भौतिक प्रकाशिकीमधील प्रकाश लहरींसंबंधी प्रश्नांची आणि सूत्रांची उदाहरणे
प्रकाशाची वैशिष्ट्ये
१. प्रकाश ही एक विद्युतचुंबकीय लहर आहे, म्हणून प्रकाश...
अ. प्रतिबिंबाचा अनुभव घेत नाही
ब. अपवर्तन होत नाही
C. प्रसार माध्यमाची आवश्यकता नसते
डी. त्याच्या प्रसारात ऊर्जा वाहून नेत नाही.
चर्चा
प्रकाश एक तरंग आहे, त्यामुळे इतर तरंगांप्रमाणेच त्याच्या प्रसारणादरम्यान परावर्तन आणि अपवर्तन होते, तसेच तो ऊर्जा वाहून नेतो. प्रकाश एक विद्युतचुंबकीय तरंग आहे, म्हणून त्याला प्रसारणासाठी माध्यमाची आवश्यकता नसते.
योग्य उत्तर C आहे.
२. पुढील विधानाकडे लक्ष द्या:
प्रकाश सरळ रेषेत प्रवास करतो.
२. प्रकाश ही एक विद्युत चुंबकीय लहर आहे.
३. प्रकाश शोषला जाऊ शकतो.
४. प्रकाश विद्युत प्रभार वाहून नेतो.
प्रकाशाच्या गुणधर्मांविषयीचे योग्य विधान हे आहे...
अ. फक्त विधान १
ब. विधाने १ आणि ३
सी. विधाने १, २ आणि ३
डी. सर्व विधाने सत्य आहेत
चर्चा
प्रकाश सरळ रेषेत प्रवास करतो.
हे विधान सत्य आहे कारण प्रकाश जरी अनुप्रस्थ तरंगाप्रमाणे प्रवास करत असला तरी, प्रकाशाचा मार्ग एक सरळ रेषा असतो. भूमितीय प्रकाशिकी (प्रकाशाचे परावर्तन आणि अपवर्तन) या विषयात, प्रकाशाला एक किरण म्हणून दर्शवले जाते, ज्याच्या गतीचा मार्ग एक सरळ रेषा असतो.
२. प्रकाश ही एक विद्युतचुंबकीय लहर आहे:
हे विधान सत्य आहे कारण प्रकाश ही एक विद्युतचुंबकीय लहर आहे, जिच्या प्रसारासाठी माध्यमाची आवश्यकता नसते.
३. प्रकाश शोषला जाऊ शकतो:
हे विधान सत्य आहे. प्रकाश हा एक प्रकारचा विद्युतचुंबकीय तरंग आहे. सर्व तरंग, मग ते यांत्रिक असोत किंवा विद्युतचुंबकीय, एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी प्रवास करताना ऊर्जा वाहून नेतात. त्यामुळे, प्रकाशाची काही ऊर्जा तो ज्या माध्यमातून जातो त्या माध्यमाद्वारे शोषली जाऊ शकते. उदाहरणार्थ, जेव्हा प्रकाश एका सपाट आरशाकडे जातो, तेव्हा बहुतेक प्रकाश परावर्तित होतो, परंतु एक लहान भाग आरशाद्वारे शोषला जातो.
४. प्रकाशावर विद्युत प्रभार असतो:
हे विधान असत्य आहे. प्रकाश ही एक विद्युतचुंबकीय लहर आहे, आणि विद्युतचुंबकीय लहरी दोलायमान विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांमुळे निर्माण होतात. विद्युतचुंबकीय लहरी प्रवेगित विद्युत प्रभारांद्वारे उत्सर्जित होतात.
योग्य उत्तर C आहे.
परिपूर्ण प्रतिबिंब
३. उजवीकडील चित्रात एक हिऱ्याचा खडा दाखवला आहे, जो खूप महाग आहे कारण त्या हिऱ्यावरून परावर्तित होणारा प्रकाश खूप चमकदार दिसतो. ही घटना यामुळे घडते…
अ. परिपूर्ण अपवर्तन, जिथे प्रकाश कमी घनतेच्या माध्यमातून अधिक घनतेच्या माध्यमात प्रवेश करतो.
ब. परिपूर्ण अपवर्तन, जिथे आपतन कोन सीमा कोनापेक्षा लहान असतो.
C. परिपूर्ण परावर्तन, जिथे प्रकाश कमी घनतेच्या माध्यमातून जास्त घनतेच्या माध्यमात जातो.
डी. परिपूर्ण परावर्तन, जिथे आपतन कोन सीमा कोनापेक्षा मोठा असतो.
चर्चा
प्रकाश विकिरण आणि परिपूर्ण परावर्तनामुळे हिऱ्यातून येणारा प्रकाश चमकतो. जेव्हा प्रकाश जास्त अपवर्तनांक असलेल्या माध्यमातून कमी अपवर्तनांक असलेल्या माध्यमात जातो, तेव्हा परिपूर्ण परावर्तन होते. उदाहरणार्थ, प्रकाश हिऱ्यातून (ज्याचा अपवर्तनांक जास्त आहे) हवेत (ज्याचा अपवर्तनांक कमी आहे) जातो. हे अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, खालील चित्राचे निरीक्षण करा.
जेव्हा प्रकाश जास्त अपवर्तनांक असलेल्या माध्यमातून कमी अपवर्तनांक असलेल्या माध्यमात जातो, तेव्हा तो अभिलंबापासून दूर वाकतो. जर आपतन कोन (i) जास्त असेल, तर अपवर्तन कोन (r) सुद्धा जास्त असतो. एका विशिष्ट आपतन कोनावर, अपवर्तन कोन ९०° असतो. ज्या आपतन कोनाचा अपवर्तन कोन ९०° असतो, त्या कोनाला क्रांतिक कोन (θk) किंवा सीमा कोन म्हणतात. जर आपतन कोन क्रांतिक कोन किंवा सीमा कोनापेक्षा जास्त असेल, तर प्रकाशाचे अपवर्तन होत नाही; सर्व प्रकाश परावर्तित होतो.
योग्य उत्तर D आहे.
४. २०११ राष्ट्रीय विज्ञान ऑलिम्पियाड, जिल्हा/शहर स्तरावरील कनिष्ठ माध्यमिक शाळांसाठी प्रश्न क्र. ३९
परिपूर्ण प्रतिबिंबाचे लक्षण असलेली पुढील घटना म्हणजे….
अ. इंद्रधनुष्य
बी. मृगजळ
सी. रंगीत तलाव
डी. दृष्टिवैषम्य
चर्चा
मृगजळाला परिपूर्ण परावर्तनाची घटना म्हटले जाते, कारण या प्रक्रियेत हवेतून येणारा कोणताही प्रकाश रस्त्याच्या पृष्ठभागाद्वारे अपवर्तित होत नाही, उलट असे दिसते की जणू काही सर्व प्रकाश रस्त्याच्या पृष्ठभागाद्वारे परावर्तित झाला आहे. हवेच्या थरांच्या वेगवेगळ्या घनतेमुळे त्यांचे अपवर्तनांक वेगवेगळे असतात आणि प्रकाश त्या थरांमधून प्रवास करतो, त्यामुळे मृगजळ निर्माण होते. वास्तविक पाहता, प्रकाश रस्त्याच्या पृष्ठभागाद्वारे परावर्तित होत नाही, तर वेगवेगळे अपवर्तनांक असलेल्या हवेच्या थरांद्वारे तो अपवर्तित (वाकतो) होतो.
योग्य उत्तर B आहे.
४. २०११ राष्ट्रीय विज्ञान ऑलिम्पियाड, जिल्हा/शहर स्तरावरील कनिष्ठ माध्यमिक शाळांसाठी प्रश्न क्र. ३९
उष्ण दिवशी डांबरी रस्त्याच्या पृष्ठभागावरील तेलाचा तवंग दिसणे ही मूलतः एक संपूर्ण परावर्तनाची घटना असते कारण...
अ. हवेच्या वरच्या थरांचा अपवर्तनांक खालच्या थरांपेक्षा जास्त असतो.
ब. हवेच्या वरच्या थरांचा अपवर्तनांक खालच्या थरांपेक्षा कमी असतो.
C. पाण्याचे थेंब परावर्तनाच्या वेगवेगळ्या कोनांवर वेगवेगळे रंग परावर्तित करतात.
डी. पाण्याचे थेंब वेगवेगळ्या अपवर्तन कोनांवर वेगवेगळे रंग परावर्तित करतात.
चर्चा
उष्ण दिवशी डांबरी रस्त्यावर पसरलेला तेलाचा थर हे मृगजळाचे उदाहरण आहे. रस्त्याजवळील हवेचा थर आणि त्यावरील हवेचा थर यांच्या अपवर्तनांकामधील फरकामुळे मृगजळ निर्माण होते.
उष्ण दिवशी, रस्त्याचा पृष्ठभाग त्याच्या थेट वरची हवा तापवतो, ज्यामुळे रस्त्याच्या पृष्ठभागाच्या थेट वरचा हवेचा थर, प्रवाहाच्या दिशेने पुढे असलेल्या हवेच्या थरापेक्षा अधिक उष्ण होतो. उष्ण हवेच्या थरात जास्त आकारमान विस्तार होतो, ज्यामुळे त्याची घनता कमी होते. याउलट, त्याच्या वरच्या कमी उष्ण हवेच्या थरात कमी आकारमान विस्तार होतो, ज्यामुळे त्याची घनता जास्त होते. त्यामुळे खालचा हवेचा थर कमी घनतेचा असतो, तर वरचा हवेचा थर जास्त घनतेचा असतो.
खालच्या बाजूचा (रस्त्याच्या पृष्ठभागाच्या जवळचा) हवेचा थर कमी घनतेचा असल्यामुळे, त्यातून जाताना प्रकाश अधिक वेगाने जातो, तर वरच्या बाजूचा हवेचा थर अधिक घनतेचा असल्यामुळे, त्यातून जाताना प्रकाश हळू जातो.
अपवर्तनांकाचे सूत्र आहे: n = c / v, जिथे n हा अपवर्तनांक आहे, c = निर्वात पोकळीतील प्रकाशाचा वेग = स्थिर = 3 x 108 m/s, v = माध्यमातील प्रकाशाचा वेग. या सूत्रानुसार, c स्थिर ठेवला जातो, जेणेकरून v वाढल्यास n लहान होईल आणि याउलट, v कमी झाल्यास n मोठा होईल.
प्रकाश हवेच्या खालच्या थरात अधिक वेगाने प्रवास करतो (v मोठा असतो) त्यामुळे खालच्या हवेच्या थराचा अपवर्तनांक कमी असतो (n लहान असतो) तर प्रकाश हवेच्या वरच्या थरात हळू प्रवास करतो (v लहान असतो) त्यामुळे वरच्या हवेच्या थराचा अपवर्तनांक जास्त असतो (n मोठा असतो).
योग्य उत्तर A आहे.
अपवर्तक निर्देशांक
६. हवेमध्ये दृश्य प्रकाश किरणाची तरंगलांबी ५१० nm आहे. जर प्रकाश किरण १.५ अपवर्तनांक असलेल्या माध्यमात प्रवेश करतो, तर त्याची तरंगलांबी बदलते….
अ. ६८० एनएम
बी. ५१० एनएम
सी. ३४० एनएम
डी. १७० एनएम
चर्चा
हे ज्ञात आहे की:
तरंगलांबी (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 मीटर
अपवर्तनांक (n) = 1,5
प्रश्न: तरंगलांबी (λ) बदलून … होते.
उत्तर :
तरंगलांबी (λ) ३४० नॅनोमीटरपर्यंत बदलते.
योग्य उत्तर C आहे.
७. एका स्वच्छ डबक्याच्या तळावर एक मासा दिसतो, डबक्याची खोली २ मीटर आहे आणि त्याचा अपवर्तनांक ४/३ आहे. जर तो मासा डबक्याच्या पृष्ठभागाला जवळजवळ लंब दिशेने दिसत असेल, तर तो डबक्याच्या पृष्ठभागापासून किती अंतरावर दिसेल?
अ. तलावाच्या पृष्ठभागापासून १ मीटर
ब. तलावाच्या पृष्ठभागापासून १.५ मीटर
C. तलावाच्या पृष्ठभागापासून २ मीटर
डी. तलावाच्या पृष्ठभागापासून २.६७ मीटर
चर्चा
हे ज्ञात आहे की:
तलावाचा अपवर्तनांक = ४/३
तलावाची खोली = २ मीटर
प्रश्न: तलावाच्या पृष्ठभागावरून मासा किती अंतरावरून दिसू शकतो?
उत्तर :
भासमान अंतर = 1 : n (वास्तविक अंतर)
भासमान अंतर = १ : ४/३ (२ मीटर)
भासमान अंतर = 1 x 3/4 (2 मीटर)
भासमान अंतर = ३/४ (२ मीटर)
भासमान अंतर = ६/४
भासमान अंतर = १.५ मीटर
तलावाच्या पृष्ठभागावरून दिसणाऱ्या माशाचे अंतर = १.५ मीटर
योग्य उत्तर B आहे.
८. ज्या चॅनलचा सभोवतालच्या वातावरणाच्या तुलनेत अपवर्तनांक … आहे, त्यामधून प्रकाश प्रसारित होऊ शकतो.
अ. > १
बी. = १
सी. < १
डी. = ०
चर्चा
निर्वाताचा अपवर्तनांक = १.००००
माध्यमाचा अपवर्तनांक निर्वात पोकळीच्या अपवर्तनांकापेक्षा जास्त असतो.
योग्य उत्तर A आहे.
प्रकाशाचे विकिरण
९. प्रकीर्णन कोन म्हणजे एकवर्णी प्रकाशाच्या दोन रंगांमधील असा कोन आहे जो …. या घटनेत निर्माण होतो.
अ. प्रकाशाचे ध्रुवीकरण
ब. प्रकाश शोषण
C. प्रकाशाचे विकिरण
डी. प्रकाशाचे विवर्तन
चर्चा
एकवर्णी प्रकाश म्हणजे असा प्रकाश ज्याचा रंग किंवा तरंगलांबी एकच असते. सूर्यप्रकाशासारखा पांढरा प्रकाश हा सर्व रंगांचे मिश्रण असतो, ज्यातील प्रत्येक रंगाची तरंगलांबी किंवा वारंवारता वेगळी असते. पांढऱ्या प्रकाशाचे दृश्यमान वर्णपटात (लाल, नारंगी, पिवळा, हिरवा, निळा, निळसर आणि जांभळा) होणाऱ्या विभाजनाला प्रकाश विकिरण म्हणतात.
प्रिझम, पाण्याचे थेंब किंवा इतर वस्तूंमुळे प्रकाशाचे विकिरण होऊ शकते. इंद्रधनुष्य हे दैनंदिन जीवनातील प्रकाश विकिरणाचे एक उदाहरण आहे, जिथे पावसाच्या थेंबांमुळे सूर्यप्रकाश विखुरला जातो.
योग्य उत्तर C आहे.
४. २०११ राष्ट्रीय विज्ञान ऑलिम्पियाड, जिल्हा/शहर स्तरावरील कनिष्ठ माध्यमिक शाळांसाठी प्रश्न क्र. ३९
इंद्रधनुष्य हे अर्धवर्तुळाकार रंगाच्या रंगीबेरंगी रिबनसारखे दिसते. खाली दिलेल्या इंद्रधनुष्याच्या चार रंगांचा, सर्वात लहान त्रिज्येपासून सर्वात मोठ्या त्रिज्येपर्यंतचा योग्य क्रम… आहे.
अ. लाल, नारंगी, पिवळा, हिरवा
बी. निळा, जांभळा, हिरवा, पिवळा
सी. हिरवा, निळा, निळसर, जांभळा
डी. इंडिगो, निळा, हिरवा, पिवळा
चर्चा
इंद्रधनुष्यातील रंगांचा क्रम लाल, नारंगी, पिवळा, हिरवा, निळा, निळसर जांभळा आणि जांभळा असा आहे.
लाल प्रकाशाची तरंगलांबी सर्वात जास्त असते, तर जांभळ्या प्रकाशाची सर्वात कमी असते. प्रत्येक रंगाच्या प्रकाशाचे विचलन त्याच्या तरंगलांबीवर अवलंबून असते.
जेव्हा पांढरा सूर्यप्रकाश पावसाच्या थेंबांमुळे विखुरला जातो, तेव्हा जास्त तरंगलांबीचा प्रकाश कमी विचलित होतो, तर कमी तरंगलांबीचा प्रकाश जास्त विचलित होतो. खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, लाल प्रकाश सर्वात कमी विचलित होतो कारण त्याची तरंगलांबी जास्त असते, तर जांभळा प्रकाश सर्वात जास्त विचलित होतो कारण त्याची तरंगलांबी कमी असते. त्यामुळे, निरीक्षकाच्या डोळ्यांना लाल प्रकाश वरच्या बाजूला आणि जांभळा प्रकाश खालच्या बाजूला दिसतो.
इंद्रधनुष्यातील सर्व रंगांचा प्रकाश अर्धवर्तुळाकार असतो, ज्यात लाल रंगाचे वर्तुळ सर्वात वर असल्यामुळे त्याची त्रिज्या सर्वात मोठी असते, तर जांभळ्या रंगाचे वर्तुळ सर्वात खाली असल्यामुळे त्याची त्रिज्या सर्वात लहान असते.
सर्वात मोठ्या त्रिज्येपासून सर्वात लहान त्रिज्येपर्यंत प्रकाशाच्या रंगांचा क्रम लाल, नारंगी, पिवळा, हिरवा, निळा, निळसर जांभळा आणि व्हायलेट असा आहे.
योग्य उत्तर D आहे.
११. पाण्याच्या पृष्ठभागावरील तेलाच्या थरामुळे येणारे फिकट रंग या घटनेमुळे निर्माण होतात...
अ. हस्तक्षेप
बी. ध्रुवीकरण
सी. डिस्पर्सी
डी. विवर्तन
चर्चा
योग्य उत्तर C आहे.
