प्रकाश परावर्तन

प्रकाशकिरण एखाद्या पृष्ठभागावर आदळून परत फिरण्याच्या क्रियेला प्रकाशाचे परावर्तन म्हणतात.

परावर्तनाचे नियम:

• पहिला नियम: आपाती किरण, परावर्तित किरण आणि आपतन बिंदूपाशी काढलेली स्तंभिका (Normal) हे सर्व एकाच प्रतलात (Plane) असतात.
• दुसरा नियम: आपतन कोनाचे माप (\(\angle i\)) आणि परावर्तन कोनाचे माप (\(\angle r\)) नेहमी समान असते. म्हणजेच, \(\angle i = \angle r\).

महत्वाचे मुद्दे:

• आपाती किरण (Incident Ray): पृष्ठभागावर पडणारा प्रकाशकिरण.
• परावर्तित किरण (Reflected Ray): पृष्ठभागावरून परावर्तित होऊन परत जाणारा प्रकाशकिरण.
• आपतन बिंदू (Point of Incidence): आपाती किरण पृष्ठभागाला ज्या बिंदूत छेदतो तो बिंदू.
• स्तंभिका (Normal): आपतन बिंदूपाशी पृष्ठभागाला लंब (90 अंश) असलेली काल्पनिक रेषा.
• आपतन कोन (Angle of Incidence, \(\angle i\)): आपाती किरण आणि स्तंभिका यांच्यातील कोन.
• परावर्तन कोन (Angle of Reflection, \(\angle r\)): परावर्तित किरण आणि स्तंभिका यांच्यातील कोन.

लक्षात ठेवा:

• हे नियम कोणत्याही प्रकारच्या परावर्तनासाठी (नियमित असो वा अनियमित) लागू होतात.
• जर प्रकाशकिरण आरशावर लंबरूप (90 अंश) पडला, तर तो त्याच मार्गाने परत परावर्तित होतो. कारण \(\angle i = 0\) असल्याने \(\angle r = 0\) असतो.

प्रकाशाचे परावर्तन पृष्ठभागाच्या स्वरूपानुसार दोन मुख्य प्रकारांमध्ये विभागले जाते:

1. नियमित परावर्तन (Regular Reflection)

• पृष्ठभाग: सपाट आणि गुळगुळीत (उदा. आरसा, स्थिर पाणी, पॉलिश केलेला धातू).
• आपाती किरण: समांतर आपाती किरण पृष्ठभागावर पडतात.
• परावर्तित किरण: परावर्तनानंतर सर्व किरण एकमेकांना समांतर राहतात.
• प्रतिमा: या प्रकारच्या परावर्तनामुळे स्पष्ट आणि तेजस्वी प्रतिमा तयार होते.
• कोन: आपाती किरणांचे आपतन कोन \((i_1, i_2, i_3...)\) समान असतात आणि परावर्तित किरणांचे परावर्तन कोन \((r_1, r_2, r_3...)\) देखील समान असतात. \((i_1 = i_2 = i_3 = ...)\) आणि \((r_1 = r_2 = r_3 = ...)\).
• परावर्तनाचे नियम: नियमित परावर्तनात परावर्तनाचे नियम पाळले जातात.

2. अनियमित परावर्तन (Irregular Reflection / Diffused Reflection)

• पृष्ठभाग: खडबडीत आणि असमान (उदा. भिंत, कागद, लाकडी पृष्ठभाग, खवळलेले पाणी).
• आपाती किरण: समांतर आपाती किरण पृष्ठभागावर पडतात.
• परावर्तित किरण: परावर्तनानंतर किरण वेगवेगळ्या दिशांना विखुरले जातात आणि एकमेकांना समांतर राहत नाहीत.
• प्रतिमा: या प्रकारच्या परावर्तनामुळे स्पष्ट प्रतिमा तयार होत नाही किंवा खूप धूसर प्रतिमा दिसते.
• कोन: प्रत्येक आपतन बिंदूपाशी पृष्ठभागाचा कोन वेगळा असल्याने, समांतर आपाती किरणांचे आपतन कोन \((i_1, i_2, i_3...)\) समान नसतात आणि त्यामुळे परावर्तन कोन \((r_1, r_2, r_3...)\) देखील समान नसतात. \((i_1 \ne i_2 \ne i_3 \ne ...)\) आणि \((r_1 \ne r_2 \ne r_3 \ne ...)\).
• परावर्तनाचे नियम: अनियमित परावर्तनातही परावर्तनाचे नियम प्रत्येक आपतन बिंदूपाशी पाळले जातात. किरण विखुरले जाण्याचे कारण पृष्ठभागाची खडबडीतपणा आहे, नियमांचे उल्लंघन नाही.

फरक सारणी:

| वैशिष्ट्य | नियमित परावर्तन (Regular Reflection) | अनियमित परावर्तन (Irregular Reflection) | |:-----------------|:------------------------------------------|:-------------------------------------------| | पृष्ठभाग | सपाट, गुळगुळीत, पॉलिश केलेला | खडबडीत, असमान, अपॉलिश केलेला | | परावर्तित किरण| एकमेकांना समांतर राहतात | वेगवेगळ्या दिशांना विखुरले जातात | | प्रतिमा | स्पष्ट आणि तेजस्वी प्रतिमा तयार होते | प्रतिमा तयार होत नाही किंवा धूसर असते | | उदाहरण | आरसा, स्थिर पाणी, नवीन धातूची प्लेट | भिंत, कागद, लाकडी पृष्ठभाग, खवळलेले पाणी | | नियमांचे पालन | प्रत्येक बिंदूपाशी नियमांचे पालन होते | प्रत्येक बिंदूपाशी नियमांचे पालन होते |

जेव्हा प्रकाशकिरण एका पृष्ठभागावरून परावर्तित होऊन दुसऱ्या पृष्ठभागावर पडतो आणि तेथून पुन्हा परावर्तित होतो, तेव्हा याला परावर्तित प्रकाशाचे परावर्तन म्हणतात. हे अनेक वेळा होऊ शकते.

दैनंदिन जीवनातील उदाहरणे:

• केशकर्तनालय (Hairdresser's Salon): केशकर्तनालयात समोरासमोर दोन आरसे असतात. मागील आरशातील प्रतिमेची प्रतिमा पुढील आरशात दिसते, ज्यामुळे आपण आपल्या पाठीमागील केसांची स्थिती पाहू शकतो. हे परावर्तित प्रकाशाच्या अनेक परावर्तनाचे उत्तम उदाहरण आहे.
• चंद्राचे प्रतिबिंब: चंद्र स्वतः प्रकाश उत्सर्जित करत नाही. सूर्याचा प्रकाश चंद्रावर पडतो आणि परावर्तित होतो. हा परावर्तित प्रकाश जेव्हा पाण्याच्या पृष्ठभागावर पडतो, तेव्हा तो पुन्हा परावर्तित होऊन आपल्याला चंद्राचे प्रतिबिंब दिसते. हे देखील परावर्तित प्रकाशाच्या परावर्तनाचे उदाहरण आहे.
• कॅलिडोस्कोप (Kaleidoscope): या उपकरणात अनेक आरसे विशिष्ट कोनात ठेवलेले असतात, ज्यामुळे वस्तूंच्या अनेक प्रतिमा तयार होतात आणि सुंदर नक्षीकाम दिसते.
• पेरिस्कोप (Periscope): या उपकरणात दोन आरसे वापरले जातात, ज्यामुळे अडथळ्यांच्या पलीकडील वस्तू पाहता येतात.

प्रतिमांची संख्या: दोन आरसे \(\theta\) कोनात ठेवल्यास तयार होणाऱ्या प्रतिमांची संख्या \(n\) खालील सूत्राने काढता येते: \(n = \frac{360^\circ}{\theta} - 1\)

• जर \(\frac{360^\circ}{\theta}\) पूर्णांक नसेल, तर \(n\) हे \(\frac{360^\circ}{\theta}\) च्या पूर्णांक भागाच्या सर्वात जवळचे विषम पूर्णांक असते.
• जर \(\frac{360^\circ}{\theta}\) सम पूर्णांक असेल, तर \(n = \frac{360^\circ}{\theta} - 1\).
• जर \(\frac{360^\circ}{\theta}\) विषम पूर्णांक असेल आणि वस्तू आरशांच्या सममिती रेषेवर (Symmetry Line) असेल, तर \(n = \frac{360^\circ}{\theta} - 1\).
• जर \(\frac{360^\circ}{\theta}\) विषम पूर्णांक असेल आणि वस्तू आरशांच्या सममिती रेषेवर नसेल, तर \(n = \frac{360^\circ}{\theta}\).

उदाहरण:

• दोन आरसे 90° कोनात ठेवल्यास: \(n = \frac{360}{90} - 1 = 4 - 1 = 3\) प्रतिमा तयार होतात.
• दोन आरसे 60° कोनात ठेवल्यास: \(n = \frac{360}{60} - 1 = 6 - 1 = 5\) प्रतिमा तयार होतात.
• दोन आरसे एकमेकांना समांतर ठेवल्यास (\(\theta = 0^\circ\)): \(n = \frac{360}{0} - 1 = \infty\) (अनंत) प्रतिमा तयार होतात. (केशकर्तनालयातील स्थिती)

रचना:

• कॅलिडोस्कोपमध्ये साधारणपणे तीन आयताकृती आरसे त्रिकोणी स्वरूपात (परावर्तक पृष्ठभाग आतल्या बाजूला) चिकटपट्ट्यांनी जोडलेले असतात.
• एका बाजूला पांढरा कागद चिकटवून ती बाजू बंद केली जाते.
• आरशांच्या पोकळीत रंगीत काचेचे तुकडे, बांगड्यांचे तुकडे किंवा मणी टाकले जातात.
• दुसरी बाजूही कागदाने बंद करून त्या कागदास एक छोटे छिद्र पाडले जाते, ज्यातून पाहिले जाते.

कार्यपद्धती:

• छिद्रातून पाहिल्यास, आतील रंगीत तुकड्यांच्या असंख्य प्रतिमा तयार झालेल्या दिसतात.
• या प्रतिमा आरशांमधील अनेक परावर्तनांमुळे (Multiple Reflections) तयार होतात.
• कॅलिडोस्कोप हलवल्यास, काचेचे तुकडे जागा बदलतात आणि प्रत्येक वेळी नवीन आणि वेगळी नक्षी तयार होते. एकदा तयार झालेली नक्षी सहजासहजी पुन्हा तयार होत नाही.

उपयोग:

• मनोरंजन: मुलांसाठी एक खेळणी म्हणून.
• डिझाइन: वस्त्रोद्योग व्यवसायातील डिझायनर्स (अभिकल्पक) आणि भिंती सुशोभित करण्यासाठी वापरला जाणारा नक्षीदार कागद तयार करणारे कॅलिडोस्कोपचा उपयोग वेगवेगळ्या आणि आकर्षक नक्षी शोधण्यासाठी करतात.

रचना:

• पेरिस्कोपमध्ये दोन सपाट आरसे वापरले जातात.
• हे आरसे एका नळीच्या आत एकमेकांना समांतर आणि 45° कोनात बसवलेले असतात.
• नळीच्या वरच्या आणि खालच्या बाजूस दोन खिडक्या (छिद्र) असतात.

कार्यपद्धती:

• वरच्या खिडकीतून येणारे प्रकाशकिरण पहिल्या आरशावर 45° कोनात पडतात आणि परावर्तित होतात.
• हे परावर्तित किरण नळीतून खाली येतात आणि दुसऱ्या आरशावर पडतात.
• दुसऱ्या आरशातून परावर्तित होऊन ते खालच्या खिडकीतून पाहणाऱ्या व्यक्तीच्या डोळ्यात जातात.
• यामुळे अडथळ्यांच्या पलीकडील किंवा वरच्या वस्तू पाहता येतात.

उपयोग:

• पाणबुडी (Submarine): पाणबुडीमध्ये समुद्राखाली राहून समुद्रावरील जहाजे किंवा वस्तू पाहण्यासाठी पेरिस्कोपचा उपयोग केला जातो.
• बंकर्स (Bunkers): युद्धात बंकर्समध्ये (जमिनीखालील आश्रयस्थान) राहून भूपृष्ठावरील शत्रूच्या हालचालींवर नजर ठेवण्यासाठी पेरिस्कोप वापरतात.
• सैन्य: सैन्यात लपून शत्रूवर नजर ठेवण्यासाठी.

लक्षात ठेवा: पेरिस्कोप देखील परावर्तित प्रकाशाच्या परावर्तनावर आधारित आहे, परंतु येथे फक्त दोन वेळा परावर्तन होते.