat bu platformun amacı, insanların belli ideolojiler için propaganda yapmaları veya başkaları üzerinde baskı kurma amacıyla geliştirilmemiştir. Paylaştığınız fikirlerin değer kattığından emin olun.
3
Gerilim yaratmayın.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
4
Değer katın; hassas konulardan ve öznel yoruma açık alanlardan uzak durun.
Bu komünitenin amacı okurlara hayatla ilgili keyifli farkındalıklar yaşatabilmektir. Din, politika, spor, aktüel konular gibi anlık tepkilere neden olabilecek konulardaki tespitlerden kaçının. Ayrıca aklınızdan geçenlerin Türkiye’deki bilim komünitesine değer katması beklenmektedir.
5
Cevap hakkı doğurmayın.
Aklınızdan geçenlerin bu platformda bulunmuyor olabilecek kişilere cevap hakkı doğurmadığından emin olun.
Sosyal
Yeniler
Daha Fazla İçerik Göster
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000
Bu Makaleyi Alıntıla
Evrim Ağacı Formatı
APA7
MLA9
Chicago
E. Özmeral, et al. Snell Yasası Nedir? Snell Yasası Matematiksel Olarak Nasıl İspatlanır?. (29 Eylül 2016). Alındığı Tarih: 5 Kasım 2024. Alındığı Yer: https://evrimagaci.org/s/434
Özmeral, E., Özdil, A. Ş. (2016, September 29). Snell Yasası Nedir? Snell Yasası Matematiksel Olarak Nasıl İspatlanır?. Evrim Ağacı. Retrieved November 05, 2024. from https://evrimagaci.org/s/434
E. Özmeral, et al. “Snell Yasası Nedir? Snell Yasası Matematiksel Olarak Nasıl İspatlanır?.” Edited by Ayşegül Şenyiğit Özdil. Evrim Ağacı, 29 Sep. 2016, https://evrimagaci.org/s/434.
Özmeral, Ege. Özdil, Ayşegül Şenyiğit. “Snell Yasası Nedir? Snell Yasası Matematiksel Olarak Nasıl İspatlanır?.” Edited by Ayşegül Şenyiğit Özdil. Evrim Ağacı, September 29, 2016. https://evrimagaci.org/s/434.
ve seni takip ediyor

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close