वातावरण में प्रकाश के अपवर्तन की मॉडलिंग पर सरल प्रयोग। प्रकाश का अपवर्तन (ग्रेड 7) - ज्ञान का हाइपरमार्केट प्रकाश के अपवर्तन के साथ प्रयोग

1. हम प्रकाश के अपवर्तन पर प्रयोग करते हैं

आइए एक ऐसा प्रयोग करते हैं। आइए हम एक चौड़े बर्तन में सतह के कोण पर पानी की सतह पर प्रकाश की एक संकीर्ण किरण को निर्देशित करें। हम देखेंगे कि आपतन बिंदुओं पर किरणें न केवल पानी की सतह से परावर्तित होती हैं, बल्कि अपनी दिशा बदलते हुए आंशिक रूप से पानी में भी चली जाती हैं (चित्र 3.33)।

• दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ से गुजरने पर प्रकाश के संचरण की दिशा में परिवर्तन को प्रकाश का अपवर्तन कहते हैं।

प्रकाश के अपवर्तन का पहला उल्लेख प्राचीन यूनानी दार्शनिक अरस्तू के कार्यों में पाया जा सकता है, जिन्होंने सोचा: पानी में एक छड़ी क्यों टूटी हुई प्रतीत होती है? और प्राचीन यूनानी ग्रंथों में से एक में, निम्नलिखित अनुभव का वर्णन किया गया है: "आपको खड़े होने की ज़रूरत है ताकि बर्तन के तल पर रखी एक सपाट अंगूठी उसके किनारे के पीछे छिपी हो। फिर आंखों की स्थिति बदले बिना बर्तन में पानी डालें।

चावल। 3.33 प्रकाश के अपवर्तन को प्रदर्शित करने के लिए प्रयोग की योजना। हवा से पानी में गुजरते हुए, प्रकाश की किरण अपनी दिशा बदल देती है, लम्बवत स्थानांतरित हो जाती है, जो कि किरण के आपतन बिंदु पर स्थित होती है।

2. आपतन कोण और अपवर्तन कोण के बीच ऐसे संबंध हैं:

ए) आपतन कोण में वृद्धि के मामले में, अपवर्तन कोण भी बढ़ जाता है;

बी) यदि एक प्रकाश किरण कम ऑप्टिकल घनत्व वाले माध्यम से उच्च ऑप्टिकल घनत्व वाले माध्यम से गुजरती है, तो अपवर्तन कोण घटना के कोण से कम होगा;

c) यदि कोई प्रकाश पुंज उच्च प्रकाशीय घनत्व वाले माध्यम से कम प्रकाशिक घनत्व वाले माध्यम में जाता है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से अधिक होगा।

(यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हाई स्कूल में, त्रिकोणमिति में एक कोर्स करने के बाद, आप प्रकाश के अपवर्तन से अधिक परिचित हो जाएंगे और कानूनों के स्तर पर इसके बारे में जानेंगे।)

4. प्रकाश के अपवर्तन द्वारा कुछ प्रकाशिक परिघटनाओं की व्याख्या करना

जब हम किसी जलाशय के किनारे पर खड़े होकर उसकी गहराई को आँख से निर्धारित करने का प्रयास करते हैं, तो यह हमेशा उससे कम लगता है जितना वह वास्तव में है। इस घटना को प्रकाश के अपवर्तन द्वारा समझाया गया है (चित्र 3.37)।

चावल। 3. 39. ऑप्टिकल डिवाइस, जिसका कार्य प्रकाश के अपवर्तन की घटना पर आधारित है

• टेस्ट प्रश्न

1. जब प्रकाश दो माध्यमों के बीच के अंतरापृष्ठ से होकर गुजरता है तो हमें क्या परिघटना दिखाई देती है?

एलआई मंडेलस्टम ने विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार का अध्ययन किया, मुख्य रूप से दृश्य प्रकाश। उन्होंने कई प्रभावों की खोज की, उनमें से कुछ अब उनके नाम पर हैं (रमन प्रकाश का प्रकीर्णन, मैंडेलस्टम-ब्रिलॉइन प्रभाव, आदि)।

विकल्प 1। उपकरण:ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण, एक वीएस -24 या वीएस 4-12 रेक्टिफायर, डिवाइस के पुर्जों से बना एक सपाट दर्पण।

ज्यामितीय प्रकाशिकी के लिए उपकरण तैयार करते समय, स्क्रीन रोशनी को समायोजित किया जाता है। ऐसा करने के लिए, गेंद के जोड़ को ढीला कर दिया जाता है और प्रकाशक को तब तक घुमाया या विस्थापित किया जाता है जब तक कि प्रकाश की मध्य पट्टी पूरी स्क्रीन (इसके व्यास के साथ) से न गुजर जाए। इस स्थिति में, प्रकाशक तय हो गया है। यदि, इस मामले में, प्रकाश की पट्टी धुंधली है, तेज नहीं है, तो, इल्लुमिनेटर में इलेक्ट्रिक कार्ट्रिज को ठीक करने वाले स्क्रू को ढीला करके, इलेक्ट्रिक कार्ट्रिज को तब तक घुमाएं, कम करें या ऊपर उठाएं जब तक कि स्क्रीन पर प्रकाश की एक स्पष्ट पट्टी प्राप्त न हो जाए। यदि प्रकाश की पार्श्व धारियाँ स्क्रीन के किनारे तक नहीं पहुँचती हैं, तो प्रदीपक का झुकाव बदल देना चाहिए। समायोजन के बाद, सभी शिकंजा सुरक्षित रूप से बन्धन होते हैं।

चित्र 278 के अनुसार स्थापना को इकट्ठा किया गया है। एक क्लैंप का उपयोग करके, ऑप्टिकल भागों के एक सेट से एक सपाट दर्पण स्थापित किया जाता है ताकि इसकी परावर्तक सतह क्षैतिज अक्ष के साथ मेल खाती हो। केवल एक बीच का बीम बचा है। घटना के कोण को 0 से 90 ° तक बदल दिया जाता है, प्रतिबिंब के कोण को नोट किया जाता है, इन कोणों की तुलना की जाती है, और एक निष्कर्ष निकाला जाता है।

प्रयोग दोहराया जाता है, प्रकाश पुंजों की उत्क्रमणीयता के गुणों को प्रदर्शित करता है, जिसके लिए प्रकाशक को डिस्क के एक भाग से दूसरे भाग में स्थानांतरित किया जाता है। (ज्यामितीय प्रकाशिकी में प्रयोगों का प्रदर्शन करते समय, कमरे में अंधेरा होना चाहिए।)

चावल। 278 अंजीर। 280

प्रयोग 2. प्रकाश का अपवर्तन

विकल्प 1। उपकरण:

एक पारदर्शी अर्ध-सिलेंडर स्क्रीन पर रखा जाता है, जिसकी मैट साइड स्क्रीन की ओर होती है और एक फ्लैट कट ऊपर की ओर होता है ताकि यह क्षैतिज अक्ष के साथ मेल खाता हो। अर्ध-सिलेंडर का केंद्र आधा-सिलेंडर की मैट सतह पर चिह्नों का उपयोग करके स्क्रीन के केंद्र के साथ संरेखित होता है (चित्र 280)।

अनुभव प्रदर्शित करते समय, मध्य बीम का उपयोग करें। बीम को विमान के लंबवत अर्ध-सिलेंडर के केंद्र में निर्देशित किया जाता है (बीम दिशा बदले बिना गुजरता है)। आपतित किरण को लम्बवत से विक्षेपित किया जाता है और यह ध्यान दिया जाता है कि अपवर्तित किरण अर्ध-सिलेंडर से भिन्न कोण से बाहर निकलती है। घटना और अपवर्तन के कोणों की तुलना की जाती है और एक निष्कर्ष निकाला जाता है।

प्रयोग घटना के एक अलग कोण पर दोहराया जाता है। (प्रयोग के दौरान, दो मीडिया के बीच इंटरफेस में प्रकाश किरण के द्विभाजन पर ध्यान देना चाहिए।)

अनुभव 3. प्रकाश के पूर्ण परावर्तन की घटना

विकल्प 1। उपकरण:ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण, एक वीएस -24 या वीएस 4-12 रेक्टिफायर, ऑप्टिकल भागों के एक सेट से आधा सिलेंडर।

पिछले प्रयोग (चित्र 280) में आपतन कोणों और अपवर्तन कोणों के अनुपात पर ध्यान देते हुए, अर्ध-सिलेंडर की स्थिति बदल जाती है। इसका उत्तल पक्ष इल्लुमिनेटर पर सेट है (फ्लैट कट क्षैतिज अक्ष के साथ मेल खाता है)। अपवर्तन कोणों की तुलना में आपतन कोणों को बदल दिया जाता है, और एक निष्कर्ष निकाला जाता है।

मीडिया के ऑप्टिकल घनत्व (इस और पिछले प्रयोगों के परिणाम) के अनुपात के आधार पर आपतन और अपवर्तन के कोणों के अनुपात की तुलना की जाती है। निष्कर्ष निकालें।

वे आश्वस्त हैं कि घटना के कोण में वृद्धि के साथ, परावर्तित बीम की चमक बढ़ जाती है, और अपवर्तित की चमक कम हो जाती है। आपतन कोण को तब तक बढ़ाया जाता है जब तक कि अपवर्तित बीम गायब न हो जाए। घटना के कोण में और वृद्धि के साथ, केवल परावर्तित किरण देखी जाएगी। प्रकाश के पूर्ण परावर्तन की घटना देखी जाती है।

प्रश्न।कुल परावर्तन का सीमित कोण क्या है? (अपना उत्तर एक सार्थक अंक के साथ दें।)

विकल्प 2। उपकरण:प्रक्षेपण उपकरण, मछलीघर।

स्थापना को चित्र 281 के अनुसार इकट्ठा किया गया है। 7-8 सेमी मोटी पानी की एक परत को कांच के स्नान (मछलीघर) में डाला जाता है और एक शंकुधारी ध्यान के साथ रंगा जाता है। प्रोजेक्शन उपकरण के कंडेनसर के सामने एक क्षैतिज भट्ठा स्थापित किया जाता है, और लेंस बैरल पर एक सपाट दर्पण लगाया जाता है। कांच के स्नान की साइड की दीवार पर प्रकाश की किरण को निर्देशित करें। पानी में एक प्रकाश पुंज का अपवर्तन, पानी की सतह से पूर्ण परावर्तन और स्नान से किरण के बाहर निकलने पर अपवर्तन देखा जाता है। आपतन कोण को बदलकर, पानी की सतह और स्नान के तल से प्रकाश पुंज के कई पूर्ण परावर्तन का निरीक्षण करना संभव है।

पिछले पाठों में, हमने समतल दर्पणों के बारे में बात की और प्रकाश परावर्तन के नियमों पर चर्चा की। इस पाठ में, जिसका विषय "प्रकाश का अपवर्तन" है, हम एक अन्य प्रभाव पर विचार करेंगे जो तब देखा जाता है जब प्रकाश दो माध्यमों के बीच इंटरफेस से टकराता है।

अपवर्तन अक्सर पाया जाता है दिनचर्या या रोज़मर्रा की ज़िंदगीऔर हमारे द्वारा एक दैनिक घटना के रूप में माना जाता है, उदाहरण के लिए, एक चम्मच जो एक गिलास चाय में है और हवा-पानी के इंटरफेस पर टूटा हुआ दिखता है (चित्र 8 देखें)। पानी की बूंदों में प्रकाश का अपवर्तन और प्रतिबिंब एक इंद्रधनुष बनाता है, और संरचना के छोटे पारदर्शी तत्वों (स्नोफ्लेक्स, पेपर फाइबर, बुलबुले) में कई अपवर्तन मैट, गैर-दर्पण परावर्तक सतहों (सफेद बर्फ, कागज, सफेद फोम) की संपत्ति की व्याख्या करता है। .

प्रकाश पुंज अपवर्तन के कारण मुड़ा जा सकता है। यदि आप बिना हिलाए पानी के साथ एक बड़े बर्तन में बहुत सारी चीनी फेंकते हैं, और कुछ मिनटों के बाद एक लेजर पॉइंटर को किनारे से चमकाते हैं, तो आप बीम की वक्रता देख सकते हैं (चित्र 9 देखें)। यह इस तथ्य के कारण है कि पानी में चीनी का विघटन असमान है और विभिन्न अपवर्तक सूचकांकों के साथ कई परतें बनती हैं, इसलिए, प्रत्येक परत की सीमा पर, किरण थोड़ा अपवर्तित होती है।

चावल। 8. प्रकाश के अपवर्तन के परिणामस्वरूप चम्मच की वक्रता ()

चावल। 9. बीम को पानी और चीनी के बर्तन में मोड़ना

आइए एक प्रयोग करें जिसमें एक लेज़र पॉइंटर, एक तरल के साथ एक बर्तन, और एक कागज़ की शीट के रूप में एक स्क्रीन की आवश्यकता होती है। हम लेजर पॉइंटर के बीम को पानी के साथ बर्तन की सतह पर निर्देशित करते हैं (चित्र 1 देखें)। हम देखते हैं:

1. बीम पानी की सतह (स्क्रीन पर बिंदु) से परिलक्षित होता है;

चावल। 1. प्रकाश के अपवर्तन को प्रदर्शित करने का अनुभव

प्रकाश अपवर्तन- दो मीडिया के बीच इंटरफेस से गुजरने की स्थिति में प्रकाश के प्रसार की दिशा में परिवर्तन।

प्रकाश के अपवर्तन का पहला उल्लेख प्राचीन यूनानी दार्शनिक अरस्तू के कार्यों में पाया जा सकता है, जिन्होंने सोचा था कि पानी में एक छड़ी क्यों टूटी हुई प्रतीत होती है।

कुल आंतरिक प्रतिबिंब प्रभाव है। आइए एक उदाहरण पर विचार करें जब "कांच (अपवर्तक सूचकांक) - वायु ()" इंटरफ़ेस पर प्रकाश अपवर्तन होगा। इस मामले में, और आपतन कोण α अपवर्तन कोण से कम होगा γ (), चूँकि काँच अधिक प्रकाशिक रूप से सघन माध्यम है (चित्र 4 देखें)।

चावल। 4. कांच से हवा में संक्रमण के दौरान प्रकाश की किरण के अपवर्तन और परावर्तन की योजना

अगर एनहवा के सापेक्ष कांच का अपवर्तनांक है, तो कांच के सापेक्ष हवा का अपवर्तनांक है। तब प्रकाश के अपवर्तन का नियम इस प्रकार लिखा जा सकता है:

आपतन कोण में वृद्धि के साथ, अपवर्तन कोण भी बढ़ जाता है, अर्थात, 90 के करीब आपतन कोण पर, अपवर्तित किरण व्यावहारिक रूप से गायब हो जाती है, और आपतित किरण की सारी ऊर्जा परावर्तित ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। एक।

आपतन कोण के सीमित मान पर ( α ) अपवर्तित किरण दो मीडिया के बीच इंटरफेस के साथ फैलती है, यानी अपवर्तन कोण ( γ ) 90 के बराबर है (चित्र 5 देखें)। हालांकि, दो मीडिया के बीच इंटरफेस के साथ एक अपवर्तित बीम के प्रसार को नोटिस करना व्यावहारिक रूप से असंभव है, क्योंकि प्रकाश किरण की तीव्रता 0 के करीब हो जाती है।

चावल। 5. आपतन के सीमित कोण पर कांच से हवा में संक्रमण के दौरान प्रकाश की किरण के अपवर्तन और परावर्तन की योजना

आपतन कोण () के सीमित कोण को ज्ञात करने के लिए समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

अपवर्तन कोण के बाद से, तथा

उदाहरण के लिए, पानी के लिए, मान एन 1.33 के बराबर है, इसलिए, सीमित कोण का मान बराबर है:

कांच के लिए:

हीरे के लिए:

यदि एक प्रकाश किरण दो माध्यमों के बीच के अंतरापृष्ठ को आपतन के सीमित कोण से अधिक कोण पर टकराती है, तो इस स्थिति में किरण दूसरे माध्यम में प्रवेश नहीं करती है और पूरी तरह से परावर्तित हो जाती है - पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना। पूर्ण आंतरिक परावर्तन के लिए एक आवश्यक शर्त वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से कम घने माध्यम तक किरण की गति है।

पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना का उपयोग फाइबर ऑप्टिक्स में लंबी दूरी पर संकेतों को प्रसारित करने के लिए किया जाता है। फाइबर में प्रवेश करते समय, आपतित बीम को एक ऐसे कोण पर निर्देशित किया जाता है जिसे सीमित कोण से बड़ा माना जाता है, जो ऊर्जा हानि के बिना बीम के प्रतिबिंब को सुनिश्चित करता है (चित्र 6 देखें)।

अंजीर। 6. प्रकाशित तंतु ()

फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग दवा में भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, इन अंगों के क्षेत्रों को रोशन करने या उनका निरीक्षण करने के लिए पेट या हृदय में एक प्रकाश गाइड डाला जाता है।

समुद्री दूरबीन में, आंतरिक परावर्तन का उपयोग किया जाता है ताकि प्रकाश अपेक्षाकृत छोटे उपकरण के साथ कई लेंसों से गुजर सके (चित्र 7 देखें)।

गहनों में, पत्थरों के कट का चयन किया जाता है ताकि प्रत्येक चेहरे पर पूर्ण प्रतिबिंब देखा जा सके।

चावल। 7. समुद्री दूरबीन में प्रकाश का मार्ग ()

तालिका 1 विभिन्न माध्यमों में प्रकाश की गति को दर्शाती है। उदाहरण के लिए, हम देखते हैं कि पानी में प्रकाश की गति निर्वात की तुलना में 1.33 गुना कम है; जब प्रकाश पानी से हीरे तक जाता है, तो इसकी गति 1.8 गुना कम हो जाती है। एक पारदर्शी माध्यम से दूसरे पारदर्शी माध्यम में संक्रमण के मामलों में प्रकाश की गति में परिवर्तन ही अपवर्तन का कारण होता है।

किसी पदार्थ का निरपेक्ष अपवर्तनांक(एन) निर्वात में प्रकाश की गति और किसी माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर एक मान है।

कहाँ पे सी- निर्वात में प्रकाश की गति; वी- किसी दिए गए वातावरण में प्रकाश की गति।

टैब। 1. विभिन्न वातावरणों में प्रकाश की गति

तालिका 2 विभिन्न पदार्थों के लिए प्रकाश के निरपेक्ष अपवर्तनांक को दर्शाती है।

टैब। 2. विभिन्न पदार्थों के लिए प्रकाश के निरपेक्ष अपवर्तनांक

ऑप्टिकल घनत्व- पारदर्शी वस्तुओं (क्रिस्टल, कांच, फोटोग्राफिक फिल्म) द्वारा प्रकाश के क्षीणन का एक उपाय या अपारदर्शी वस्तुओं (फोटोग्राफी, धातु) द्वारा प्रकाश का प्रतिबिंब।

माध्यम में प्रकाश के संचरण की गति जितनी कम होगी, माध्यम का प्रकाशिक घनत्व उतना ही अधिक होगा।

दो माध्यमों के प्रकाशिक घनत्व में जितना अधिक अंतर होता है, उतना ही अधिक प्रकाश उनके बीच के अंतरापृष्ठ पर अपवर्तित होता है।

आइए हम एक ऑप्टिकल वॉशर के माध्यम से प्रकाश के अपवर्तन पर विचार करें (एक ऑप्टिकल वॉशर एक सर्कल में चिह्नों के साथ एक सफेद डिस्क है, और किनारे पर एक प्रकाशक स्थापित है), जिस पर हम एक गिलास आधा सिलेंडर स्थापित करेंगे (चित्र देखें। 2))। आइए हम इस अर्ध-सिलेंडर पर प्रकाश की एक संकीर्ण किरण को निर्देशित करें: बीम का हिस्सा प्रतिबिंबित होगा, और भाग इसकी दिशा बदलते हुए, इसके माध्यम से गुजरेगा।

चावल। 2. एक ऑप्टिकल वॉशर का उपयोग करके अपवर्तन का अवलोकन

आरेख में (चित्र 3 देखें) हम देखते हैं कि किरण इसलिएघटना की दिशा निर्धारित करता है प्रकाश किरण, किरण ठीक है- परावर्तित किरण की दिशा, किरण ओबी- अपवर्तित बीम की दिशा; एम.एन.- बीम की घटना के बिंदु पर लंबवत बहाल इसलिए... ये सभी किरणें एक ही तल में होती हैं - डिस्क की सतह का तल।

अपवर्तित किरण द्वारा निर्मित कोण और किरण के आपतन बिंदु पर बहाल दो मीडिया के बीच इंटरफेस के लंबवत को कहा जाता है अपवर्तन कोण(γ ).

आपतित किरण और आपतन बिंदु पर लम्बवत लम्ब के बीच के कोण को कहते हैं आपतन कोण.

चावल। 3. हवा से कांच में संक्रमण के दौरान प्रकाश की किरण के अपवर्तन और परावर्तन की योजना

यदि आप आपतन कोण को बढ़ाते हैं ( α ), फिर अपवर्तन कोण ( γ ).

एक माध्यम से दूसरे माध्यम में संक्रमण के दौरान प्रकाश पुंज के आपतन कोण और अपवर्तन का अनुपात हमेशा मीडिया के प्रकाशिक घनत्व पर निर्भर करता है:

यदि प्रकाश कम वैकल्पिक रूप से घने माध्यम से अधिक वैकल्पिक रूप से घने माध्यम में जाता है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण () से कम होगा;

यदि प्रकाश अधिक प्रकाशिक सघन माध्यम से कम प्रकाशिक रूप से सघन माध्यम में आता है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण () से अधिक होगा।

स्नेल का नियम (प्रकाश के अपवर्तन का नियम) बताता है कि आपतन कोण की ज्या का अपवर्तन कोण की ज्या से अनुपात एक स्थिर मान है।

जहां, और माध्यम के पूर्ण अपवर्तक सूचकांक हैं जिसमें प्रकाश किरण क्रमशः इंटरफ़ेस को पार करने से पहले और बाद में चलती है;

एन- पहले के सापेक्ष दूसरे माध्यम का सापेक्ष अपवर्तनांक;

और - मीडिया में प्रकाश की किरण की गति की गति, क्रमशः, इंटरफ़ेस को पार करने से पहले और बाद में।

समस्याओं को सुलझा रहा

समस्या 1

गर्म रेगिस्तान में, कभी-कभी एक मृगतृष्णा देखी जाती है: एक जलाशय की सतह दूरी में दिखाई देती है। ऐसी मृगतृष्णा के कारण कौन सी भौतिक घटनाएँ हुईं?

समाधान

रेगिस्तान में हवा दिन के दौरान गर्म होती है, गर्म रेत से गर्मी प्राप्त करती है, इसलिए हवा की निचली परतें कभी-कभी सबसे गर्म होती हैं। फिर इन निचली परतों का घनत्व कम होता है, इसलिए, ऊपरी परतों की तुलना में कम अपवर्तनांक होता है। किसी भी वस्तु द्वारा परावर्तित सूर्य का प्रकाश वैकल्पिक रूप से अमानवीय माध्यम में इतनी बड़ी वक्रता का अनुभव कर सकता है कि यह पृथ्वी की सतह के पास गर्म हवा की एक परत से पूर्ण प्रतिबिंब की ओर ले जाएगा। एक भ्रम होगा कि प्रकाश दर्पण की सतह से परावर्तित होता है, जो जलाशय की सतह के लिए लिया जाता है (चित्र 10 देखें)।

अकादमी से एक वीडियो भौतिकी पाठ में मनोरंजक विज्ञानप्रोफेसर डेनियल एडिसनोविच कार्यक्रम की पिछली श्रृंखला में शुरू हुई रोशनी के बारे में बातचीत जारी रखते हैं। टीवी दर्शक पहले से ही जानते हैं कि प्रकाश का प्रतिबिंब क्या है, लेकिन प्रकाश का अपवर्तन क्या है? यह प्रकाश का अपवर्तन है जो कुछ अजीब ऑप्टिकल घटनाओं की व्याख्या करता है जिन्हें हम अपने दैनिक जीवन में देख सकते हैं।

प्रकाश का अपवर्तन

पानी में खड़े लोगों के पैर वास्तव में जितने छोटे लगते हैं, उतने छोटे क्यों लगते हैं, और यदि आप नदी के तल को देखते हैं, तो यह करीब लगता है? यह सब प्रकाश अपवर्तन की घटना के बारे में है। प्रकाश हमेशा एक सीधी रेखा में चलने की कोशिश करता है, सबसे छोटा रास्ता। लेकिन एक भौतिक वातावरण से दूसरे भाग में सूर्य की किरणों के मिलने से दिशा बदल जाती है। इस मामले में, हम प्रकाश अपवर्तन की घटना से निपट रहे हैं। इसीलिए चाय के गिलास में चम्मच टूटा हुआ लगता है - चम्मच के जिस हिस्से से चाय में है, उसकी रोशनी चम्मच के उस हिस्से से अलग कोण पर हमारी आँखों तक पहुँचती है जो उसकी सतह के ऊपर है। तरल। इस मामले में प्रकाश का अपवर्तन पानी के साथ हवा की सीमा पर होता है। परावर्तित होने पर, प्रकाश की किरण सबसे छोटे पथ पर चलती है, और जब अपवर्तित होती है, तो यह सबसे तेज चलती है। प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन के नियमों का उपयोग करके लोगों ने बहुत सी चीजें बनाई हैं, जिनके बिना आज हमारा जीवन अकल्पनीय है। टेलीस्कोप, पेरिस्कोप, माइक्रोस्कोप, आवर्धक चश्मा, यह सब प्रकाश के अपवर्तन और परावर्तन के नियमों के ज्ञान के बिना बनाना असंभव होगा। एक आवर्धक काँच आवर्धित करता है क्योंकि, इसके माध्यम से गुजरने पर, प्रकाश की किरणें वस्तु से परावर्तित किरणों से अधिक कोण पर आंख में प्रवेश करती हैं। ऐसा करने के लिए, वस्तु को आवर्धक कांच और उसके ऑप्टिकल फोकस के बीच रखा जाना चाहिए। ऑप्टिकल फोकस; यह वह बिंदु है जिस पर प्रारंभिक समानांतर किरणें एकत्रित प्रणाली से गुजरने के बाद प्रतिच्छेद (फोकस) करती हैं (या जहां सिस्टम बिखरने पर उनके विस्तार प्रतिच्छेद करते हैं)। एक लेंस (उदाहरण के लिए, एक चश्मे का लेंस) के दो पहलू होते हैं, इसलिए प्रकाश किरण दो बार अपवर्तित होती है - लेंस में प्रवेश करना और बाहर निकलना। लेंस की सतह घुमावदार, अवतल या सपाट हो सकती है, जो यह निर्धारित करती है कि इसमें प्रकाश अपवर्तन की घटना वास्तव में कैसे होती है। यदि लेंस के दोनों पक्ष उत्तल हैं, तो यह एक एकत्रित करने वाला लेंस है। ऐसे लेंस में अपवर्तन करने पर प्रकाश की किरणें एक बिंदु पर एकत्रित हो जाती हैं। इसे लेंस का मुख्य फोकस कहते हैं। अवतल भुजाओं वाला लेंस प्रकीर्णन लेंस कहलाता है। पहली नज़र में, इसमें फोकस की कमी होती है, क्योंकि इससे गुजरने वाली किरणें बिखर जाती हैं, पक्षों की ओर मुड़ जाती हैं। लेकिन अगर हम इन किरणों को वापस पुनर्निर्देशित करते हैं, तो एक बार फिर लेंस से गुजरते हुए, वे उस बिंदु पर एकत्रित हो जाएंगे, जो इस लेंस का फोकस होगा। मनुष्य की आँख में एक लेंस होता है, इसे लेंस कहते हैं। इसकी तुलना एक मूवी प्रोजेक्टर से की जा सकती है जो एक स्क्रीन पर एक तस्वीर प्रोजेक्ट करता है - आंख की पिछली दीवार (रेटिना)। तो यह पता चला है कि झील एक विशाल लेंस है जो प्रकाश अपवर्तन की घटना का कारण बनती है। इसलिए इसमें खड़े मछुआरों की टांगें छोटी लगती हैं। लेंस के कारण आकाश में इंद्रधनुष भी दिखाई देता है। उनकी भूमिका पानी या बर्फ के कणों की सबसे छोटी बूंदों द्वारा निभाई जाती है। इंद्रधनुष तब होता है जब सूर्य का प्रकाश अपवर्तित होता है और वातावरण में तैरती पानी की बूंदों (बारिश या कोहरे) से परावर्तित होता है। ये बूंदें अलग-अलग रंगों के प्रकाश को अलग-अलग तरीकों से विक्षेपित करती हैं। नतीजतन, सफेद प्रकाश एक स्पेक्ट्रम में विघटित हो जाता है (प्रकाश फैलाव होता है)। प्रेक्षक, जो प्रकाश स्रोत की ओर पीठ करके खड़ा होता है, एक बहुरंगी चमक देखता है जो वृत्तों (आर्क्स) में अंतरिक्ष से निकलती है।

प्रकाश से जुड़ी प्रक्रियाएं भौतिकी का एक महत्वपूर्ण घटक हैं और हमें अपने दैनिक जीवन में हर जगह घेर लेती हैं। इस स्थिति में सबसे महत्वपूर्ण प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन के नियम हैं, जिन पर आधुनिक प्रकाशिकी आधारित है। प्रकाश का अपवर्तन आधुनिक विज्ञान का एक महत्वपूर्ण अंग है।

विरूपण प्रभाव

यह लेख आपको बताएगा कि प्रकाश अपवर्तन की घटना क्या है, साथ ही साथ अपवर्तन का नियम कैसा दिखता है और इससे क्या होता है।

भौतिक घटना की मूल बातें

जब एक किरण एक सतह से टकराती है जो अलग-अलग ऑप्टिकल घनत्व वाले दो पारदर्शी पदार्थों से अलग होती है (उदाहरण के लिए, अलग-अलग गिलास या पानी में), तो कुछ किरणें परावर्तित होंगी, और कुछ दूसरी संरचना में प्रवेश करेंगी (उदाहरण के लिए, वे पानी या गिलास में फैलाएं)। एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर, किरण की दिशा में परिवर्तन की विशेषता होती है। यह प्रकाश के अपवर्तन की घटना है।
प्रकाश का परावर्तन और अपवर्तन पानी में विशेष रूप से अच्छी तरह से देखा जाता है।

पानी में विरूपण प्रभाव

पानी में चीजों को देखने पर वे विकृत लगती हैं। यह हवा और पानी के बीच की सीमा पर विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है। नेत्रहीन, पानी के नीचे की वस्तुएं थोड़ी विक्षेपित प्रतीत होती हैं। वर्णित भौतिक घटना ठीक यही कारण है कि पानी में सभी वस्तुएं विकृत प्रतीत होती हैं। जब किरणें कांच से टकराती हैं, तो यह प्रभाव कम ध्यान देने योग्य होता है।
प्रकाश का अपवर्तन एक भौतिक घटना है जो एक माध्यम (संरचना) से दूसरे माध्यम (संरचना) में गति के समय सूर्य की किरण की गति की दिशा में परिवर्तन की विशेषता है।
इस प्रक्रिया की समझ में सुधार करने के लिए, हवा से पानी में गिरने वाले बीम के उदाहरण पर विचार करें (इसी तरह कांच के लिए)। इंटरफेस के साथ एक लंबवत खींचकर, प्रकाश किरण के अपवर्तन और वापसी के कोण को मापा जा सकता है। जब धारा पानी (कांच के अंदर) में प्रवेश करती है तो यह सूचकांक (अपवर्तन कोण) बदल जाएगा।
ध्यान दें! इस पैरामीटर को उस कोण के रूप में समझा जाता है जो दो पदार्थों के पृथक्करण के लिए एक लंबवत बनाता है जब बीम पहली संरचना से दूसरे में प्रवेश करता है।

बीम पासिंग

वही संकेतक अन्य वातावरणों के लिए विशिष्ट है। यह पाया गया कि यह सूचक पदार्थ के घनत्व पर निर्भर करता है। यदि बीम कम सघन संरचना से सघन संरचना में गिरती है, तो निर्मित विरूपण का कोण अधिक होगा। और अगर इसके विपरीत - तो कम।
इसी समय, गिरावट के ढलान में बदलाव भी इस सूचक को प्रभावित करेगा। लेकिन उनके बीच का रिश्ता स्थायी नहीं रहता। साथ ही, उनकी ज्याओं का अनुपात स्थिर रहेगा, जिसे निम्न सूत्र द्वारा प्रदर्शित किया जाता है: sinα / sinγ = n, जहाँ:

• n एक स्थिर मान है जो प्रत्येक विशिष्ट पदार्थ (वायु, कांच, पानी, आदि) के लिए वर्णित है। इसलिए, यह मान क्या होगा यह विशेष तालिकाओं द्वारा निर्धारित किया जा सकता है;
• α आपतन कोण है;
• अपवर्तन कोण है।

इस भौतिक घटना को निर्धारित करने के लिए, अपवर्तन का नियम बनाया गया था।

शारीरिक कानून

प्रकाश प्रवाह के अपवर्तन का नियम पारदर्शी पदार्थों की विशेषताओं को निर्धारित करना संभव बनाता है। कानून में ही दो प्रावधान हैं:

• पहला भाग। किरण (घटना, संशोधित) और लंबवत, जिसे सीमा पर घटना के बिंदु पर बहाल किया गया था, उदाहरण के लिए, हवा और पानी (कांच, आदि), एक ही विमान में स्थित होंगे;
• दूसरे भाग। सीमा पार करते समय बनने वाले समान कोण की ज्या और आपतन कोण की ज्या के अनुपात का सूचक एक स्थिर मान होगा।

कानून का विवरण

इस मामले में, फिलहाल बीम दूसरी संरचना को पहले में छोड़ देता है (उदाहरण के लिए, जब प्रकाश प्रवाह हवा से, कांच के माध्यम से और हवा में वापस जाता है), विरूपण प्रभाव भी होगा।

विभिन्न वस्तुओं के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर

इस स्थिति में मुख्य संकेतक एक समान पैरामीटर के लिए घटना के कोण के साइन का अनुपात है, लेकिन विरूपण के लिए। जैसा कि ऊपर वर्णित कानून के अनुसार, यह सूचक एक स्थिर मूल्य है।
उसी समय, जब गिरावट के ढलान का मूल्य बदलता है, वही स्थिति समान संकेतक के लिए विशिष्ट होगी। इस पैरामीटर का बहुत महत्व है, क्योंकि यह पारदर्शी पदार्थों की एक अभिन्न विशेषता है।

विभिन्न वस्तुओं के लिए संकेतक

इस पैरामीटर के लिए धन्यवाद, आप कांच के प्रकारों के साथ-साथ विभिन्न प्रकार के कीमती पत्थरों के बीच काफी प्रभावी ढंग से अंतर कर सकते हैं। यह उस गति को निर्धारित करने के लिए भी महत्वपूर्ण है जिस पर प्रकाश विभिन्न वातावरणों में यात्रा करता है।

ध्यान दें! प्रकाश प्रवाह की उच्चतम गति निर्वात में होती है।

एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ में जाने पर उसकी गति कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, हीरा, जिसका अपवर्तनांक उच्चतम है, में हवा की तुलना में फोटोन के प्रसार की गति 2.42 गुना अधिक होगी। पानी में, वे 1.33 गुना धीमी गति से फैलेंगे। के लिये विभिन्न प्रकारचश्मा, यह पैरामीटर 1.4 से 2.2 तक है।

ध्यान दें! कुछ चश्मे का अपवर्तनांक 2.2 होता है, जो हीरे के बहुत करीब होता है (2.4)। इसलिए, कांच को असली हीरे से अलग करना हमेशा संभव नहीं होता है।

पदार्थों का ऑप्टिकल घनत्व

प्रकाश विभिन्न पदार्थों के माध्यम से प्रवेश कर सकता है, जो कि ऑप्टिकल घनत्व के विभिन्न संकेतकों द्वारा विशेषता है। जैसा कि हमने पहले कहा, इस नियम का उपयोग करके आप माध्यम (संरचना) के घनत्व की विशेषता निर्धारित कर सकते हैं। यह जितना सघन होगा, उतनी ही कम गति से प्रकाश उसमें फैलेगा। उदाहरण के लिए, कांच या पानी हवा की तुलना में अधिक वैकल्पिक रूप से घना होगा।
इस तथ्य के अलावा कि यह पैरामीटर स्थिर है, यह दो पदार्थों में प्रकाश की गति के अनुपात को भी दर्शाता है। भौतिक अर्थ को निम्न सूत्र के रूप में प्रदर्शित किया जा सकता है:

यह संकेतक बताता है कि एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ में संक्रमण के दौरान फोटॉन के प्रसार की गति कैसे बदलती है।

एक और महत्वपूर्ण संकेतक

जब चमकदार प्रवाह पारदर्शी वस्तुओं के माध्यम से चलता है, तो इसका ध्रुवीकरण संभव है। यह तब देखा जाता है जब प्रकाश प्रवाह आइसोट्रोपिक ढांकता हुआ मीडिया से गुजरता है। ध्रुवीकरण तब होता है जब फोटॉन कांच से गुजरते हैं।

ध्रुवीकरण प्रभाव

आंशिक ध्रुवीकरण तब देखा जाता है जब दो डाइलेक्ट्रिक्स के बीच इंटरफेस में प्रकाश प्रवाह की घटना का कोण शून्य से भिन्न होता है। ध्रुवीकरण की डिग्री इस बात पर निर्भर करती है कि आपतन कोण क्या थे (ब्रूस्टर का नियम)।

पूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब

हमारे लघु भ्रमण को समाप्त करते हुए, इस तरह के प्रभाव को पूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब के रूप में माना जाना अभी भी आवश्यक है।

पूर्ण प्रदर्शन घटना

इस प्रभाव को प्रकट करने के लिए, पदार्थों के बीच इंटरफेस में एक सघन से कम घने माध्यम में संक्रमण के क्षण में प्रकाश प्रवाह की घटनाओं के कोण को बढ़ाना आवश्यक है। ऐसी स्थिति में जहां यह पैरामीटर एक निश्चित सीमित मूल्य से अधिक हो जाता है, तो इस खंड की सीमा पर फोटॉन की घटना पूरी तरह से परिलक्षित होगी। दरअसल, यह हमारी वांछित घटना होगी। इसके बिना फाइबर ऑप्टिक्स बनाना असंभव था।

निष्कर्ष

चमकदार प्रवाह के व्यवहार की विशेषताओं के व्यावहारिक अनुप्रयोग ने बहुत कुछ दिया, जिससे विभिन्न प्रकार का निर्माण हुआ तकनीकी उपकरणहमारे जीवन को बेहतर बनाने के लिए। उसी समय, प्रकाश ने मानवता के लिए अपनी सभी संभावनाओं को नहीं खोला है, और इसकी व्यावहारिक क्षमता अभी तक पूरी तरह से महसूस नहीं हुई है।

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