प्रकाश- परावर्तन तथा अपवर्तन

प्रकाश :-

प्रकाश ऊर्जा का एक रूप है जो हमें अपने आस-पास की चीजों को देखने में सक्षम बनाता है।

प्रकाश एक स्रोत से प्रारंभ होता है और उन वस्तुओं से परावर्तित होता है जिन्हें हमारी आंखों से देखा जाता है और हमारा मस्तिष्क इस संकेत को संसाधित करता है, जो अंततः हमें देखने में सक्षम बनाता है।

कुछ सामान्य घटनाएं:- प्रकाश से जुड़ी कुछ सामान्य अद्भुत घटनाएं होती हैं जैसे दर्पणों द्वारा प्रतिबिम्ब बनना, तारों का टिमटिमाना, इंद्रधनुष के सुंदर रंग, माध्यम द्वारा प्रकाश का मुड़ना।

प्रकाश की प्रकृति:-

प्रकाश निम्न की भाति व्यवहार करता है-

किरण (जैसे परावर्तन और अपवर्तन)
तरंग (जैसे व्यतिकरण और विवर्तन)
कण (जैसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव)

प्रकाश के गुण:-

प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है, इसलिए इसे यात्रा करने के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है।
प्रकाश सीधी रेखा में गमन करता है।
प्रकाश की दोहरी प्रकृति होती है अर्थात तरंग भी और कण भी।
प्रकाश छाया उत्पन्न करता है।
निर्वात में प्रकाश की गति अधिकतम होती है। इसका मान 3×10⁸मीटर/सेकंड होता है।
जब प्रकाश किसी सतह पर गिरता है, तो निम्न हो सकता है-

परावर्तन
अपवर्तन
अवशोषण

हम किसी वस्तु को कैसे देखते हैं?

कोई वस्तु उस पर पड़ने वाले प्रकाश को परावर्तित करती है। यह परावर्तित प्रकाश, जब हमारी आंखों में प्रवेश करता है, तो हम चीजों को देख सकते है।

प्रकाश की किरण:- जब प्रकाश अपने स्रोत से गमन करता है तो वह सीधी रेखा की तरह दिखाई देता है, इस रेखा को प्रकाश की किरण कहते हैं।

छाया:- जब प्रकाश की किरण किसी अपारदर्शी वस्तु से होकर गुजरती है और परावर्तित हो जाती है तो वह उस अपारदर्शी वस्तु की छाया बनाती है।

विवर्तन:- यदि प्रकाश के मार्ग में कोई अपारदर्शी वस्तु बहुत छोटी हो जाए तो प्रकाश की प्रवृत्ति उसके चारों ओर मुड़ने की होती है न कि सीधी रेखा में चलने की। इस प्रभाव को प्रकाश का विवर्तन कहते हैं।

वस्तुओं के प्रकार :-

वस्तु दो प्रकार की होती है-

दीप्त वस्तुएं
अदीप्त वस्तुएं

दीप्त वस्तुएं:-

जिन वस्तुओं का अपना प्रकाश होता है उन्हें दीप्त वस्तु कहते हैं। जब उनका प्रकाश हमारी आँखों तक पहुँचता है तो हम उन्हें देख सकते हैं।

उदाहरण- सूर्य, ट्यूबलाइट आदि।

यदि कोई पदार्थ धारा प्रवाहित करने पर चमकता है, तो वह भी इसी श्रेणी में आता है।

अदीप्त वस्तुएं:-

जिन वस्तुओं का अपना प्रकाश नहीं होता, उन्हें अदीप्त वस्तुएँ कहते हैं। देखने के लिए हमें इसके चारों ओर एक चमकदार वस्तु की आवश्यकता होती है।

उदाहरण- फर्नीचर, दीवारें, चाँद आदि।

माध्यम:-

वह पदार्थ जिसके माध्यम से प्रकाश अपनी विभिन्न घटनाओं को प्रदर्शित करता है, माध्यम कहलाता है। प्रकाश के संचरण के आधार पर माध्यम तीन प्रकार के होते हैं।

1. पारदर्शी माध्यम

2. अपारदर्शी माध्यम

3. पारभासी माध्यम

1. पारदर्शी माध्यम :- वह माध्यम जो अपने से प्रकाश को पूरी तरह से गुजरने देता है, पारदर्शी माध्यम कहलाता है।

उदाहरण- वायु, कांच, शुद्ध जल आदि।

2. पारभासी माध्यम:- जिस माध्यम से प्रकाश किरणें आंशिक रूप से गुजर सकती हैं उसे पारभासी माध्यम कहते हैं।

उदाहरण- कोहरा, खुरचा हुआ कांच, आदि।

3. अपारदर्शी माध्यम:- जिस माध्यम से प्रकाश किरणें बिल्कुल भी नहीं गुजर पाती हैं, उसे अपारदर्शी माध्यम कहते हैं।

उदाहरण- धातु, लकड़ी आदि।

प्रकाश का परावर्तन :-

जब प्रकाश की किरण किसी चिकनी सतह पर पड़ती है, तो वह अधिकांश प्रकाश को उसी माध्यम में वापस भेज देती है या परावर्तित कर देती है, जिससे वह आती है। इस घटना को प्रकाश के परावर्तन के रूप में जाना जाता है।

प्रतिबिंब से सम्बंधित शब्दावली:-

आपतित किरण- यह वह किरण है जो सतह से टकराती है।
परावर्तित किरण- वह किरण जो सतह से टकराने पर वापस हो जाती है।
अभिलम्ब- सतह पर खींची गयी लंबवत काल्पनिक रेखा।
आपतन बिंदु- यह वह बिंदु है जिस पर आपतित किरण सतह से टकराती है।
आपतन कोण- आपतित किरण और अभिलंब के बीच का कोण।
परावर्तन कोण- परावर्तित किरण और अभिलंब के बीच का कोण।
परावर्तन तल - वह तल जहाँ आपतित किरण तथा अभिलंब किरण स्थित होती है।

सर्वश्रेष्ठ परावर्तक के लक्षण:-

कई सतहें हैं जो प्रतिबिंब दिखाती हैं लेकिन सभी सतह प्रतिबिंब नहीं दिखाती हैं। इसके लिए सतहों कुछ विशेषताएं हैं जो पूरी होनी चाहिए-

इसकी सतह चमकदार होनी चाहिए।
इसकी सतह पर पॉलिश होनी चाहिए।
इसकी सतह चिकनी होनी चाहिए।

इनमें से चांदी धातु सबसे अच्छा परावर्तक है।

प्रकाश के परावर्तन का नियम :-

प्रकाश के परावर्पतन के निम्न दो नियम हैं -

आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है।
आपतित किरण, आपतन बिंदु पर अभिलम्ब और परावर्तित किरण, तीनों एक ही तल में होते हैं।

परावर्तन के ये नियम सभी प्रकार की परावर्तक सतहों पर लागू होते हैं।

परावर्तन के प्रकार:-

नियमित परावर्तन:- इस प्रकार का परावर्तन चमकदार या पॉलिश की हुई सतह से होता है और परावर्तन के बाद आपतित किरणें एक दूसरे के समानांतर रहती हैं।

विसरित या अनियमित परावर्तन :- इस प्रकार का परावर्तन खुरदरी सतह से होता है और परावर्तन के बाद आपतित किरणें एक दूसरे के समानांतर नहीं रहती हैं।

प्रकाश के स्रोत के प्रकार :-

विभिन्न वस्तुएं हैं जो प्रकाश उत्सर्जित करती हैं, प्रकाश के स्रोत कहलाती हैं। वस्तु के आकार के आधार पर प्रकाश के स्रोत दो प्रकार के होते हैं-

बिंदु स्रोत
परिमित स्रोत

बिंदु स्रोत- ये वे स्रोत हैं जो आकार में बहुत छोटे होते हैं।

परिमित स्रोत- ये ऐसे स्रोत हैं जिनकी निश्चित ऊँचाई होती है।

दर्पण:-

यह एक चमकदार और अधिक पॉलिश की हुई परावर्तक सतह है, जो अपने सामने रखी किसी वस्तु का प्रतिबिम्ब बनाती है।

दर्पण के प्रकार :-

समतल दर्पण:- इसका परावर्तक पृष्ठ सीधा एवं समतल होता है।

गोलीय दर्पण:- इसमें घुमावदार परावर्तक सतह होती है। इस घुमावदार परावर्तक सतह को अंदर या बाहर की ओर हो सकता है।

वक्रता के आधार पर गोलीय दर्पण दो प्रकार के होते हैं-

अवतल दर्पण:- इसका परावर्तक पृष्ठ भीतर की ओर होता है। यह प्रकाश को अभिसरण करता है इसलिए इसे अभिसारी दर्पण भी कहते हैं।

उत्तल दर्पण :- इसका परावर्तक पृष्ठ बाहर की ओर होता है। यह प्रकाश को अपसारी करता है इसलिए इसे अपसारी दर्पण भी कहते हैं।

गोलीय दर्पण के भाग :-

ध्रुव- गोलीय दर्पण के परावर्तक पृष्ठ के केंद्र को इसका ध्रुव कहते हैं। इसे अंग्रेजी के अक्षर P से दर्शाया जाता है।
वक्रता केंद्र- गोलाकार दर्पण का परावर्तक पृष्ठ गोले के एक भाग से बनता है। इस गोले का एक केंद्र है। इस बिंदु को गोलीय दर्पण का वक्रता केंद्र कहा जाता है।
वक्रता त्रिज्या- गोलीय दर्पण के ध्रुव तथा वक्रता केंद्र के बीच की दूरी को वक्रता त्रिज्या कहते हैं।
मुख्य अक्ष- गोलीय दर्पण के ध्रुव और वक्रता केंद्र से गुजरने वाली सीधी रेखा को मुख्य अक्ष कहते हैं।
मुख्य फोकस- मुख्य अक्ष पर एक अन्य बिंदु F होता है जो ध्रुव और वक्रता केंद्र के बीच स्थित होता है जिसे मुख्य फोकस कहा जाता है। मुख्य अक्ष के समानांतर आपतित किरण अवतल दर्पण में परावर्तन के बाद मुख्य फोकस पर प्रतिच्छेद करती है और उत्तल दर्पण में प्रतिच्छेद करती प्रतीत होती है।
फोकस दूरी- दर्पण के ध्रुव तथा मुख्य फोकस के बीच की दूरी को फोकस दूरी कहते हैं। इसे अंग्रेजी के छोटे अक्षर 'f' से दर्शाया जाता है। यह दूरी वक्रता त्रिज्या की आधी है।
द्वारक- गोलीय दर्पण का परावर्तक पृष्ठ कुल मिलाकर गोलाकार होता है। सतह की एक गोलाकार रूपरेखा होती है। गोलीय दर्पण के परावर्तक पृष्ठ के व्यास को इसका द्वारक कहते हैं।

प्रतिबिम्ब :-

एक प्रतिबिम्ब तब बनती है जब परावर्तित किरण वास्तव में एक निश्चित बिंदु पर मिलती है या मिलती हुई प्रतीत होती है।

प्रतिबिम्ब दो प्रकार के होते हैं-

वास्तविक प्रतिबिम्ब
आभासी प्रतिबिम्ब

वास्तविक प्रतिबिम्ब:-

जब परावर्तित किरणें वास्तव में एक निश्चित बिंदु पर मिलती हैं, तब वास्तविक प्रतिबिम्ब बनता है।
यह हमेशा उलटा होता है।
इसे परदे पर प्राप्त किया जा सकता है।
उदाहरण: सिनेमा के पर्दे पर बनने वाला और अवतल दर्पण से बनने वाला प्रतिबिम्ब।

आभासी प्रतिबिम्ब:-

जब परावर्तित किरणें वास्तव में नहीं मिलती हैं बल्कि एक निश्चित बिंदु पर मिलती हुई दिखाई देती हैं, तब आभासी प्रतिबिम्ब बनता है।
यह हमेशा सीधा रहता है।
इसे परदे पर प्राप्त नहीं किया जा सकता है।
उदाहरण: समतल दर्पण या उत्तल दर्पण से बनने वाला प्रतिबिम्ब।

प्रतिबिम्ब की स्थिति, प्रकृति और आकार:

वस्तु की स्थिति: वह स्थान जहाँ कोई वस्तु रखी जाती है।

प्रतिबिम्ब की स्थिति: वह स्थान जहाँ दर्पण किसी वस्तु का प्रतिबिम्ब बनाता है।

प्रतिबिम्ब का आकार: यह प्रतिबिम्ब का आकार है जो बताता है कि वस्तु का प्रतिबिम्ब वस्तु से छोटा या बड़ा बनता है।

प्रतिबिम्ब की प्रकृति: प्रतिबिम्ब की प्रकृति से ही ज्ञात होता है कि प्रतिबिम्ब किस प्रकार का बनता है - दर्पण से आभासी तथा सीधा अथवा वास्तविक तथा उल्टा।

प्रतिबिम्बों की प्रकृति दो प्रकार की होती है-

वास्तविक और उल्टा:- इस प्रकार के प्रतिबिम्ब हमेशा दर्पण के सामने बनते हैं।
आभासी और सीधा:- इस प्रकार के प्रतिबिम्ब हमेशा दर्पण के पीछे बनते हैं।

समतल दर्पण द्वारा प्रतिबिम्ब का बनना:-

इसमें वस्तु द्वारा कई प्रकाश किरणें उत्सर्जित होती हैं लेकिन किरण आरेख बनाने के लिए हम कम से कम दो किरणों पर विचार करते हैं। हम उन दो किरणों पर विचार करते हैं जो दर्पण से विभिन्न कोणों पर टकराती हैं। मान लीजिए, एक दर्पण से लम्बवत टकराता है और दूसरा एक निश्चित कोण पर। लम्बवत किरण अपने पथ पर ही पीछे लौट जाती है और एक निश्चित कोण पर टकराने वाली दूसरी किरण उसी कोण से परावर्तित होती है। जब हम दोनों परावर्तित किरणें आगे बढ़ाते हैं, तो वे एक निश्चित बिंदु पर मिलती हुई प्रतीत होती हैं और वहाँ प्रतिबिम्ब बनता है।

समतल दर्पण से बनने वाले प्रतिबिम्ब की विशेषता :-

आभासी
सीधा
समान आकार का
वस्तु की दूरी दर्पण से प्रतिबिम्ब की दूरी के बराबर होती है
पर्श्विय उल्टा

पार्श्व परिवर्तन:-

वस्तु का दाहिना भाग प्रतिबिम्ब के बाईं ओर दिखाई देता है और इसके विपरीत।

एम्बुलेंस शब्द को उलटी दिशा में लिखा जाता है ताकि सामने जाने वाले वाहनों के पश्च दृश्य दर्पण में इसे सही ढंग से पढ़ा जा सके।

गोलीय दर्पण से किरण आरेख बनाने के नियम :-

मुख्य अक्ष के समानांतर एक किरण, परावर्तन के बाद, अवतल दर्पण के मामले में मुख्य फोकस से होकर गुजरेगी या उत्तल दर्पण के मामले में मुख्य फोकस से विचलन करती दिखाई देगी।
अवतल दर्पण के मुख्य फोकस से गुजरने वाली एक किरण या एक किरण जो उत्तल दर्पण के मुख्य फोकस की ओर निर्देशित होती है, परावर्तन के बाद, मुख्य अक्ष के समानांतर निकलती है।
अवतल दर्पण के वक्रता केंद्र से गुजरने वाली या उत्तल दर्पण के वक्रता केंद्र की दिशा में निर्देशित एक किरण परावर्तन के बाद उसी पथ पर वापस परावर्तित हो जाती है।
अवतल दर्पण या उत्तल दर्पण पर बिंदु P (दर्पण के ध्रुव) की ओर मुख्य अक्ष पर परोक्ष रूप से आपतित किरण तिरछी परावर्तित होती है। आपतित और परावर्तित किरणें आपतन बिंदु (बिंदु P) पर परावर्तन के नियमों का पालन करती हैं, जिससे मुख्य अक्ष के साथ समान कोण बनते हैं।