प्रकाश परावर्तन के नियम और उनकी खोज का इतिहास
प्रकाश के परावर्तन के नियम की खोज अवलोकन और प्रयोग द्वारा की गई थी। बेशक, इसे सैद्धांतिक रूप से भी काटा जा सकता है, लेकिन अब उपयोग किए जाने वाले सभी सिद्धांत व्यावहारिक तरीकों से निर्धारित और उचित हैं। इस घटना की बुनियादी विशेषताओं को जानने से प्रकाश योजना और उपकरण चयन में मदद मिलती है। यह सिद्धांत अन्य क्षेत्रों में भी काम करता है - रेडियो तरंगें, एक्स-रे, आदि परावर्तित होने पर उसी तरह व्यवहार करते हैं।
प्रकाश परावर्तन क्या है और इसकी किस्में, क्रियाविधि
कानून निम्नानुसार तैयार किया गया है: आपतित और परावर्तित किरणें एक ही तल में होती हैं, जो परावर्तक सतह के लंबवत होती हैं, जो आपतन बिंदु से निकलती हैं। आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है।
अनिवार्य रूप से, प्रतिबिंब एक भौतिक प्रक्रिया है जिसमें एक बीम, कण या विकिरण एक विमान के साथ संपर्क करता है। दो मीडिया की सीमा पर तरंगों की दिशा बदल जाती है क्योंकि उनके अलग-अलग गुण होते हैं। परावर्तित प्रकाश हमेशा उसी माध्यम में लौटता है जिससे वह आया था। अक्सर परावर्तन के दौरान तरंगों के अपवर्तन की घटना भी देखी जाती है।
दर्पण प्रतिबिंब
इस मामले में परावर्तित और आपतित किरणों के बीच एक स्पष्ट संबंध है, यह इस किस्म की मुख्य विशेषता है। स्पेक्युलर परावर्तन की विशेषता वाले कई मुख्य बिंदु हैं:
- परावर्तित किरण हमेशा एक समतल में होती है जो आपतित किरण से होकर गुजरती है और अभिलंब परावर्तक सतह की ओर, जो आपतन बिंदु पर बहाल हो जाती है।
- आपतन कोण प्रकाश पुंज के परावर्तन कोण के बराबर होता है।
- परावर्तित बीम की विशेषताएं बीम के ध्रुवीकरण और आपतन कोण के समानुपाती होती हैं। सूचकांक दो मीडिया की विशेषताओं से भी प्रभावित होता है।
अपवर्तनांक विमान के गुणों और प्रकाश की विशेषताओं पर निर्भर करता है। यह परावर्तन जहाँ भी चिकनी सतह होती है वहाँ पाया जा सकता है। लेकिन विभिन्न वातावरणों के लिए शर्तें और सिद्धांत भिन्न हो सकते हैं।
कुल आंतरिक प्रतिबिंब
ध्वनि और विद्युत चुम्बकीय तरंगों की विशेषता। वहां होता है जहां दो मीडिया मिलते हैं। इस मामले में, तरंगों को उस माध्यम से गिरना चाहिए जिसमें प्रसार की गति कम होती है। प्रकाश के मामले में, हम कह सकते हैं कि इस मामले में अपवर्तनांक बहुत बढ़ जाते हैं।
प्रकाश पुंज का आपतन कोण अपवर्तन कोण को प्रभावित करता है। जैसे-जैसे इसका मान बढ़ता है, परावर्तित किरणों की तीव्रता बढ़ती जाती है और अपवर्तित किरणों की तीव्रता कम होती जाती है। जब एक निश्चित महत्वपूर्ण मान तक पहुँच जाता है, तो अपवर्तनांक शून्य हो जाता है, जिससे किरणों का पूर्ण परावर्तन हो जाता है।
क्रिटिकल एंगल की गणना अलग-अलग मीडिया के लिए अलग-अलग की जाती है।
विसरित प्रकाश परावर्तन
इस प्रकार की विशेषता इस तथ्य से है कि असमान सतह से टकराने पर किरणें अलग-अलग दिशाओं में परावर्तित होती हैं। परावर्तित प्रकाश केवल बिखरता है और यह इस वजह से है कि आप अपने प्रतिबिंब को असमान या मैट तल पर नहीं देख सकते हैं।किरणों के विसरण की घटना तब देखी जाती है जब अनियमितताएं तरंगदैर्घ्य के बराबर या उससे अधिक होती हैं।
एक ही समय में एक और एक ही विमान प्रकाश या पराबैंगनी के लिए विसरित रूप से परावर्तक हो सकता है, लेकिन अवरक्त स्पेक्ट्रम को अच्छी तरह से प्रतिबिंबित करता है। यह सब तरंगों की विशेषताओं और सतह के गुणों पर निर्भर करता है।
उल्टा प्रतिबिंब
यह घटना तब देखी जाती है जब किरणें, तरंगें या अन्य कण वापस परावर्तित होते हैं, अर्थात स्रोत की ओर। इस संपत्ति का उपयोग खगोल विज्ञान, प्राकृतिक विज्ञान, चिकित्सा, फोटोग्राफी और अन्य क्षेत्रों में किया जा सकता है। दूरबीनों में उत्तल लेंस प्रणाली के कारण, उन तारों के प्रकाश को देखना संभव है जो नग्न आंखों को दिखाई नहीं देते हैं।
कुछ शर्तों को बनाना महत्वपूर्ण है ताकि प्रकाश स्रोत पर लौट आए, यह प्रकाशिकी और बीम दिशा के माध्यम से सबसे अधिक बार प्राप्त किया जाता है। उदाहरण के लिए, इस सिद्धांत का उपयोग अल्ट्रासाउंड परीक्षाओं में किया जाता है, परावर्तित अल्ट्रासाउंड तरंगों के लिए धन्यवाद, मॉनिटर पर जांच किए गए अंग की एक छवि प्रदर्शित होती है।
परावर्तन के नियमों की खोज का इतिहास
यह घटना लंबे समय से जानी जाती है। प्रकाश के परावर्तन का उल्लेख पहली बार "कैटोप्ट्रिक्स" के काम में किया गया था, जो 200 ईसा पूर्व की है, जो प्राचीन यूनानी वैज्ञानिक यूक्लिड द्वारा लिखा गया था। पहले प्रयोग सरल थे, इसलिए उस समय कोई सैद्धांतिक आधार नहीं दिखाई दिया, लेकिन यह वह था जिसने घटना की खोज की थी। दर्पण सतहों के लिए फर्मेट के सिद्धांत का उपयोग किया गया था।
फ्रेस्नेल सूत्र
अगस्टे फ्रेस्नेल एक फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी थे जिन्होंने कई सूत्र प्राप्त किए, वे आज भी व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। उनका उपयोग परावर्तित और अपवर्तित विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तीव्रता और आयाम की गणना करते समय किया जाता है। इस मामले में, उन्हें अपवर्तन के विभिन्न मूल्यों के साथ दो मीडिया के बीच एक स्पष्ट सीमा से गुजरना होगा।
फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी के सूत्रों में फिट होने वाली सभी घटनाओं को फ्रेस्नेल प्रतिबिंब कहा जाता है। लेकिन यह याद रखना चाहिए कि सभी व्युत्पन्न कानून तभी मान्य होते हैं जब मीडिया आइसोट्रोपिक हो और उनके बीच की सीमा स्पष्ट हो। इस मामले में आपतन कोण हमेशा परावर्तन कोण के बराबर होता है, और अपवर्तन का मान स्नेलियस नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है।
यह महत्वपूर्ण है कि जब प्रकाश समतल सतह पर गिरता है तो दो प्रकार के ध्रुवीकरण हो सकते हैं:
- पी-ध्रुवीकरण इस तथ्य की विशेषता है कि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र शक्ति वेक्टर आपतन के तल में स्थित है।
- एस-ध्रुवीकरण पहले प्रकार से इस तथ्य से भिन्न होता है कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों का तीव्रता वेक्टर उस विमान के लंबवत होता है जिसमें आपतित और परावर्तित किरणें दोनों होती हैं।
विभिन्न ध्रुवीकरण वाली स्थितियों के सूत्र अलग-अलग होते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि ध्रुवीकरण बीम की विशेषताओं को प्रभावित करता है और यह अलग तरह से परिलक्षित होता है। जब प्रकाश एक निश्चित कोण पर आपतित होता है, तो परावर्तित किरण पूरी तरह से ध्रुवीकृत हो सकती है। इस कोण को ब्रूस्टर कोण कहा जाता है, और यह इंटरफ़ेस पर मीडिया की अपवर्तक विशेषताओं पर निर्भर करता है।
वैसे! परावर्तित किरण हमेशा ध्रुवीकृत होती है, भले ही आपतित प्रकाश अध्रुवित हो।
हाइजेंस सिद्धांत
ह्यूजेंस एक डच भौतिक विज्ञानी थे जो किसी भी प्रकृति की तरंगों का वर्णन करने के लिए सिद्धांतों को प्राप्त करने में कामयाब रहे। यह उनकी मदद से है कि प्रतिबिंब का नियम और ...प्रकाश के अपवर्तन का नियम....
इस मामले में, प्रकाश का मतलब सपाट रूप की लहर के रूप में होता है, यानी सभी तरंग सतहें सपाट होती हैं। इस मामले में तरंग सतह एक ही चरण में दोलन के साथ बिंदुओं का एक समूह है।
सूत्रीकरण इस तरह लगता है: कोई भी बिंदु जिस पर बाद में विक्षोभ आया वह गोलाकार तरंगों का स्रोत बन जाता है।
वीडियो ग्राफिक्स और एनीमेशन का उपयोग करके बहुत ही सरल शब्दों में 8 वीं कक्षा के भौतिकी से कानून की व्याख्या करता है।
फेडोरोव शिफ्ट।
इसे फेडोरोव-एम्बर प्रभाव भी कहा जाता है। इस मामले में, प्रकाश की किरण में एक बदलाव होता है जब यह पूरी तरह से आंतरिक रूप से परिलक्षित होता है। साथ ही शिफ्ट नगण्य है, यह हमेशा तरंग दैर्ध्य से कम होता है। इस बदलाव के कारण, परावर्तित किरण उसी विमान में नहीं होती है जिस पर आपतित होता है, जो प्रकाश के परावर्तन के नियम के विरुद्ध जाता है।
वैज्ञानिक खोज के लिए डिप्लोमा एफ.आई. 1980 में फेडोरोव।
1955 में एक सोवियत वैज्ञानिक ने गणितीय गणनाओं की बदौलत किरणों के पार्श्व विस्थापन को सैद्धांतिक रूप से सिद्ध कर दिया था। इस आशय की प्रायोगिक पुष्टि के लिए, यह थोड़ी देर बाद फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एम्बरर्ट द्वारा किया गया था।
व्यवहार में कानून का प्रयोग
विचाराधीन कानून जितना लगता है उससे कहीं अधिक सामान्य है। इस सिद्धांत का व्यापक रूप से कई अलग-अलग क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है:
- दर्पण - सबसे सरल उदाहरण है। यह एक चिकनी सतह है जो प्रकाश और अन्य प्रकार के विकिरण को अच्छी तरह से दर्शाती है। फ्लैट संस्करण और अन्य आकृतियों के तत्वों दोनों का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, गोलाकार सतह आपको वस्तुओं को दूर करने की अनुमति देती है, जो उन्हें कार में रियर-व्यू मिरर के रूप में अपरिहार्य बनाती है।
- विभिन्न ऑप्टिकल उपकरण ऊपर चर्चा किए गए सिद्धांतों के लिए भी धन्यवाद काम करता है। इसमें हर जगह पाए जाने वाले चश्मे से लेकर उत्तल लेंस या दवा और जीव विज्ञान में उपयोग किए जाने वाले सूक्ष्मदर्शी के साथ शक्तिशाली दूरबीन शामिल हैं।
- अल्ट्रासाउंड मशीनें प्रश्न में सिद्धांत का भी उपयोग करें। अल्ट्रासाउंड उपकरण सटीक परीक्षाओं की अनुमति देता है। एक्स-रे समान सिद्धांतों के अनुसार वितरित किए जाते हैं।
- माइक्रोवेव ओवन्स - व्यवहार में विचाराधीन कानून के आवेदन का एक और उदाहरण। इसमें इन्फ्रारेड विकिरण (जैसे नाइट विजन डिवाइस) द्वारा संचालित सभी उपकरण भी शामिल हो सकते हैं।
- अवतल दर्पण लालटेन और लैंप को उनके प्रदर्शन को बढ़ाने की अनुमति दें।वहीं, बल्ब की पावर बिना मिरर एलिमेंट के इस्तेमाल की तुलना में काफी कम हो सकती है।
वैसे! प्रकाश के परावर्तन के कारण हम चाँद और तारे देखते हैं।
प्रकाश परावर्तन का नियम कई प्राकृतिक घटनाओं की व्याख्या करता है, और इसकी विशेषताओं के ज्ञान से ऐसे उपकरण बनाने की अनुमति मिलती है जो आज व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।