Suya sokulan kalem neden kırık görünür?
Suya kısmen sokulan kalem, su ile hava arasında geçen ışığın yön değiştirmesi nedeniyle kırık veya bükülmüş görünür. Kalemin kendisi şekil değiştirmez. Su içindeki bölümden göze ulaşan ışınların geriye uzantıları, o bölümü gerçek konumundan farklı bir yerde gösterir; buna kırılmaya bağlı görünür konum değişimi denir.
Mekanizma ve günlük örnekler
1. Işık sınırda neden yön değiştirir? Işığın boşluktaki hızı evrensel sabittir, ancak bir malzemenin içindeki yayılma hızı malzemenin optik özelliklerine bağlıdır. Kırılma indisi bu farkı tanımlar. Işık su ile hava sınırına eğik geldiğinde dalga cephesinin farklı kısımları sınırı farklı anlarda geçer. Yayılma yönü buna uygun olarak değişir. Snell yasası iki ortamın indisleriyle geliş ve kırılma açılarını birbirine bağlar; açılar yüzeye dik normale göre ölçülür. 2. Göz kalemi nerede sanır? Gözümüz genellikle bir ışının geldiği son doğrultuyu geriye uzatarak kaynağın konumunu yorumlar. Sudaki noktadan çıkan ışık yüzeyde yön değiştirdiğinde bu uzantı gerçek noktaya gitmez. Su içindeki kalem daha sığ veya yana kaymış görünür. Su üstündeki bölümden gelen ışık aynı su-hava geçişini yapmadığı için iki parça sınırda birleşmiyormuş izlenimi oluşur. Kalemin açısı ve gözün konumu görünümü belirgin biçimde değiştirir. 3. Her bakış açısında aynı mı görünür? Yüzeye tam dik gelen ışında ideal durumda yön değişimi olmaz. Eğik bakışta sapma daha belirgindir. Bununla birlikte bardaktaki görünümü yalnızca düz su yüzeyi belirlemez: Camın ön ve arka yüzeyi, eğri bardak duvarı ve suyun kenardaki menisküsü de ışığı yönlendirebilir. Yuvarlak bir bardak, içindeki nesneyi büyüten silindirik mercek gibi davranabilir. Bu yüzden bir fotoğraftan tek bir indis veya gerçek derinlik çıkarmak için geometriyi bilmek gerekir.
Gözlem, uygulamalar ve yanlış bilinenler
4. Havuz tabanı neden yakın görünür? Aynı olay havuzun tabanını olduğundan yukarıda gösterir. Düz yüzey ve yüzeye yakın dik bakış için görünür derinlik, gerçek derinlikten küçüktür. Bu yaklaşık sonuç çok eğik bakışta veya dalgalı yüzeyde doğrudan kullanılmamalıdır. Suya atlamadan önce gözle görünen derinliğe güvenmek tehlikelidir; işaretlenmiş derinlikler ve işletmenin kuralları esas alınır. Optik görünüm suyun güvenliğini belirleyen bir ölçüm değildir. 5. Kırılma ile yansıma aynı mı? Yansımada ışık geldiği ortam tarafına geri döner; kırılmada ise sınırı geçerek diğer ortamda ilerler. Su yüzeyi her ikisini aynı anda yapabilir. Bu yüzden kalem görünürken yüzeyde pencere veya lamba yansıması da seçilebilir. Bazı yönlerde su içinden gelen ışık dışarı çıkamaz ve tam iç yansıma gerçekleşir. Bu farklı olayı, sıradan eğik bakışta görülen kalem kaymasıyla aynı durum sanmamak gerekir. 6. Basit bir gözlem nasıl yorumlanır? Kırılmayı karşılaştırmak için aynı kalemin su üstündeki ve altındaki kısımlarına farklı göz konumlarından bakılabilir. Kabı değiştirmek cam eğriliğinin etkisini ayırmaya yardımcı olur. Görüntüdeki hareket kalemin fiziksel hareketi anlamına gelmez. Gözlemde suyun berraklığı, yüzey dalgaları ve kap kalınlığı kayıt edilirse hangi farkın hangi etkiden doğduğu daha iyi anlaşılır; yalnız tek görüntüye bakmak bu ayrımı sağlamaz.