आज हम बताएंगे कि विद्युत चुम्बकीय तरंग (तथाकथित प्रकाश) का अपवर्तन कोण क्या है और इसके नियम कैसे बनते हैं।
आंख, त्वचा, मस्तिष्क
मनुष्य की पांच मुख्य इंद्रियां हैं। चिकित्सा वैज्ञानिक ग्यारह अलग-अलग भिन्न संवेदनाओं (उदाहरण के लिए, दबाव या दर्द की भावना) में अंतर करते हैं। लेकिन लोगों को उनकी अधिकांश जानकारी उनकी आंखों से ही मिल जाती है। उपलब्ध तथ्यों में से नब्बे प्रतिशत तक मानव मस्तिष्क विद्युत चुम्बकीय कंपन के रूप में अवगत है। इसलिए लोग ज्यादातर सुंदरता और सौंदर्यशास्त्र को दृष्टिगत रूप से समझते हैं। प्रकाश का अपवर्तन कोण इसमें महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
रेगिस्तान, झील, बारिश
आसपास का संसार सूर्य के प्रकाश से व्याप्त है। लोगों को क्या पसंद है, इसका आधार हवा और पानी है। बेशक, शुष्क रेगिस्तानी परिदृश्य में एक कठोर सुंदरता है, लेकिन ज्यादातर लोग कुछ नमी पसंद करते हैं।
मनुष्य हमेशा पहाड़ की धाराओं और चिकनी तराई नदियों, शांत झीलों और समुद्र की कभी-कभी लुढ़कती लहरों, झरने के छींटे और हिमनदों के ठंडे सपने से मोहित हो गया है। एक से अधिक बार सभी ने घास पर ओस में प्रकाश के खेल की सुंदरता, शाखाओं पर कर्कश की चमक, कोहरे की दूधिया सफेदी और कम बादलों की उदास सुंदरता पर ध्यान दिया है। और ये सभी प्रभाव निर्मित होते हैंपानी में बीम के अपवर्तन कोण के लिए धन्यवाद।
आंख, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्केल, इंद्रधनुष
प्रकाश विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का उतार-चढ़ाव है। तरंग दैर्ध्य और इसकी आवृत्ति फोटॉन के प्रकार को निर्धारित करती है। कंपन आवृत्ति निर्धारित करती है कि क्या यह एक रेडियो तरंग, एक अवरक्त किरण, किसी व्यक्ति को दिखाई देने वाले किसी रंग का स्पेक्ट्रम, पराबैंगनी, एक्स-रे या गामा विकिरण होगा। मनुष्य अपनी आंखों से विद्युत चुम्बकीय कंपन को 780 (लाल) से 380 (बैंगनी) नैनोमीटर तक तरंग दैर्ध्य के साथ देख सकते हैं। सभी संभावित तरंगों के पैमाने पर, यह खंड बहुत छोटे क्षेत्र में व्याप्त है। यानी लोग ज्यादातर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम को नहीं देख पा रहे हैं। और मनुष्य के लिए सुलभ सभी सुंदरता मीडिया के बीच की सीमा पर आपतन कोण और अपवर्तन कोण के बीच के अंतर से निर्मित होती है।
निर्वात, सूर्य, ग्रह
सूर्य द्वारा थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप फोटॉन उत्सर्जित होते हैं। हाइड्रोजन परमाणुओं का संलयन और हीलियम का जन्म प्रकाश क्वांटा सहित विभिन्न कणों की एक बड़ी संख्या की रिहाई के साथ होता है। निर्वात में, विद्युत चुम्बकीय तरंगें एक सीधी रेखा में और उच्चतम संभव गति से फैलती हैं। जब यह पृथ्वी के वायुमंडल जैसे पारदर्शी और सघन माध्यम में प्रवेश करता है, तो प्रकाश अपनी प्रसार गति को बदल देता है। नतीजतन, यह प्रसार की दिशा बदल देता है। अपवर्तक सूचकांक कितना निर्धारित करता है। अपवर्तन कोण की गणना स्नेल सूत्र का उपयोग करके की जाती है।
स्नेल का नियम
डच गणितज्ञ विलेब्रॉड स्नेल ने अपना सारा जीवन कोणों और दूरियों के साथ काम किया। वह समझ गया कि शहरों के बीच दूरियों को कैसे मापना है, किसी दिए गए को कैसे खोजना हैआकाश में बिंदु। कोई आश्चर्य नहीं कि उन्होंने प्रकाश अपवर्तन के कोणों में एक पैटर्न पाया।
कानून का फार्मूला इस तरह दिखता है:
- 1पाप θ1 =n2पाप θ2 ।
इस अभिव्यक्ति में, पात्रों के निम्नलिखित अर्थ हैं:
- 1 और n2 माध्यम एक (जिससे किरण गिरती है) और माध्यम 2 (यह इसमें प्रवेश करती है) के अपवर्तनांक हैं);
- θ1 और θ2 क्रमशः प्रकाश के आपतन और अपवर्तन कोण हैं।
कानून की व्याख्या
इस सूत्र की कुछ व्याख्या करना आवश्यक है। कोण का अर्थ है किरण के प्रसार की दिशा और प्रकाश किरण के संपर्क के बिंदु पर सतह के सामान्य के बीच स्थित डिग्री की संख्या। इस मामले में सामान्य का उपयोग क्यों किया जाता है? क्योंकि वास्तव में सख्त सपाट सतह नहीं होती हैं। और किसी भी वक्र के लिए सामान्य खोजना काफी सरल है। इसके अलावा, यदि समस्या में मीडिया सीमा और आपतित किरण x के बीच का कोण ज्ञात है, तो अभीष्ट कोण θ केवल (90º-x) है।
अक्सर प्रकाश अधिक विरल (वायु) से सघन (जल) माध्यम में प्रवेश करता है। माध्यम के परमाणु एक-दूसरे के जितने करीब होते हैं, किरण उतनी ही मजबूत होती है। इसलिए, माध्यम जितना सघन होगा, अपवर्तन कोण उतना ही अधिक होगा। लेकिन यह दूसरे तरीके से भी होता है: प्रकाश पानी से हवा में या हवा से निर्वात में गिरता है। ऐसी परिस्थितियों में, एक स्थिति उत्पन्न हो सकती है जिसके तहत n1sin θ1>n2। यानी पूरा बीम वापस पहले माध्यम में परावर्तित हो जाएगा। इस घटना को कुल आंतरिक कहा जाता हैप्रतिबिंब। जिस कोण पर ऊपर वर्णित परिस्थितियाँ घटित होती हैं उसे अपवर्तन का सीमित कोण कहा जाता है।
अपवर्तनांक क्या निर्धारित करता है?
यह मान केवल पदार्थ के गुणों पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, ऐसे क्रिस्टल होते हैं जिनके लिए यह मायने रखता है कि बीम किस कोण से प्रवेश करती है। गुणों की अनिसोट्रॉपी द्विअर्थीता में प्रकट होती है। ऐसे मीडिया हैं जिनके लिए आने वाले विकिरण का ध्रुवीकरण महत्वपूर्ण है। यह भी याद रखना चाहिए कि अपवर्तन कोण आपतित विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। इसी अंतर पर एक प्रिज्म द्वारा श्वेत प्रकाश को इंद्रधनुष में विभाजित करने का प्रयोग आधारित है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि माध्यम का तापमान विकिरण के अपवर्तनांक को भी प्रभावित करता है। एक क्रिस्टल के परमाणु जितनी तेजी से कंपन करते हैं, उतनी ही इसकी संरचना और प्रकाश प्रसार की दिशा बदलने की क्षमता विकृत होती है।
अपवर्तनांक के मान के उदाहरण
हम परिचित वातावरण के लिए अलग-अलग मान देते हैं:
- खनिज के रूप में नमक (रासायनिक सूत्र NaCl) को "हलाइट" कहा जाता है। इसका अपवर्तनांक 1.544 है।
- कांच के अपवर्तन कोण की गणना इसके अपवर्तनांक से की जाती है। सामग्री के प्रकार के आधार पर, यह मान 1.487 और 2.186 के बीच भिन्न होता है।
- हीरा प्रकाश के खेल के लिए प्रसिद्ध है। ज्वैलर्स काटते समय इसके सभी प्लेन का ध्यान रखते हैं। हीरे का अपवर्तनांक 2.417 है।
- अशुद्धियों से शुद्ध किए गए पानी का अपवर्तनांक 1.333 है। H2O एक बहुत अच्छा विलायक है। इसलिए, प्रकृति में रासायनिक रूप से शुद्ध पानी नहीं है। हर कुएं, हर नदी की विशेषता हैइसकी रचना के साथ। इसलिए, अपवर्तनांक भी बदल जाता है। लेकिन स्कूल की साधारण समस्याओं को हल करने के लिए, आप यह मान ले सकते हैं।
बृहस्पति, शनि, कैलिस्टो
अब तक हम सांसारिक दुनिया की सुंदरता के बारे में बात करते रहे हैं। तथाकथित सामान्य स्थितियां बहुत विशिष्ट तापमान और दबाव का संकेत देती हैं। लेकिन सौरमंडल में और भी ग्रह हैं। काफी अलग परिदृश्य हैं।
बृहस्पति पर, उदाहरण के लिए, मीथेन बादलों और हीलियम अपड्राफ्ट में आर्गन धुंध का निरीक्षण करना संभव है। वहाँ एक्स-रे अरोरा भी आम हैं।
शनि पर, एथेन कोहरे हाइड्रोजन के वातावरण को ढक लेते हैं। ग्रह की निचली परतों पर, बहुत गर्म मीथेन बादलों से हीरे की बारिश होती है।
हालांकि, बृहस्पति के चट्टानी जमे हुए चंद्रमा कैलिस्टो में हाइड्रोकार्बन से समृद्ध एक आंतरिक महासागर है। शायद गंधक खाने वाले जीवाणु इसकी गहराई में रहते हैं।
और इनमें से प्रत्येक परिदृश्य में, विभिन्न सतहों, किनारों, किनारों और बादलों पर प्रकाश का खेल सुंदरता पैदा करता है।
