परावर्तन एवं अपवर्तन | Reflection and Refraction | Mathwayy
NCERT कक्षा 10 विज्ञान
अध्याय 9: प्रकाश - परावर्तन एवं अपवर्तन
अध्याय संख्या
अध्याय 9
विषय
विज्ञान
कक्षा
कक्षा 10
परिचय
प्रकाश एक प्रकार की ऊर्जा है जो हमें वस्तुओं को देखने में सहायता करती है। यह सरल रेखा में चलती है। जब प्रकाश किसी सतह से टकराता है तो यह या तो परावर्तित हो जाता है या अपवर्तित हो जाता है। इस अध्याय में हम प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन के नियमों, दर्पणों और लेंसों की कार्यप्रणाली, तथा इनके दैनिक जीवन में उपयोग के बारे में अध्ययन करेंगे।
मुख्य अवधारणा: प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन को समझने के लिए किरण आरेखों का उपयोग महत्वपूर्ण है। परावर्तन में प्रकाश किरणें एक सीधी रेखा में चलती हुई किसी सतह से टकराकर वापस लौटती हैं, जबकि अपवर्तन में प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में प्रवेश करने पर अपनी दिशा बदल लेती है।
प्रकाश का परावर्तन
दर्पणों में प्रतिबिंब
प्रकाश का अपवर्तन
लेंसों में प्रकाश का मुड़ना
गोलीय दर्पण
अवतल और उत्तल दर्पण
लेंस
उत्तल और अवतल लेंस
प्रकाश का परावर्तन
परावर्तन के नियम:
1. आपतन कोण (i) सदैव परावर्तन कोण (r) के बराबर होता है।
2. आपतित किरण, परावर्तित किरण और आपतन बिंदु पर अभिलंब सभी एक ही तल में होते हैं।
समतल दर्पण
• सीधा और समान आकार का प्रतिबिंब
• प्रतिबिंब दर्पण के पीछे उतनी ही दूरी पर बनता है
• बायाँ-दायाँ उलट जाता है
• उदाहरण: शीशा, सजावटी दर्पण
गोलीय दर्पण
• अवतल दर्पण: परावर्तक सतह अंदर की ओर
• उत्तल दर्पण: परावर्तक सतह बाहर की ओर
• ध्रुव (P), वक्रता केंद्र (C), फोकस (F), वक्रता त्रिज्या (R)
• मुख्य अक्ष: दर्पण के ध्रुव और वक्रता केंद्र से गुजरने वाली रेखा
दर्पण सूत्र और आवर्धन
| गुण | अवतल दर्पण | उत्तल दर्पण |
|---|---|---|
| प्रतिबिंब की प्रकृति | वास्तविक या आभासी | सदैव आभासी |
| प्रतिबिंब का आकार | बढ़ा हुआ या छोटा | सदैव छोटा |
| उपयोग | शेविंग मिरर, दंत दर्पण | वाहनों के साइड मिरर |
| फोकस दूरी | ऋणात्मक | धनात्मक |
उदाहरण: अवतल दर्पण
एक अवतल दर्पण की फोकस दूरी 20 cm है। यदि किसी वस्तु को दर्पण से 30 cm दूर रखा जाए तो प्रतिबिंब की स्थिति ज्ञात कीजिए।
हल:
f = -20 cm (अवतल दर्पण), u = -30 cm
दर्पण सूत्र: 1/f = 1/v + 1/u
1/(-20) = 1/v + 1/(-30)
-1/20 = 1/v - 1/30
1/v = -1/20 + 1/30 = (-3 + 2)/60 = -1/60
v = -60 cm
प्रतिबिंब दर्पण के सामने 60 cm की दूरी पर बनेगा।
प्रकाश का अपवर्तन
अपवर्तन के नियम:
1. आपतित किरण, अपवर्तित किरण और दो माध्यमों को पृथक करने वाली सतह के आपतन बिंदु पर अभिलंब सभी एक ही तल में होते हैं।
2. किन्हीं दो माध्यमों के लिए तथा प्रकाश के एक विशेष रंग के लिए आपतन कोण (i) की ज्या (sine) और अपवर्तन कोण (r) की ज्या (sine) का अनुपात एक नियतांक होता है। इसे स्नेल का नियम भी कहते हैं: n = sin i / sin r
अपवर्तनांक
• किसी माध्यम का अपवर्तनांक: n = c/v
• c = निर्वात में प्रकाश की चाल (3×10⁸ m/s)
• v = माध्यम में प्रकाश की चाल
• निर्वात के लिए n=1, वायु के लिए n≈1
• जल का अपवर्तनांक: 1.33, काँच का: 1.5
लेंस
• उत्तल लेंस: किनारों की तुलना में बीच में मोटा
• अवतल लेंस: किनारों की तुलना में बीच में पतला
• फोकस दूरी: लेंस की क्षमता का माप
• प्रकाश किरणों को अभिसारित या अपसारित करता है
लेंस सूत्र और शक्ति
दृष्टि दोष और उनका संशोधन
1. निकटदृष्टि (मायोपिया): दूर की वस्तुएँ स्पष्ट नहीं दिखाई देतीं। संशोधन: अवतल लेंस
2. दूरदृष्टि (हाइपरमेट्रोपिया): निकट की वस्तुएँ स्पष्ट नहीं दिखाई देतीं। संशोधन: उत्तल लेंस
3. जरादूरदृष्टि (प्रेस्बायोपिया): उम्र के साथ निकट दृष्टि का कमजोर होना। संशोधन: बाइफोकल लेंस
4. अबिंदुकता (एस्टिग्मेटिज्म): दृष्टि धुंधली या विकृत दिखाई देना। संशोधन: बेलनाकार लेंस
उदाहरण: उत्तल लेंस
एक उत्तल लेंस की फोकस दूरी 15 cm है। यदि किसी वस्तु को लेंस से 30 cm दूर रखा जाए तो प्रतिबिंब की स्थिति ज्ञात कीजिए।
हल:
f = +15 cm (उत्तल लेंस), u = -30 cm
लेंस सूत्र: 1/f = 1/v - 1/u
1/15 = 1/v - 1/(-30)
1/15 = 1/v + 1/30
1/v = 1/15 - 1/30 = (2 - 1)/30 = 1/30
v = +30 cm
प्रतिबिंब लेंस के दूसरी ओर 30 cm की दूरी पर बनेगा।
महत्वपूर्ण प्रश्न
1. प्रकाश के परावर्तन के नियम लिखिए। अवतल दर्पण द्वारा बनने वाले प्रतिबिंबों की प्रकृति की विभिन्न स्थितियों का वर्णन कीजिए।
प्रकाश के परावर्तन के नियम:
(क) आपतन कोण (i) सदैव परावर्तन कोण (r) के बराबर होता है।
(ख) आपतित किरण, परावर्तित किरण और आपतन बिंदु पर अभिलंब सभी एक ही तल में होते हैं।
अवतल दर्पण द्वारा बनने वाले प्रतिबिंब:
1. वस्तु अनंत पर: प्रतिबिंब फोकस पर वास्तविक, उल्टा और अत्यधिक छोटा बनता है।
2. वस्तु वक्रता केंद्र से परे: प्रतिबिंब फोकस और वक्रता केंद्र के बीच वास्तविक, उल्टा और छोटा बनता है।
3. वस्तु वक्रता केंद्र पर: प्रतिबिंब वक्रता केंद्र पर ही वास्तविक, उल्टा और समान आकार का बनता है।
4. वस्तु वक्रता केंद्र और फोकस के बीच: प्रतिबिंब वक्रता केंद्र से परे वास्तविक, उल्टा और बड़ा बनता है।
5. वस्तु फोकस पर: प्रतिबिंब अनंत पर बनता है।
6. वस्तु फोकस और दर्पण के बीच: प्रतिबिंब दर्पण के पीछे आभासी, सीधा और बड़ा बनता है।
2. प्रकाश के अपवर्तन से आप क्या समझते हैं? स्नेल का नियम लिखिए। उत्तल लेंस द्वारा बनने वाले प्रतिबिंबों की विभिन्न स्थितियों का वर्णन कीजिए।
प्रकाश का अपवर्तन: जब प्रकाश की किरण एक माध्यम से दूसरे माध्यम में प्रवेश करती है तो दोनों माध्यमों को पृथक करने वाले तल पर उसकी दिशा में परिवर्तन हो जाता है। इस घटना को प्रकाश का अपवर्तन कहते हैं।
स्नेल का नियम: किन्हीं दो पारदर्शी माध्यमों के लिए तथा एक विशेष रंग के प्रकाश के लिए आपतन कोण (i) की ज्या (sine) और अपवर्तन कोण (r) की ज्या (sine) का अनुपात एक नियतांक होता है। इसे दूसरे माध्यम का पहले माध्यम के सापेक्ष अपवर्तनांक कहते हैं।
n = sin i / sin r
उत्तल लेंस द्वारा बनने वाले प्रतिबिंब:
1. वस्तु अनंत पर: प्रतिबिंब फोकस पर वास्तविक, उल्टा और अत्यधिक छोटा बनता है।
2. वस्तु 2F से परे: प्रतिबिंब F और 2F के बीच वास्तविक, उल्टा और छोटा बनता है।
3. वस्तु 2F पर: प्रतिबिंब 2F पर वास्तविक, उल्टा और समान आकार का बनता है।
4. वस्तु F और 2F के बीच: प्रतिबिंब 2F से परे वास्तविक, उल्टा और बड़ा बनता है।
5. वस्तु F पर: प्रतिबिंब अनंत पर बनता है।
6. वस्तु F और लेंस के बीच: प्रतिबिंब वस्तु की ओर ही आभासी, सीधा और बड़ा बनता है।