Maddelerin ışık ile etkileşimi dikkate alındığında saydam, saydam olmayan ve yarı saydam şeklinde sınıflandırılır.
Gelen ışığın çok büyük bir kısmını geçiren cam, su, hava gibi maddelere saydam madde denir. Bazı maddelerin neden saydam olduğu atomik yapısında gizlidir. Saydam maddelerin atomları, ışığı oluşturan fotonlar ile etkileşime giremez. Bu yüzden fotonlar madde içinden soğurulmadan geçer.
Işığın kısmen geçiren maddelere yarı saydam cisimler denir (sis, duman, buzlu cam, yağlı kağıt).
Üzerine düşen ışığı geçirmeyen maddelere saydam olmayan cisimler denir (demir, tahta vb.). Saydam olmayan cisimlerin yüzeyindeki atomlar ışığı oluşturan fotonlar ile etkileşime girerek onları soğurur. Soğurulan fotonların bir kısmı ısıya dönüşürken bir kısmı tekrar ortama geri yansır. Sonuç olarak gelen ışığın tamamı soğurulduğu için maddenin içine giremez.
Yarı saydam ve saydam olmayan maddeler ışığı geçirmediği için arkasındaki zeminde oluşan aydınlanma şiddeti farkından dolayı oluşan farklı aydınlıktaki bölgeye gölge denir. Saydam olmayan maddelerin arkasında kalan bölgeler gibi kaynaktan ışık almayan bölgelere tam gölge denir. Yarı saydam maddelerin arkasındaki bölgeler gibi kısmen ışık alabilen bölgelere ise yarı gölge denir.
Işık doğrusal yolla yayıldığı için cismin arkasında oluşan gölgeler ana hatlarıyla cismin kaynağa dönük kesitine benzerdir.
Cismin ışıkla etkileşimi dışında kaynağın büyüklüğü, sayısı ve konumu tam ve yarı gölgenin oluşumunda etkilidir.
Işık kaynağının saydam olmayan maddelerin arkasında oluşturduğu yarı gölge ve tam gölge durumları aşağıda incelenmiştir.
Noktasal Işık Kaynağı Tarafından Oluşturulan Gölgeler
Aydınlatacağı yüzeye uzaklığı kendi çapının üç katından fazla olan kaynaklara noktasal ışık kaynağı denir.
Saydam olmayan bir cisim noktasal bir ışık kaynağı ile aydınlatılır ise perdede tam gölge oluşur. Cisim yarıçapı |KL| olduğu kabul edilir ise tam gölgenin yarıçapı olan |MN| üçgen benzerliğinden yararlanılarak hesaplanır.
Tam gölgenin alanı;
- Işık kaynağı cisme yaklaştırılırsa artar.
- Cisim perdeye yaklaştırılırsa azalır.
- Perde cisimden uzaklaştırılırsa artar.
Birden çok noktasal kaynağın kullanılması ile oluşturulan sistemlerde hem tam hem yarı gölge alanları oluşur. Görselde çizildiği gibi iki noktasal kaynağın arkasındaki perdede oluşan gölgeler yarı gölgedir çünkü bir kaynağın oluşturduğu tam gölge alanını diğer kaynak aydınlatmaktadır.
Noktasal kaynaklar aşağıdaki görseldeki gibi art arda yerleştirilir ise perdede hem yarı hem tam gölge oluşur. Bu durumda ise O2 kaynağının oluşturduğu tam gölgenin bir kısmını O1 kaynağı aydınlattığı için yarı gölge alanı oluşur. Tam gölgenin alanı engele daha uzak olduğu için O1 kaynağı belirler. Yarı gölgenin alanını ise engele daha yakın olan O2 kaynağı belirler. Tam ve yarı gölgenin alanı üçgen benzerliğinden hesaplanabilir.
Noktasal kaynaklar aşağıdaki görselde görüldüğü gibi düşeyde hizalanır ise perde de hem yarı hem tam gölge oluşur. O1 kaynağının oluşturduğu gölgenin bir kısmını O2 kaynağı aydınlattığı için bölgenin bir kısmı yarı gölge halini alır. Aynı şekilde O2 kaynağının oluşturduğu karanlık bölge içinde geçerlidir. İki kaynaktan da ışık alamayan ara bölgede tam gölge oluşur.
Küresel Işık Kaynağı Tarafından Oluşturulan Gölgeler
Aydınlatacağı bölgeye uzaklığı kendi çapının üç katından az olan küre şeklindeki kaynaklara küresel ışık kaynağı denir. Küresel ışık kaynaklarında her bir nokta, noktasal ışık kaynağı gibi davranır ve karşısındaki cismin arkasında hem tam hem yarı gölge oluşturur.
Görselde görüldüğü gibi küresel ışık kaynağının yarıçapı küresel cismin yarıçapından küçük ise cisim arkasında hem tam hem yarı gölge oluşur.
Aşağıdaki gibi küresel ışık kaynağının yarıçapı cismin yarıçapına eşit ise cismin yarıçapına eşit bir tam gölge oluşurken aynı zamanda bir yarı gölge de oluşur.
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi küresel ışık kaynağının yarıçapı cisimden büyük ise perdede kaynağın konumuna göre farklı şekillerde yarı gölge oluşur.
Gözlemci dışarıdan gölgeye bakmak yerine gölge olan kısımdan ışık kaynağına bakar ise bulunduğu yere göre kaynağın bir kısmını görür veya hiç göremez. Bunun nedeni kaynaktan çıkan ışınların bir kısmının cisim tarafından engellenmesidir. Işık kaynağının nasıl göründüğünü bulmak için gözlemcinin bulunduğu noktaya cismin sınırlarından ışınlar gönderilir. Engelin sınırlarından geçerek kaynağa ulaşan doğrular arasında kalan kısım gözlemci tarafından görülemeyen kısımdır. Bu kısım kaynaktan çıkarılır ise kaynağın görünümü bulunur. Aşağıdaki görselde kaynak ile saydam olmayan cisim farklı konumlarda yerleştirilerek kaynağın nasıl göründüğüne dair örnekler çizilmiştir.
Yansıma
Işık bir yüzeye çarptığında az veya çok yön değiştirerek bulunduğu ortama geri döner. Bu olaya yansıma denir. Işığın bir yüzeye çarpıp yansıması belli bir kurala göre olur. Bir yüzeye gelen ışığa gelen ışın, yüzeyden yansıyan ışığa ise yansıyan ışın adı verilir. Işığın aynaya değdiği noktadan aynaya bir dikme çizilir. Bu dikmeye yüzeyin normali adı verilir ve N harfiyle gösterilir. Gelen ışın ile normal arasında kalan açıya gelme açısı, yansıyan ışın ile normal arasında kalan açıya yansıma açısı denir. Işığın yansımasında aşağıdaki durumlar daima gerçekleşir.
- Gelme açısı, yansıma açısına eşittir.()
- Gelen ışın, yansıyan ışın ve yüzey normali aynı düzlemdedir.
Her yansımada meydana gelen bu durumlara yansıma kanunları denir. Aşağıda farklı açılarla yansıtıcı yüzeye gelen ışınların yansımaları gösterilmiştir.
Düzgün yüzeye çarpan paralel ışınlar düzgün ve paralel şekilde yansır. Bu duruma düzgün yansıma denir.
Düzgün olmayan, girintili çıkıntılı yüzeye düşen paralel ışınlar ise farklı doğrultularda yansır. Bu yansımaya dağınık yansıma denir. Örneğin dalgalı bir göletin yüzeyine çarpan ağaçların yansıması bulanık görünecektir.
