ज्यामितीय प्रकाशिकी: प्रकाश किरणें

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 17:47

ज्यामितीय प्रकाशिकी भौतिक प्रकाशिकी की एक विशेष शाखा है, जो प्रकाश की प्रकृति से संबंधित नहीं है, बल्कि पारदर्शी मीडिया में प्रकाश किरणों की गति के नियमों का अध्ययन करती है। आइए लेख में इन कानूनों पर करीब से नज़र डालें, और व्यवहार में उनके उपयोग के उदाहरण भी दें।

सजातीय अंतरिक्ष में किरण प्रसार: महत्वपूर्ण गुण

हर कोई जानता है कि प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है, जो कुछ प्राकृतिक घटनाओं के लिए ऊर्जा क्वांटा (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और प्रकाश दबाव की घटना) की एक धारा की तरह व्यवहार कर सकती है। ज्यामितीय प्रकाशिकी, जैसा कि परिचय में उल्लेख किया गया है, केवल प्रकाश प्रसार के नियमों से संबंधित है, उनकी प्रकृति में तल्लीन किए बिना।

यदि बीम एक सजातीय पारदर्शी माध्यम या निर्वात में चलता है और उसके रास्ते में कोई बाधा नहीं आती है, तो प्रकाश किरण एक सीधी रेखा में चलेगी। इस विशेषता ने 17वीं शताब्दी के मध्य में फ्रांसीसी पियरे फ़र्मेट द्वारा कम से कम समय के सिद्धांत (फ़र्मेट के सिद्धांत) के निर्माण का नेतृत्व किया।

प्रकाश किरणों की एक और महत्वपूर्ण विशेषता उनकी स्वतंत्रता है। इसका मतलब है कि प्रत्येक किरण "महसूस" के बिना अंतरिक्ष में फैलती हैइसके साथ बातचीत किए बिना एक और बीम।

आखिरकार, प्रकाश का तीसरा गुण एक पारदर्शी सामग्री से दूसरे में जाने पर उसके प्रसार की गति में परिवर्तन है।

प्रकाश किरणों के चिह्नित 3 गुण परावर्तन और अपवर्तन के नियमों की व्युत्पत्ति में उपयोग किए जाते हैं।

प्रतिबिंब घटना

यह भौतिक घटना तब होती है जब प्रकाश की किरण प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत बड़ी अपारदर्शी बाधा से टकराती है। परावर्तन का तथ्य एक ही माध्यम में बीम के प्रक्षेपवक्र में तेज बदलाव है।

मान लें कि प्रकाश की एक पतली किरण एक अपारदर्शी विमान पर θ₁ कोण पर गिरती है जो सामान्य N से इस विमान तक उस बिंदु से होकर जाती है जहां से किरण टकराती है। फिर बीम एक निश्चित कोण पर परावर्तित होता है θ_{2 समान सामान्य N से। प्रतिबिंब की घटना दो मुख्य कानूनों का पालन करती है:}

1. घटना परावर्तित प्रकाश की किरण और N सामान्य एक ही तल में स्थित है।
2. प्रकाश पुंज का परावर्तन कोण और आपतन कोण हमेशा बराबर होता है (θ₁=θ_2)।

ज्यामितीय प्रकाशिकी में परावर्तन की घटना का अनुप्रयोग

विभिन्न ज्यामिति के दर्पणों में वस्तुओं (वास्तविक या काल्पनिक) की छवियों का निर्माण करते समय प्रकाश किरण के परावर्तन के नियमों का उपयोग किया जाता है। सबसे आम दर्पण ज्यामिति हैं:

• सपाट दर्पण;
• अवतल;
• उत्तल।

उनमें से किसी में भी छवि बनाना काफी आसान है। समतल दर्पण में वह हमेशा काल्पनिक ही निकलता है, उसका आकार वस्तु के समान ही होता है, वह प्रत्यक्ष होता है, उसमेंबाएँ और दाएँ पक्ष उलटे हैं।

अवतल और उत्तल दर्पणों में छवियां कई किरणों (ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर, फोकस से और केंद्र से होकर) का उपयोग करके बनाई जाती हैं। उनका प्रकार दर्पण से वस्तु की दूरी पर निर्भर करता है। नीचे दिया गया चित्र दिखाता है कि उत्तल और अवतल दर्पणों में छवियों का निर्माण कैसे किया जाता है।

अपवर्तन की घटना

इसमें बीम का एक ब्रेक (अपवर्तन) होता है जब यह दो अलग-अलग पारदर्शी मीडिया (उदाहरण के लिए, पानी और हवा) की सीमा को सतह से एक कोण पर पार करता है जो 90 के बराबर नहीं है ओ.

इस घटना का आधुनिक गणितीय विवरण डचमैन स्नेल और फ्रेंचमैन डेसकार्टेस द्वारा 17वीं शताब्दी की शुरुआत में बनाया गया था। घटना के लिए कोण θ₁ और θ_{3 को निरूपित करते हुए और सामान्य N के सापेक्ष अपवर्तित किरणें समतल के लिए गणितीय व्यंजक लिखते हैं अपवर्तन की घटना:}

₁पाप(θ₁)=n₂पाप(θ _3).

मात्राएं n₂और n_{1मीडिया 2 और 1 के अपवर्तनांक हैं। वे बताते हैं कि प्रकाश की गति कितनी है माध्यम में वायुहीन अंतरिक्ष में उससे भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, पानी के लिए n=1.33, और हवा के लिए - 1.00029। आपको पता होना चाहिए कि n का मान प्रकाश की आवृत्ति का एक फलन है (निम्न आवृत्तियों की तुलना में उच्च आवृत्तियों के लिए n अधिक है)।}

ज्यामितीय प्रकाशिकी में अपवर्तन की घटना का अनुप्रयोग

वर्णित घटना का उपयोग छवियों को बनाने के लिए किया जाता हैपतले लेंस। एक लेंस एक पारदर्शी सामग्री (कांच, प्लास्टिक, आदि) से बनी एक वस्तु है जो दो सतहों से घिरी होती है, जिनमें से कम से कम एक में गैर-शून्य वक्रता होती है। लेंस दो प्रकार के होते हैं:

• सभा;
• बिखरना।

अभिसारी लेंस उत्तल गोलाकार (गोलाकार) सतह से बनते हैं। उनमें प्रकाश किरणों का अपवर्तन इस प्रकार होता है कि वे सभी समानांतर किरणों को एक बिंदु - फोकस पर एकत्रित करती हैं। बिखरने वाली सतहें अवतल पारदर्शी सतहों से बनती हैं, इसलिए उनके माध्यम से समानांतर किरणों के गुजरने के बाद प्रकाश बिखर जाता है।

अपनी तकनीक में लेंस में छवियों का निर्माण गोलाकार दर्पण में छवियों के निर्माण के समान है। कई बीम (ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर, फोकस से गुजरते हुए और लेंस के ऑप्टिकल केंद्र के माध्यम से) का उपयोग करना भी आवश्यक है। प्राप्त छवियों की प्रकृति लेंस के प्रकार और वस्तु की दूरी से निर्धारित होती है। नीचे दिया गया चित्र विभिन्न स्थितियों के लिए पतले लेंसों में किसी वस्तु के प्रतिबिम्ब प्राप्त करने की तकनीक को दर्शाता है।

ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों के अनुसार काम करने वाले उपकरण

उनमें से सबसे सरल एक आवर्धक काँच है। यह एक एकल उत्तल लेंस है जो वास्तविक वस्तुओं को 5 गुना तक बढ़ा देता है।

एक अधिक परिष्कृत उपकरण, जिसका उपयोग वस्तुओं को बड़ा करने के लिए भी किया जाता है, एक सूक्ष्मदर्शी है। इसमें पहले से ही एक लेंस सिस्टम होता है (कम से कम 2 अभिसारी लेंस) और आपको इसमें वृद्धि प्राप्त करने की अनुमति देता हैकई सौ बार।

आखिरकार, तीसरा महत्वपूर्ण ऑप्टिकल उपकरण खगोलीय पिंडों का निरीक्षण करने के लिए उपयोग किया जाने वाला टेलीस्कोप है। इसमें एक लेंस प्रणाली दोनों शामिल हो सकते हैं, फिर इसे अपवर्तक दूरबीन कहा जाता है, और एक दर्पण प्रणाली - एक परावर्तक दूरबीन। ये नाम इसके कार्य (अपवर्तन या प्रतिबिंब) के सिद्धांत को दर्शाते हैं।