Optik

Masa lambanı sayfadan uzaklaştırdığında ışık daha geniş bir bölgeye yayılır ve sayfanın aydınlanması azalır. Kaynağın ışık üretimi aynı kalırken yüzeye düşen pay değişmiştir. Optikte kaynağı, ışığın yayılmasını ve ışığı alan yüzeyi ayrı düşünerek bu farkı açıklarız.

Işık bir elektromanyetik dalgadır. Bazı olayları dalga, bazılarını parçacık modeliyle açıklarız; doğrusal yayılma, yansıma ve kırılma içinse ışın modeli kullanışlıdır. Işın, ışığın ilerleme yönünü gösteren çizim aracıdır; uzayda gerçekten çizilmiş ince bir çubuk değildir. Homojen saydam ortamda ışınları doğru çizgilerle gösteririz.

Işık şiddeti I, kaynağın belli bir yöndeki ışık yayma özelliğidir; birimi kandela (cd). Işık akısı Φ, görünür ışığın görsel duyarlılık dikkate alınarak değerlendirilen akışıdır; birimi lümen (lm). Aydınlanma şiddeti E, yüzeye düşen ışık akısının alana oranıdır: $\displaystyle E=\Phi/A$; birimi lüks (lx) olur.

Noktasal kaynaktan yüzeye dik gelişte $\displaystyle E=I/r^2$, eğik gelişte $\displaystyle E=I\cos\theta/r^2$ modeli kullanılır; θ ışınla yüzey normali arasındadır. Her yöne eşit yayan noktasal kaynakta toplam akı $\displaystyle \Phi=4\pi I$ olur. Bu ilişkilerde gölgelenme, ortamda soğurulma ve kaynak geometrisinin varsayımları önemlidir.

Noktasal kaynak ve opak engelde, kaynaktan hiçbir ışının ulaşamadığı bölgede tam gölge oluşur. Kaynağın boyutu belirgin olduğunda bir noktaya kaynağın bazı bölümlerinden ışık gelirken diğerleri engellenebilir; bu bölge yarı gölgedir. Birden fazla kaynak da kısmi aydınlanma bölgeleri oluşturabilir.

Sınır ışınlarını kaynağın uçlarından engelin kenarlarına çizmek, hangi bölgenin ne kadar ışık alabildiğini gösterir. Engel kaynağa yaklaştırıldığında ekrandaki gölgenin boyutu değişebilir. Gölgenin büyüklüğünü yalnız engelin boyuna bağlamak yerine kaynak–engel–ekran konumlarını birlikte düşünürüz.