Mercek
Cisimlerin görüntüsünü oluşturmakta kullanılan, özel olarak biçimlendirilmiş cam ya da başka saydam madde parçalarına mercek denir. Optik aygıtların pek çoğunda, örneğin fotoğraf makinesi, teleskop, büyüteç ve gözlükte mercek kullanılır. Gözün kendisinde de doğal bir mercek sistemi bulunur.
Mercek Nasıl Çalışır
Işık, uzayda ya da havada düz bir çizgi üzerinde yol alır. Bunu anlayabilmek için ortası delinmiş iki kart alın ve kartları gözünüzle elektrik ampulü arasında tutun. Ampulü görebilmeniz için, ampul ile her iki karttaki deliklerin aynı hizada, yani düz bir çizgi üzerinde bulunması gerekir. Işık, berrak suda ya da camda da doğrusal olarak yol alır. Ama eğer, bir saydam maddeden bir başka saydam maddeye(örneğin, havadan suya ya da sudan havaya) geçerse kırılır, yani doğrultusunu değiştirir; ışık yeni maddenin yüzeyine tam dik açıyla (90°) gelmediği sürece bu kırılma olayı her zaman gerçekleşir.
Işık, suda olduğu gibi camda da kırılmaya uğrar. Havadan cama geçtiğinde kırılır, camdan havaya geçtiğinde gene kırılır. Ama camın iki yüzeyi pencere camındaki gibi birbirine paralel değilse, ışığın cama giriş doğrultusu ile çıkış doğrultusu aynı olmaz. Bu doğrultu değişikliklerinin nedeni ışığın camda ya da suda havadaki kadar hızlı yol alamamasıdır.
Üçgen biçimli cam bloklarına prizma denir. Işık, pencere camından geçerken nasıl kırılıyorsa, prizmanın içinden geçerken de öyle kırılmaya uğrar. Eğer iki prizma, tabanlarından birleştirilirse, Güneş’ten ya da bir lambadan gelen ışık ışınları, bu prizmalardan geçtikten sonra bir araya toplanır; ışık ışınlarının bir araya toplanması olayına yakınsama denir. Ama eğer prizmalar tabanlarından değil de tepe noktalanndan uç uca birleştirilirse tam tersi bir etki elde edilir, yani ışık ışınları prizmalardan geçtikten sonra bu kez birbirinden aynlarak dışan doğru yayılır; ışık ışınlarının bu birbirinden uzaklaşması olayına da ıraksama denir. İşte bu birinci prizma düzeni (taban tabana birleşme) dışbükey merceklerin, ikinci prizma düzeni ise (uç uca birleşme) içbükey ya da ıraksak merceklerin temelini oluşturur. Ama uygulamada mercekler, prizmada olduğu gibi köşeli değil, genellikle eğri yüzeyli olarak yapılır. Dışbükey mercekler “dışa” doğru, içbükey mercekler ise “içe” doğru kavislidir. Eğer merceğin bir yüzü düz, öteki yüzü kavisli ise, bu ya bir düzlem-dışbükey ya da düzlem-içbükey mercektir.
Günlük yaşamdan bildiğimiz büyüteç, bir dışbükey, yani yakınsak mercektir. Büyüteç, güneş ışınları mercek yüzeyine dik gelecek biçimde Güneş’e tutulursa, ışınlar elin ya da kâğıdın üzerinde küçük bir noktada toplanabilir. Böylece, Güneş’in hem ışığı, hem de ısısı küçük bir alan üzerinde yoğunlaştığından, bu alan çok parlak ve sıcak olur. Eskiden ateş yakmak için bu tür cam parçalarından yararlanılırdı. Şişe kınğı ya da benzeri eğri bir cam parçası da böyle bir mercek işlevi görebilir ve bir rastlantı sonucu, örneğin bir orman yangının çıkmasına neden olabilir.
Eğer pencereden gelen ışığa bir büyüteç tutulur ve büyütecin ardına beyaz bir kart konursa, kart ile mercek arasındaki uzaklık doğru olarak ayarlandığında kartın üzerinde pencerenin baş aşağı duran küçük bir görüntüsü oluşur. Mercek ile kart arasındaki uzaklığa merceğin odak uzaklığı denir. Ama bu mercekten uzaktaki cisimler için geçerlidir; oysa yakın cisimler için görüntü uzaklığı odak uzaklığına eşit değildir. Odak uzaklığı ne kadar küçükse, merceğin büyütme gücü de o kadar büyük olur. Eğer kart mercekten çok uzakta ya da ona çok yakın tutulursa, pencerenin görüntüsü bulanık olur. Kart ile mercek arasındaki uzaklığı net bir görüntü ya da resim elde edebilecek biçimde ayarlamaya odaklama denir.
Merceklerin Kullanıldığı Yerler
Dışbükey mercekler fotoğraf makinelerinde kullanılır. Fotoğraf makinesinde, merceğin hemen arkasında bir fotoğraf filmi bulunur. Fotoğraf makinesinin boyutları ve film ile mercek arasındaki uzaklık göz önünde tutulacak olursa, fotoğrafı çekilecek görüntünün makineye oldukça uzak olduğu kavranabilir. İşte mercek bu uzaktaki cisimlerden, insanlardan ya da manzaradan gelen ışık ışınlarını toplayarak ardındaki film üzerinde odaklar ve burada görüntünün baş aşağı, yani ters bir resmini oluşturur. Refleks tipi makinelerde, birincisinin aynısı ikinci bir mercek daha bulunur; bu mercek, aynı görüntüyü arkadaki bir cam ekranın üzerine düşürerek fotoğrafçının odaklama ayarını iyi yapabilmesini ve çekeceği resmi tam olarak görebilmesini sağlar.
Zoom objektifli makinelerde ise, odak uzaklığının değişmesini sağlayan ayrı bir mercek sistemi bulunur.
Sinema filmi göstericilerinde ya da slayt makinelerinde parlak biçimde aydınlatılmış filmden gelen ışık ışınlarını büyük bir ekranın üzerine düşürmeye yarayan dışbükey mercekler kullanılır. Film yalnızca 35 mm genişliğindedir, ama ekran üzerine düşürülen görüntünün genişliği metrelerce olabilir.
Gözdeki Mercekler
Gözde de, görüntüyü oluşturan bir dışbükey mercek sistemi vardır. Öndeki kavisli, saydam katman (kornea) ile ardındaki suyumsu sıvı bir sıvı mercek oluşturur; gözbebeğinden (iristeki küçük delik) göze giren ışık, ilk aşamada bu mercek tarafından odaklanır. Sonra ışık, gözbebeğinin ardında yer
alan, içteki dışbükey göz merceğinden geçer. Bakılmakta olan cismin görüntüsünün odaklama ayarının yapılabilmesi için, küçük kaslar göz merceğinin eğriliğini ve biçimini değiştirebilir. Görüntü, gözün arkasında, ağtabaka denen ışığa duyarlı bir alanın üzerinde oluşur. Mercek sistemi dışbükey olduğundan görüntü baş aşağı gelmiş durumdadır; görüntüyü doğru konuma getiren beyindir.
Merceğin Oluşturduğu Görüntü
Elinize dışbükey, yani yakınsak bir mercek alın ve merceği bir cisme iyice yaklaştınn; öyle ki, mercek ile cisim arasındaki uzaklık, merceğin odak uzaklığından daha küçük olsun. Bu durumda cismi doğal konumunda, ama büyütülmüş olarak göreceksiniz. Daha sonra merceğin ardına, yani sizin baktığınız tarafına bir kart koyun; bu durumda, kartın üzerinde cismin görüntüsünün oluşmadığını fark edeceksiniz (oysa pencereye tutulan mercek örneğinde görüntü oluşmuştu). Kart, film ya da ekran üzerine düşürülebilen görüntülere “gerçek” görüntü denir. Bu tür yüzeylerin üzerinde oluşturulamayan görüntülere de “sanal” görüntü ya da eski adıyla “zahiri” görüntü denir. Sanal görüntüler ancak merceğin içinden bakılarak görülebilir.
Bir büyüteç ya da oyuncak bir teleskopla bakarken, gözlenen cismin çevresinde genellikle renkli saçakların oluştuğunu görürsünüz. Bunun nedeni farklı renklerdeki ışık ışınlarının mercekten geçerken farklı açılarla kırılmasıdır. Örneğin, mavi ışık ışınları kırmızı ışık ışınlarından daha büyük bir açıyla kırılmaya uğrar. Beyaz ışık, gökkuşağındaki bütün renklerin karışımından oluştuğu için, görüntünün çevresinde bir gökkuşağı saçağı oluşur. Bu saçağı gidermek için mercek, her biri ayrı tür camdan yapılmış iki katman halinde hazırlanır. Bu tip merceklere bileşik mercek denir. Bunların üretimi oldukça zor ve masraflıdır; kaliteli fotoğraf makinelerinin ve dürbünlerin pahalı olmasının nedeni de budur.
Merceklerin Yapımı ve Tarihi
Mercekler, cam bloklarının karborundum (silisyum karbür) ya da korindon (alüminyum oksit) gibi aşındırıcı bir tozla zımparalanmasından sonra, demir oksitli bir cila macunuyla perdahlanması (parlatılması) yoluyla hazırlanır. Bu işlemlerden bazıları makineyle gerçekleştirilir, ama gene de mercek yapım süreci yavaş ve pahalıdır; son perdah işlemi ve merceğin sınanması büyük hüner ister. Günümüzde, gözlük camı, kontak lens ve büyüteç yapımında plastiklerden de yararlanılır; bu tür gözlük camlarına piyasada “organik” cam denir.
Eski Yunanlılar ve Romalılar, güneş ışınlarını odaklayarak ateş yakmak için bazen içi su dolu cam kaplardan yararlanırlardı. Gözlük ve büyüteç 1300’den önce; teleskop 1608’de icat edildi. Çok güçlü bir büyüteç türü olan MİKROSKOP; TELESKOP kendi maddelerinde ayrıntılı olarak işlenmiştir. Toplu iğne başı büyüklüğündeki merceklerden, 1 metre çapındaki merceklere kadar çok değişik boyutlarda mercekler yapılabilir. ABD’de, Wisconsin’deki Yerkes Gözlemevi’nde bulunan büyük teleskopun objektif büyüklüğü 1 metredir.
