कक्षा 10 विज्ञान नोट्स अध्याय 10 प्रकाश परावर्तन और अपवर्तन

 

प्रतिबिंब

प्रकाश का परावर्तन (Reflection of Light) :  प्रकाश के चिकने पृष्ठ द्वारा वापस उसी माध्यम में लौटने की घटना को परावर्तन कहते हैं।

आपतित प्रकाश ( Incident Light) :  सतह पर पड़ने वाले प्रकाश को आपतित प्रकाश कहते हैं।

परावर्तित प्रकाश:  वह प्रकाश जो परावर्तन के बाद वापस चला जाता है, परावर्तित प्रकाश कहलाता है।

आपतन कोण:  आपतित किरण और सामान्य के बीच का कोण।

परावर्तन  का कोण: परावर्तित किरण और सामान्य के बीच का कोण।

दर्पण:  प्रकाश को परावर्तित करने वाली सतह दर्पण कहलाती है।

समतल दर्पण:  यदि परावर्तक सतह समतल है तो दर्पण समतल है।

गोलीय दर्पण:  यदि परावर्तक सतह खोखले गोले का भाग हो तो दर्पण गोलीय दर्पण होता है।
गोलीय दर्पण दो प्रकार का होता है:

• उत्तल दर्पण:  इस दर्पण में परावर्तक सतह उत्तल होती है। यह प्रकाश को अपसरित करता है इसलिए इसे अपसारी दर्पण भी कहा जाता है।
• अवतल दर्पण:  इस दर्पण में परावर्तक सतह अवतल होती है। यह प्रकाश को अभिसरित करता है इसलिए इसे अभिसारी दर्पण भी कहते हैं।

दर्पण के पैरामीटर:

• वक्रता केंद्र: खोखले गोले का केंद्र जिसका दर्पण एक हिस्सा है।
• वक्रता की त्रिज्या : खोखले गोले की त्रिज्या जिसका दर्पण एक भाग है।
• ध्रुव: दर्पण का केंद्र (मध्य बिंदु) ध्रुव होता है।
• प्रधान अक्ष (Principal axis) : ध्रुव तथा वक्रता केंद्र को मिलाने वाली रेखा को मुख्य अक्ष कहते हैं।
• द्वारक (Aperture) : दर्पण के आकार को दर्पण का द्वारक कहते हैं।
• मुख्य फ़ोकस: मुख्य अक्ष पर वह बिंदु, जहाँ मुख्य अक्ष के समानांतर सभी आपतित किरणें दर्पण से परावर्तन के बाद अभिसरित या अपसरित होती हैं।
• फोकल लम्बाई: ध्रुव और फोकस बिंदु के बीच की दूरी फोकल लम्बाई है।

छवि निर्माण के लिए विशेष किरणें:

• प्रकाश की एक किरण जो गोलाकार दर्पण के मुख्य अक्ष के समानांतर होती है, परावर्तन के बाद फ़ोकस से अभिसरित या अपसरित हो जाती है।
• गोलीय दर्पण के वक्रता केंद्र से गुजरने वाली या वहां से आने वाली प्रकाश की किरण उसी पथ पर वापस परावर्तित हो जाती है।
• गोलीय दर्पण के फोकस से गुजरने वाली या वहां से आने वाली प्रकाश की किरण मुख्य अक्ष के समानांतर हो जाती है।
• गोलीय दर्पण के ध्रुव पर आपतित प्रकाश की किरण मुख्य अक्ष से समान कोण बनाते हुए वापस परावर्तित हो जाती है।

अवतल दर्पण का उपयोग:  इसका उपयोग श्रृंगार दर्पण, टॉर्च में परावर्तक, कारों की हेडलाइट और सर्चलाइट, डॉक्टर के सिर-दर्पण, सौर भट्टी आदि में किया जाता है।

गोलीय दर्पण की साइन परिपाटी

• सभी दूरियों को दर्पण के ध्रुव से मूल बिंदु के रूप में मापा जाता है।
• आपतित किरणों की दिशा में मापी गई दूरियों को धनात्मक लिया जाता है।
• आपतित किरणों की दिशा के विपरीत मापी गई दूरियों को ऋणात्मक लिया जाता है।
• मुख्य अक्ष के लंबवत और ऊपर की ओर मापी गई दूरियों को सकारात्मक रूप में लिया जाता है।
• मुख्य अक्ष के लंबवत और नीचे की ओर मापी गई दूरियों को ऋणात्मक लिया जाता है।
  1एफ=1वि+1यू ...जहाँ f, v और u फोकल लेंथ, इमेज डिस्टेंस, ऑब्जेक्ट डिस्टेंस हैं

रेखीय आवर्धन:  यह प्रतिबिम्ब की ऊँचाई का वस्तु की ऊँचाई से अनुपात है।
एम =एच'एच ...जहाँ m = आवर्धन, h = प्रतिबिम्ब की ऊँचाई, h' = वस्तु की ऊँचाई

उत्तल दर्पण का उपयोग:  उत्तल दर्पण का उपयोग वाहनों में पश्च दृश्य दर्पण के रूप में, दुकान सुरक्षा दर्पण आदि के रूप में किया जाता है।

अपवर्तन

प्रकाश का अपवर्तन:  दो अलग-अलग माध्यमों के इंटरफेस पर प्रकाश का मुड़ना प्रकाश का अपवर्तन कहलाता है।

• यदि माध्यम में प्रकाश का वेग अधिक होता है तो माध्यम प्रकाशीय विरल कहलाता है।
  उदाहरण के लिए, वायु या निर्वात अधिक ऑप्टिकल विरल है।
• यदि माध्यम में प्रकाश का वेग कम होता है तो माध्यम प्रकाशिक सघन कहलाता है।
  उदाहरण के लिए, कांच हवा की तुलना में अधिक सघन है।

अपवर्तक सूचकांक:  यह एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर प्रकाश के झुकने की मात्रा या सीमा का प्रतिनिधित्व करता है।
अपवर्तक सूचकांक दो प्रकार के होते हैं

• सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक और
• पूर्ण अपवर्तक सूचकांक।

माध्यम का अन्य माध्यम के सापेक्ष अपवर्तनांक को आपेक्षिक अपवर्तनांक कहते हैं।
माध्यम 1 का माध्यम 2 के सापेक्ष अपवर्तनांक = एसपी ई ई डीओ एफमैं जी _एच टीमैं एनएम ई डीमैं हूँ _2 ( वी2 )

वायु या निर्वात के सापेक्ष माध्यम का अपवर्तनांक निरपेक्ष अपवर्तनांक कहलाता है।
माध्यम का निरपेक्ष अपवर्तनांक (m) = एसपी ई ई डीओ एफमैं जी _एच टी आई एन आई आर ( सी ) _एसपी ई ई डीओ एफमैं जी _एच टी आई एन एम ई डीआई यू एम ( वीमी )

आपतित किरण:  यह अपवर्तक सतह पर आने वाली किरण है।

अपवर्तित किरण:  यह अपवर्तक सतह से बाहर जाने वाली किरण है।

आपतन कोण (i):  यह आपतन बिंदु पर आपतित किरणों और लंब रेखा (सामान्य) के बीच का कोण है।

अपवर्तन कोण (आर):  यह आपतन बिंदु पर अपवर्तित किरणों और लंब रेखा (सामान्य) के बीच का कोण है।

अपवर्तन का नियम:  इस कानून के अनुसार

• "आपतित किरण, अपवर्तित किरण और आपतन बिंदु पर सामान्य सभी एक ही तल में होते हैं।"
• "अपवर्तन कोण की ज्या से आपतन कोण की ज्या का अनुपात स्थिर होता है।"
  एस आई एनमैं = स्थिर (µ)

लेंस:  दो सतहों से घिरा पारदर्शी अपवर्तक माध्यम जिसमें कम से कम एक सतह घुमावदार हो, लेंस कहलाता है।
लेंस मुख्यतः दो प्रकार के होते हैं

• उत्तल लेंस और
• अवतल लेंस।

वक्रता केंद्र (Centre of Curvature)  दो गोलों का केंद्र, जिसका लेंस भाग होता है, वक्रता केंद्र कहलाता है।

वक्रता की त्रिज्या (Radii of Curvature) :  गोलों की त्रिज्या, जिसका लेंस भाग होता है, वक्रता की त्रिज्या कहलाती है।

प्रधान अक्ष (Principal Axis)  लेंस के दो पृष्ठों के वक्रता केन्द्रों को मिलाने वाली रेखा को मुख्य अक्ष कहते हैं।

प्रकाशिक केंद्र (Optical Center) :  यह मुख्य अक्ष पर एक विशेष बिन्दु होता है। प्रकाशिक केंद्र पर आपतित प्रकाश बिना विचलित हुए लेंस से होकर गुजरता है।

मुख्य फ़ोकस:  मुख्य अक्ष पर वह बिंदु जिस पर मुख्य अक्ष के समानांतर सभी आपतित किरणें लेंस के माध्यम से अपवर्तन के बाद अभिसरित होती हैं या अपसरित होती प्रतीत होती हैं।

लेंस द्वारा छवि निर्माण के लिए विशेष किरणें:

• मुख्य अक्ष के समानांतर एक आपतित किरण, अपवर्तन के बाद लेंस के दूसरे फोकस से गुजरती है (या आती हुई प्रतीत होती है)।
• एक आपतित किरण, लेंस के प्रकाशिक केंद्र से होकर गुजरती है, लेंस से बिना विचलित हुए चली जाती है।
• एक आपतित किरण, लेंस के (प्रथम) मुख्य फोकस से होकर गुजरती है, या उसकी ओर निर्देशित होती है, लेंस के माध्यम से अपवर्तन के बाद मुख्य अक्ष के समानांतर हो जाती है।

लेंस का उपयोग:  फोटोग्राफिक कैमरों, आवर्धक कांच, माइक्रोस्कोप, टेलीस्कोप, मानव नेत्र में।

1 । प्रकाश सीधी रेखा में गमन करता है।

2.  पॉलिश की गई सतहों पर पड़ने पर प्रकाश परावर्तित हो जाता है; दर्पणों की तरह।

3.  जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है तो उसका अपवर्तन होता है।

4.  जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है तो उसकी तरंग दैर्ध्य/प्रकाश में परिवर्तन होता है।

5.  जब प्रकाश किसी चिकनी या पॉलिश की हुई सतह से टकराकर वापस लौटता है तो उसे प्रकाश का परावर्तन कहते हैं। परावर्तन दो प्रकार का होता है; स्पेक्युलर या रेगुलर और डिफ्यूज़ या अनियमित प्रतिबिंब।

6.  आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है। गणितीय रूप से, हमारे पास ∠i = ∠r है।

7.  प्रतिबिम्ब दर्पण के पीछे उतनी ही दूरी पर बनता है जितनी कि वस्तु सामने होती है।

8.  प्रतिबिम्ब अवर्धित, आभासी और सीधा होता है।

9.  इमेज में राइट-लेफ्ट रिवर्सल है।

10.  समतल दर्पण की फोकस दूरी अनंत होती है।

11.  समतल दर्पण की क्षमता शून्य होती है।

12.  यदि किसी समतल दर्पण को किसी कोण से घुमाया जाए, तो परावर्तित किरण 2θ से घूम जाती है।

13.  किसी वस्तु को देखने के लिए समतल दर्पण का न्यूनतम आकार वस्तु के आधे आकार के बराबर होता है।

14. ध्रुव (वर्टेक्स) :  किसी दर्पण का केंद्रीय बिंदु उसका ध्रुव कहलाता है।

15.  वक्रता  केंद्र : दर्पण जिस गोले का भाग होता है उसके केंद्र को वक्रता केंद्र कहते हैं। इसे C द्वारा निरूपित किया जाता है।

16. वक्रता  त्रिज्या : दर्पण जिस गोले का भाग होता है उसकी त्रिज्या वक्रता त्रिज्या कहलाती है। इसे R द्वारा निरूपित किया जाता है।

17. मुख्य अक्ष :  दर्पण के ध्रुव तथा वक्रता केंद्र से होकर जाने वाली सीधी रेखा को मुख्य अक्ष कहते हैं।

18. मुख्य फोकस:  यह मुख्य अक्ष पर एक बिंदु है जिस पर मुख्य अक्ष के समानांतर किरणें परावर्तन के बाद मिलती हैं या आती हुई प्रतीत होती हैं। अवतल दर्पण के लिए फोकस दर्पण के सामने होता है और उत्तल दर्पण के लिए यह दर्पण के पीछे होता है। संक्षेप में, अवतल दर्पण का वास्तविक फोकस होता है जबकि उत्तल दर्पण का आभासी फोकस होता है।

19. फोकस तल :  मुख्य अक्ष के लम्बवत् खींचा गया तथा मुख्य फोकस से गुजरने वाला तल।

20. फोकस दूरी :  ध्रुव तथा फोकस के बीच की दूरी को फोकस दूरी कहते हैं। इसे f द्वारा दर्शाया जाता है। फोकस दूरी वक्रता त्रिज्या की आधी होती है।

21. द्वारक (Aperture) :  दर्पण के आकार को उसका द्वारक कहते हैं। इसे दर्पण के प्रकाश परावर्तक क्षेत्र के प्रभावी व्यास के रूप में भी परिभाषित किया जाता है।

22. वास्तविक प्रतिबिम्ब :  जब प्रकाश की किरणें दर्पण से परावर्तित होकर वास्तव में एक बिन्दु पर मिलती हैं, तो इन किरणों द्वारा बना प्रतिबिम्ब वास्तविक कहलाता है। वास्तविक प्रतिबिम्ब को पर्दे पर प्राप्त किया जा सकता है।

23. आभासी प्रतिबिम्ब –  जब प्रकाश की किरणें दर्पण से परावर्तित होकर एक बिन्दु पर मिलती हुई प्रतीत होती हैं, तो इन किरणों द्वारा बना प्रतिबिम्ब आभासी कहलाता है। आभासी प्रतिबिम्ब को स्क्रीन पर प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

24.  किसी प्रतिबिम्ब की स्थिति ज्ञात करने के लिए किरण आरेख बनाते समय निम्नलिखित किरणों का उपयोग किया जाता है :

• मुख्य अक्ष के समानांतर प्रकाश की किरण परावर्तन के बाद फोकस से होकर गुजरती है। (1)
• परावर्तन के बाद फोकस से गुजरने वाली प्रकाश की किरण मुख्य अक्ष के समानांतर हो जाती है। (2)
• वक्रता के केंद्र पर आपतित प्रकाश की एक किरण दर्पण से परावर्तन के बाद अपने पथ को पुनः प्राप्त करती है।
  

25.  दर्पणों के लिए, निम्नलिखित परिणाम सही हैं:
u है – ve, यदि वस्तु दर्पण के सामने है।
(वास्तविक वस्तु)
u + ve है, यदि वस्तु दर्पण के पीछे है।
(आभासी वस्तु)
v – ve है, यदि प्रतिबिम्ब दर्पण के सामने हो।
(वास्तविक प्रतिबिम्ब)
की तुलना में धनात्मक, यदि प्रतिबिम्ब दर्पण के पीछे है।
(आभासी छवि)
एक अवतल दर्पण की फोकल लंबाई - ve के रूप में ली जाती है। उत्तल दर्पण की फोकस दूरी को + ve लिया जाता है।

26.  जब गोलीय दर्पण द्वारा बना प्रतिबिम्ब वास्तविक होता है, तो वह उल्टा भी होता है और दर्पण के उसी तरफ होता है जिस ओर वस्तु होती है। चूँकि v और u दोनों ऋणात्मक हैं, आवर्धन ऋणात्मक है।

27.  जब गोलीय दर्पण द्वारा बना प्रतिबिम्ब आभासी होता है तो वह सीधा भी होता है तथा दर्पण के दूसरी ओर वस्तु के रूप में होता है। इस स्थिति में, u – ve है और v + ve है, इसलिए, m धनात्मक है।

28.  दर्पण सूत्र के लिए व्यंजक 1/u+1/v = 1/f है

29.  रैखिक आवर्धन व्यंजक द्वारा दिया जाता है

30.  यदि m धनात्मक है, तो प्रतिबिम्ब वस्तु के सापेक्ष सीधा होता है और यदि m ऋणात्मक है, तो प्रतिबिम्ब वस्तु के सापेक्ष उल्टा होता है।

31. एक अवतल दर्पण के लिए वस्तु की विभिन्न स्थितियों के लिए प्रतिबिम्ब की स्थिति नीचे दी गई तालिका में दर्शाई गई है। तालिका वस्तु की विभिन्न स्थितियों के लिए दर्पण के उपयोग को भी दर्शाती है।

उत्तल दर्पण के लिए वस्तु की विभिन्न स्थितियों के लिए छवि की स्थिति नीचे दी गई तालिका में दर्शाई गई है। तालिका वस्तु की विभिन्न स्थितियों के लिए दर्पण के उपयोग को भी दर्शाती है।

32.  एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर प्रकाश का मुड़ जाना प्रकाश का अपवर्तन कहलाता है

33.

34.  जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है, तो प्रकाश की आवृत्ति नहीं बदलती है।

35.  प्रकाश अपवर्तित होता है क्योंकि विभिन्न माध्यमों में इसकी गति भिन्न होती है।

36.  प्रकाश का अपवर्तन निम्नलिखित दो नियमों का पालन करता है :

• आपतित किरण, अपवर्तित किरण और आपतन बिंदु पर अभिलंब सभी एक ही तल में होते हैं।
• आपतन कोण की ज्या और अपवर्तन कोण की ज्या का अनुपात एक नियतांक होता है। इस
  स्थिरांक को अपवर्तन का सूचकांक या अपवर्तक सूचकांक कहा जाता है।
  

37. यदि  w n g  कांच के पानी का अपवर्तक सूचकांक है,  a n कांच   के सापेक्ष हवा का अपवर्तक सूचकांक है और  n w पानी   के संदर्भ में हवा का अपवर्तनांक है, तो

38.  सबसे परिचित और व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला ऑप्टिकल डिवाइस लेंस है। एक लेंस एक ऑप्टिकल प्रणाली है जिसमें दो अपवर्तक सतहें होती हैं। सबसे सरल लेंस में दो गोलाकार सतहें एक साथ काफी करीब होती हैं जिससे हम उनके बीच की दूरी की उपेक्षा कर सकते हैं। ऐसे लेंस को पतला लेंस कहा जाता है। दो सामान्य प्रकार के लेंस हैं अभिसारी लेंस या उत्तल लेंस, अपसारी लेंस या अवतल लेंस।

39.  यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, यदि उपरोक्त लेंस लेंस की तुलना में अधिक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री से घिरा हुआ है, तो उत्तल लेंस एक अवतल लेंस में परिवर्तित हो जाता है और इसके विपरीत।

40.  कोई भी लेंस जो अपने किनारों की तुलना में अपने केंद्र में मोटा होता है, धनात्मक f के साथ एक अभिसारी लेंस होता है, और कोई भी लेंस जो केंद्र की तुलना में इसके किनारों पर मोटा होता है, ऋणात्मक f वाला अपसारी लेंस होता है।

41.  प्रकाशिक केंद्र :  लेंस में केंद्रीय बिंदु C को प्रकाशिक केंद्र कहा जाता है। यदि कोई किरण प्रकाशिक केंद्र की ओर आपतित होती है, तो यह लेंस से बिना विचलित हुए गुजरती है।

42. प्रधान अक्ष:  चूंकि लेंस में दो गोलाकार सतहें होती हैं, इसलिए इसमें वक्रता के दो केंद्र होते हैं।
इन केंद्रों को मिलाने वाली और ऑप्टिकल केंद्र से गुजरने वाली रेखा को मुख्य अक्ष कहा जाता है।

43. द्वारक (Aperture) :  लेंस की प्रभावी चौड़ाई जिससे होकर अपवर्तन होता है, द्वारक कहलाता है।

44. फोकस तथा फोकस दूरी :  यदि किसी उत्तल लेंस के मुख्य अक्ष के समांतर गतिमान प्रकाश पुँज उस पर आपतित होता है तो किरणें अभिसरित होती हैं या मुख्य अक्ष पर किसी बिन्दु पर मिलती हैं। इस बिन्दु F को फोकस कहते हैं। दूरी CF को फोकस दूरी कहते हैं। यदि मुख्य अक्ष के समांतर चलती हुई प्रकाश की किरण अवतल लेंस पर आपतित होती है, तो प्रकाश की किरण अपसारित हो जाती है। यदि इन अपसरित किरणों को पीछे की ओर बढ़ाया जाता है, तो वे प्रिंसिपल पर एक बिंदु F पर मिलती हैं। एक्सिस। संचरित किरणें इसी बिंदु से आती हुई प्रतीत होती हैं। इस बिन्दु F को फोकस तथा दूरी CF को फोकस दूरी कहते हैं।

45.  किरण आरेख बनाने के लिए, हम निम्नलिखित नोट करते हैं :

• मुख्य अक्ष के समानांतर सभी किरणें अपवर्तन के बाद मुख्य फोकस से गुजरती हैं या इससे आती हुई प्रतीत होती हैं।
• फोकस से गुजरने वाली प्रकाश की किरण अपवर्तन के बाद मुख्य अक्ष के समानांतर हो जाती है।
• अपवर्तन के बाद लेंस के ऑप्टिकल केंद्र से गुजरने वाली प्रकाश की किरण बिना विचलित हुए गुजरती है।

46.  ​​एक उत्तल और एक अवतल लेंस को प्रिज्मों से मिलकर बनाया जा सकता है।

47.  अवतल लेंस द्वारा छवि निर्माण।

48.  उत्तल लेंस द्वारा छवि निर्माण।

49. नवीन कार्तीय चिह्न परिपाटी :

• सभी दूरियाँ, वस्तु दूरी (u), छवि दूरी (v) और फोकल लंबाई f ऑप्टिकल केंद्र से मापी जाती हैं।
• आपतित किरण की दिशा में मापी गई दूरियों को धनात्मक तथा आपतित किरण की दिशा के विरुद्ध मापी गई दूरियों को ऋणात्मक लिया जाता है।
• मुख्य अक्ष के ऊपर की वस्तुओं और छवियों की सभी दूरियों (ऊंचाई) को सकारात्मक और मुख्य अक्ष के नीचे की सभी दूरियों को नकारात्मक के रूप में लिया जाता है।

50.  दो लेंसों के लिए, चिह्न परिपाटी का रूप ले लेती है

• यू है- ve, अगर वस्तु लेंस के सामने है। (वास्तविक वस्तु)
• u धनात्मक है, यदि वस्तु आभासी है।
• v है – ve, यदि छवि उसी तरफ है जिस ओर वस्तु है। (आभासी तस्वीर )
• v + ve है, यदि प्रतिबिम्ब वास्तविक है।
• एक अवतल लेंस की फोकस दूरी – ve ली जाती है।
• एक उत्तल लेंस की फोकस दूरी को + ve लिया जाता है।

51.  उत्तल लेंस के लिए लेंस सूत्र 1/v-1/u = 1/f

52.  एक लेंस द्वारा उत्पादित रैखिक आवर्धन को छवि के आकार (h') के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो वस्तु के आकार (h) के आकार का होता है। यह मी द्वारा दर्शाया गया है,

53.  यदि किसी लेंस का आवर्धन ऋणात्मक है, तो बनने वाला प्रतिबिम्ब उल्टा और वास्तविक बनता है।

54.  यदि किसी लेंस का आवर्धन धनात्मक है, तो बनने वाला प्रतिबिम्ब सीधा और आभासी होता है।

55.  शक्ति को फोकल लंबाई के व्युत्क्रम के रूप में परिभाषित किया गया है। शक्ति को डायोप्टर में मापा जाता है।