Ayna nedir? Aynanın tarihçesi, ayna çeşitleri, aynaların özellikleri
Ayna; Bir cisimden yayınlanan ışık ışınlarını yansıtarak, o cismin görüntüsünü oluşturan optik araçlardır. Gerçekte her cismin, az da olsa ışığı yansıtma özelliği vardır. Bu fiziksel olgu, doğadaki ışık yayınlamayan cisimlerin de gözle görülmesini sağlar. Kendileri birer ışık kaynağı olan (güneş, lamba gibi) cisimler, doğrudan yayınladıkları ışık ışınlarının etkisiyle görünürler. Işık yayınlamayan cisimler, başka ışık kaynaklarından gelen ışınları yansıtmakla görünebilirler. Ancak ışığı yansıtan her cisim, bir ayna işlevi görmez. Bunun için yansıtma yeteneğinin yüksek ve yüzeyinin de pürüzsüz olması gerekir. Örneğin iyi parlatılmış bir metal ya da ağaç, parlak bir cam ve durgun sıvı yüzeyleri ayna görevi yapar. İlk çağlardan beri bunlar, ayna olarak kullanıldı.
Aynanın Tarihçesi:
İlk yapay aynalar, cilalanmış metal yüzeylerdi. Maden çağında bu amaçla tunç kullanıldı. Eski Mısır (İÖ 2500) ve Miken uygarlıklarında ise altın, gümüş ve tunç aynaların varlığı saptandı. Etrüsklerin (İÖ 6. yüzyıl) yuvarlak ya da oval aynalarından esinlenerek Romalılar, kendilerine özgü aynalar yaptılar. İS 2. yüzyılda bir yüzü karartılmış ilk cam ayna bulundu ve metal aynalarla birlikte ortaçağ boyunca kullanıldı. 15. yüzyılda, bugünkü Güneybatı Belçika ve Kuzey Fransa’da yaşamış olan Flandriarın duvar aynaları, Rönesans döneminde tüm Avrupa’ya yayıldı. Çok ince işlenmiş çerçeveler içindeki bu duvar aynaları, saray ve şatolarda, süslemecilikte kullanıldı. Cam aynaların sırlanmasında çok iyi bir yansıtıcı olan gümüşten başka, daha ucuz olmaları nedeniyle çelik, kalay, kalay alaşımları ve kurşun kullanıldı. 16. yüzyılda Venedikliler, kalay-civa alaşımıyla kaplanmış cam aynalar yaptılar. 17. yüzyılda Büyük Britanya’da kopya edilerek daha da geliştirildi. İlk eğrisel yüzeyli aynalar, 13. yüzyılda ortaya çıktı ve 15. yüzyılda mikroskop yerine kullanıldı. Sir Isaac Newton, 1668′de kendi yaptığı teleskopta çukur aynayı denedi. 19. yüzyıl ortalarına kadar bilimsel amaçlı aygıtlara da metal aynalar takıldı. Ancak metal aynalar, sıcaklıkla biçim değiştirdiklerinden sonradan yerlerini, üstten gümüşle kaplanmış cam aynalara bıraktılar. Üstten kaplandıklan için “çift görüntü” kusuru da ortadan kalkıyor ve sıcaktan etkilenmiyorlardı. Öte yandan gümüş çabuk karardığı için, bu tür aynaların sık sık parlatılması ya da yeniden gümüşle kaplanması gerekiyordu. 1934′ te alüminyumun ilk kez kullanılmasıyla bu sakınca da büyük oranda ortadan kalktı.
Aynalar yüzeylerinin geometrik biçimlerine göre ikiye ayrılır:
Düzlem Aynalar: Fiziksel anlamda ışığı çok az geçiren ya da hiç geçirmeyen aynı zamanda ışığı soğurmayan her düzlem yüzey, bir düzlem aynadır. Yansıma yasalarına göre bir cismin düzlem aynadaki görüntüsü, aynaya göre simetriktir, çünkü yansıyan ışınların uzantılarıyla oluşturulur. Öte yandan “edimsiz (zahiri) görüntü” olduğundan, perde üzerine düşürülemez. Gözle görülen bölümünün boyutları, aynanın boyutlarına olduğu kadar cismin konumuna ve aynaya olan uzaklığına da bağlıdır. Bir düzlem ayna, cismin yerini değiştirmeksizin, yüzeyi doğrultusundaki eksenlerinden birinin çevresinde herhangi bir A açısı kadar döndürülürse, aynanın her M konumunda yansıyan ışınlar arasında 2 A ölçüsünde bir açı oluşur. Bazı optik aygıtlarda ya da işlemlerde birden fazla sayıda düzlem ayna kullanmak gerekir. Örneğin birbiriyle bir B açısı oluşturacak biçimde yerleştirilmiş iki düzlem ayna arasında bulunan bir cismin, n: (360/B)-l tane görüntüsü oluşur. B açısı 45° olduğu zaman cisimden 7; 90° olduğunda 3 tane görüntü oluşur. Bu eşitliğe göre, yansıtıcı yüzeyleri birbirine bakan koşut iki ayna arasındaki bir cismin sonsuz sayıda görüntüsü oluşur. Ancak matematiksel yönden doğru olan bu sonuç, fiziksel olarak gerçekleşmez.
Eğrisel Aynalar: Yansıtıcı yüzeyleri belirli bir eğrilikte bir küre ya da küre kapağı olabileceği gibi, parabolik, silindirik ya da başka bir geometrik biçimindedir. Yansıma yasaları, eğrisel aynalar için de geçerlidir. Küresel aynalarda bir cismin görüntüsünün yeri ve konumu, kendilerine özgü bazı özel ışın ve noktalar kullanılarak saptanır. Yüzeyinin orta noktasına aynanın “tepe noktası” (T), ayna yüzeyinin kesildiği kürenin merkezine de aynanın “merkezi” (M) denir. Kürenin yarıçapı (r), aynanın yarıçapıdır. Merkezle tepe noktasından geçen doğru, aynanın eksenini oluşturur. Küresel aynaların bir özelliği de, eksene koşut gelen ışınların, aynada yansıdıktan sonra kendilerinin ya da uzantılarının eksen üzerindeki bir noktada toplanmasıdır. Bu noktaya aynanın odak noktası (F), odak noktasından geçen ve eksene dik olan düzleme odak düzlemi denir. Odak noktasının, tepe noktasına olan uzaklığı, aynanın odak uzaklığıdır (f). Yarıçapı yeterli büyüklükteki bir küresel ayna için, f=r/2′dir. Küresel aynalar, yansıtıcı yüzeylerin eğrilik yönüne göre ikiye ayrılırlar.
İçbükey aynalar: Yansıtıcı yüzey, kesik kürenin iç yüzeyidir (çukur ayna). Gerçek bircisimden gelen ışınları bir araya toplayacak biçimde yansıtırlar ve bu yüzden odağı, doğrudan doğruya yansıyan ışınlarla oluşturulduğu için, “gerçek odak”tır. Sonsuz uzaklıktan geldiği varsayılan güneş ışınları, bir içbükey aynada yansıdıktan sonra, odak noktasında toplanır. Bu özellikten yararlanılarak güneş enerjisi, yeteri kadar büyük yüzeyli bir çubuk aynada çok küçük bir alan içinde yoğunlaştırılabilir. Arşimet (İÖ 187-212), Sirakuza (Syracuse) Kenti’ni kuşatan Roma Donanması’nın, dev çukur aynalar kullanarak yakmayı düşündü. Bir çukur ayna, odak noktasından daha uzakta bulunan cisimlerin gerçek, ancak zıt yönlü görüntüsünü verir. Görüntünün boyu, cismin aynaya olan uzaklığına göre değişir. Eğer cisim odakla tepe noktası arasındaysa görüntü “edimsiz” büyüktür. Bu yüzden çukur aynalara, hak arasında dev aynası da denir.
Dışbükey aynalar (tümsek ayna): Yansıtıcı yüzeyi, kesik kürenin dış yüzeyidir. Eksenine koşut gelen ışınlar, birbirinden uzaklaşarak ancak uzantıları eksen üzerinde, merkezle tepe arasındaki bir noktada toplanacak biçimde yansırlar. Bu nokta, dış bükey aynanın “görünür” odağıdır. Bir dış bükey ayna, cisim nerede bulunursa bulunsun kendisiyle aynı yönde, ondan küçük ve “edimsiz” bir görüntü verir. Bir küresel aynanın büyütmesi (B), görüntünün boyu (G) ile cismin boyu (C) arasındaki orana eşittir. Geometrik nedenlerle bu oran, görüntü tepe noktası uzaklığı (g) ile cisim-tepe noktası uzaklığı (c) arasındaki orana eşittir.
B= G/C = (r-g) /(c-r)
Bu eşitlikten yararlanılarak
1/g + 1/c = 2/r = 1/f
genel ayna bağıntısını, Issac Newton (1643-1727), (g-f) (b-f)=f^2 formülüyle açıkladı. Newton eşitliği, istenildiği zaman b, g, f ya da B büyüklüklerinden birisinin hesaplamasında kullanılabilir. Başka bir deyimle aşağıdaki bağlantılar geçerlidir:
C= (gf)/(g-f) g=(cf)/c-f f=gc/(g+c)
B= g/c = f/(c-f) = (g-f)/f
Ancak bu bağıntılar uygulanırken, küresel aynanın cinsine göre gerçek büyüklükler için (+), edimsiz (zahiri) büyüklükler için ise (-) değerler alınır. |
