प्रकाश के विशिष्ट प्रभाव जिनका सामना हर व्यक्ति अक्सर अपने दैनिक जीवन में करता है, वे हैं परावर्तन और अपवर्तन। इस लेख में, हम उस मामले पर विचार करेंगे जब दोनों प्रभाव एक ही प्रक्रिया के भीतर प्रकट होते हैं, हम आंतरिक पूर्ण प्रतिबिंब की घटना के बारे में बात करेंगे।
प्रकाश प्रतिबिंब
प्रकाश के आंतरिक पूर्ण परावर्तन की परिघटना पर विचार करने से पहले, आपको सामान्य परावर्तन और अपवर्तन के प्रभावों से परिचित होना चाहिए। आइए पहले वाले से शुरू करते हैं। सादगी के लिए, हम केवल प्रकाश पर विचार करेंगे, हालांकि ये घटनाएं किसी भी प्रकृति की लहर की विशेषता हैं।
परावर्तन को एक रेक्टिलाइनियर प्रक्षेपवक्र के परिवर्तन के रूप में समझा जाता है, जिसके साथ प्रकाश की एक किरण दूसरे रेक्टिलिनियर प्रक्षेपवक्र में जाती है, जब वह अपने रास्ते में एक बाधा का सामना करती है। दर्पण पर लेज़र पॉइंटर को इंगित करते समय यह प्रभाव देखा जा सकता है। पानी की सतह को देखते समय आकाश और पेड़ों की छवियों का दिखना भी सूर्य के प्रकाश के प्रतिबिंब का परिणाम है।
निम्नलिखित नियम परावर्तन के लिए मान्य है: कोणआपतन और परावर्तन परावर्तक सतह के लंबवत के साथ एक ही तल में होते हैं और एक दूसरे के बराबर होते हैं।
प्रकाश का अपवर्तन
अपवर्तन का प्रभाव परावर्तन के समान होता है, यह तभी होता है जब प्रकाश पुंज के मार्ग में बाधा कोई अन्य पारदर्शी माध्यम हो। इस मामले में, प्रारंभिक बीम का हिस्सा सतह से परिलक्षित होता है, और भाग दूसरे माध्यम में जाता है। इस अंतिम भाग को अपवर्तित बीम कहा जाता है, और यह इंटरफ़ेस के लंबवत के साथ जो कोण बनाता है उसे अपवर्तन कोण कहा जाता है। अपवर्तित बीम परावर्तित और आपतित बीम के समान तल में होता है।
अपवर्तन के प्रबल उदाहरण हैं पानी के गिलास में पेंसिल का टूटना या झील की भ्रामक गहराई जब कोई व्यक्ति नीचे की ओर देखता है।
गणितीय रूप से, इस घटना का वर्णन स्नेल के नियम का उपयोग करके किया गया है। संबंधित सूत्र इस तरह दिखता है:
1 पाप (θ1)=n2 पाप (θ 2).
यहाँ आपतन और अपवर्तन कोणों को क्रमशः θ1 और θ2 के रूप में दर्शाया गया है। मात्राएँ n1, n2 प्रत्येक माध्यम में प्रकाश की गति को दर्शाती हैं। उन्हें मीडिया का अपवर्तनांक कहा जाता है। जितना बड़ा n, उतनी ही धीमी गति से दी गई सामग्री में प्रकाश यात्रा करता है। उदाहरण के लिए, पानी में प्रकाश की गति हवा की तुलना में 25% कम है, इसलिए इसका अपवर्तनांक 1.33 है (हवा के लिए यह 1 है)।
पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना
प्रकाश के अपवर्तन के नियम से मनुष्य को प्राप्त होता हैएक दिलचस्प परिणाम जब किरण बड़े n वाले माध्यम से फैलती है। आइए अधिक विस्तार से विचार करें कि इस मामले में बीम का क्या होगा। आइए स्नेल का सूत्र लिखें:
1 पाप (θ1)=n2 पाप (θ 2).
हम मान लेंगे कि n1>n2। इस मामले में, समानता के सत्य बने रहने के लिए, θ1 θ2 से कम होना चाहिए। यह निष्कर्ष हमेशा मान्य होता है, क्योंकि केवल 0o से 90o कोणों पर विचार किया जाता है, जिसके भीतर साइन फ़ंक्शन लगातार बढ़ रहा है। इस प्रकार, जब सघन ऑप्टिकल माध्यम को कम सघन वाले (n1>n2) के लिए छोड़ते हैं, तो बीम सामान्य से अधिक विचलन करता है।
अब एंगल बढ़ाते हैं θ1. नतीजतन, वह क्षण आएगा जब θ2 90o के बराबर होगा। एक अद्भुत घटना घटती है: सघन माध्यम से निकलने वाली किरण उसमें बनी रहेगी, यानी इसके लिए दो पारदर्शी पदार्थों के बीच का अंतरापृष्ठ अपारदर्शी हो जाएगा।
गंभीर कोण
कोण θ1, जिसके लिए θ2=90o, कहलाता है मीडिया की मानी जाने वाली जोड़ी के लिए महत्वपूर्ण। कोई भी किरण जो क्रिटिकल एंगल से अधिक कोण पर इंटरफेस से टकराती है, पहले माध्यम में पूरी तरह से परावर्तित हो जाती है। महत्वपूर्ण कोण के लिए θc कोई एक व्यंजक लिख सकता है जो सीधे स्नेल के सूत्र से अनुसरण करता है:
पाप (θc)=n2 / n1।
अगरदूसरा माध्यम वायु है, तो यह समानता इस रूप में सरल हो जाती है:
पाप (θc)=1 / n1.
उदाहरण के लिए, पानी के लिए क्रांतिक कोण है:
θc=आर्कसिन (1 / 1, 33)=48, 75o।
यदि आप कुंड के तल में गोता लगाते हैं और ऊपर देखते हैं, तो आप आकाश और बादलों को अपने सिर के ऊपर ही दौड़ते हुए देख सकते हैं, पानी की शेष सतह पर केवल पूल की दीवारें दिखाई देंगी.
उपरोक्त तर्क से यह स्पष्ट है कि, अपवर्तन के विपरीत, पूर्ण परावर्तन एक उत्क्रमणीय घटना नहीं है, यह केवल तब होता है जब एक सघन से कम सघन माध्यम में जाता है, लेकिन इसके विपरीत नहीं।
प्रकृति और प्रौद्योगिकी में पूर्ण प्रतिबिंब
शायद प्रकृति में सबसे आम प्रभाव, जो पूर्ण प्रतिबिंब के बिना असंभव है, वह है इंद्रधनुष। इन्द्रधनुष के रंग वर्षा की बूंदों में श्वेत प्रकाश के प्रकीर्णन का परिणाम होते हैं। हालाँकि, जब किरणें इन बूंदों के अंदर से गुजरती हैं, तो वे एकल या दोहरे आंतरिक परावर्तन का अनुभव करती हैं। इसीलिए इन्द्रधनुष हमेशा दुगना दिखाई देता है।
आंतरिक पूर्ण परावर्तन की घटना का उपयोग फाइबर ऑप्टिक प्रौद्योगिकी में किया जाता है। ऑप्टिकल फाइबर के लिए धन्यवाद, लंबी दूरी पर बिना नुकसान के विद्युत चुम्बकीय तरंगों को प्रसारित करना संभव है।
