வடிவியல் ஒளியியல் பற்றிய இயற்பியல் பாடப்பொருள்

வடிவியல் ஒளியியல் பற்றிய இயற்பியல் பாடப்பொருள்

வடிவியல் ஒளியியல் என்பது 'கதிர்' அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்தி ஒளியின் நடத்தையை ஆராயும் இயற்பியலின் ஒரு பிரிவாகும். இந்த அணுகுமுறையில், ஒளி நேர்கோடுகளில் பயணிப்பதாகவும், ஒரு பிரதிபலிக்கும் பரப்பின் மீது மோதும்போது பிரதிபலிப்பதாகவும், இரண்டு வெவ்வேறு ஊடகங்கள் வழியே செல்லும்போது ஒளிவிலகல் அடைவதாகவும் கருதப்படுகிறது. ஒளி அடிப்படையில் ஒரு மின்காந்த அலையாக இருந்தாலும் , வடிவியல் ஒளியியல் பல அன்றாட நிகழ்வுகளை விளக்குவதற்கு மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது. மேலும், உருப்பெருக்கிகள், கேமராக்கள், பெரிஸ்கோப்புகள், நுண்ணோக்கிகள் மற்றும் தொலைநோக்கிகள் போன்ற பல்வேறு ஒளியியல் கருவிகளின் செயல்பாட்டிற்கு இதுவே அடிப்படையாகவும் விளங்குகிறது.

1. வடிவியல் ஒளியியலின் அடிப்படைக் கருத்துகள்

வடிவியல் ஒளியியலில் பல முக்கியமான கருத்துகள் உள்ளன:

1. ஒளிக்கதிர்கள்: ஒளி பரவும் திசையை நேர்கோடாக வரைந்து காட்டும் ஒரு வடிவம்.
2. ஒளிக்கற்றை: ஒளிக்கதிர்களின் தொகுப்பு. இந்தக் கற்றை இணையாகவோ, குவிவதாகவோ, அல்லது விரிவதாகவோ இருக்கலாம்.
3. ஊடகம்: ஒளி பரவுவதற்குப் பயன்படும் ஒரு இடைநிலைப் பொருள், எடுத்துக்காட்டாக காற்று, நீர், கண்ணாடி அல்லது நெகிழி.

வடிவவியல் ஒளியியலின் முக்கிய அனுமானம் என்னவென்றால், ஒளியின் அலைநீளமானது அது இடைவினை புரியும் பொருட்களின் அளவை விட மிகவும் சிறியது என்பதாகும். அதனால், பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில் குறுக்கீடு மற்றும் விளிம்பு விளைவு போன்ற அலைப் பண்புகளைப் புறக்கணிக்கலாம்.

2. ஒளி பிரதிபலிப்பு (பிரதிபலிப்பு)

ஒளி ஒரு பரப்பின் மீது பட்டு, தனது அசல் ஊடகத்திற்கே திரும்பும்போது ஒளிப் பிரதிபலிப்பு ஏற்படுகிறது. கண்ணாடியால் பிரதிபலிக்கப்படும் ஒளியே இதற்கு எளிய எடுத்துக்காட்டு.

பிரதிபலிப்பு விதி
பிரதிபலிப்பிற்கு இரண்டு விதிகள் உள்ளன:
1. படுகதிர், எதிரொளிப்புக் கதிர் மற்றும் செங்குத்துக் கோடு ஆகியவை ஒரே தளத்தில் அமைகின்றன.
2. படுகோணம் (i) மற்றும் எதிரொளிக் கோணம் (r) ஆகியவை சமம், அதாவது:
\[
i = r
\]

செங்குத்துக் கோடு என்பது, கதிர் விழும் புள்ளியில் மேற்பரப்பிற்குச் செங்குத்தாக இருக்கும் ஒரு கோடு ஆகும்.

பிரதிபலிப்பின் வகைகள்
– சீரான (பிரதிபலிப்பு) எதிரொளிப்பு: இது கண்ணாடிகள் போன்ற வழவழப்பான பரப்புகளில் நிகழ்கிறது. எதிரொளிக்கப்பட்ட ஒளி சீராக இருப்பதால், தெளிவான பிம்பம் உருவாகிறது.
– பரவல் பிரதிபலிப்பு: இது சுவர்கள் போன்ற சொரசொரப்பான பரப்புகளில் ஏற்படுகிறது. ஒளி பல்வேறு திசைகளில் பிரதிபலிக்கப்பட்டு, தெளிவான பிம்பம் உருவாகிறது.

3. தட்டையான கண்ணாடிகள் மற்றும் வளைந்த கண்ணாடிகள்

தட்டையான கண்ணாடி
ஒரு சமதளக் கண்ணாடி உருவாக்கும் பிம்பம்:
– மெய்நிகர் (திரையில் படம்பிடிக்க இயலாது),
– நிமிர்ந்த,
– அதே அளவு,
– மற்றும் பொருளும் கண்ணாடியும் ஒரே தூரத்தில் இருக்க வேண்டும்.

பொருள் கண்ணாடியிலிருந்து \( s \) தொலைவில் இருந்தால், பிம்பம் கண்ணாடிக்குப் பின்னால் \( s' = s \) தொலைவில் இருக்கும்.

குழி ஆடிகள் மற்றும் குவி ஆடிகள்
வளைந்த கண்ணாடிகளில் இரண்டு வகைகள் உள்ளன:

1. குழி ஆடி (குவி ஆடி): இதன் பிரதிபலிக்கும் மேற்பரப்பு உள்நோக்கி வளைந்திருக்கும். இணை கதிர்களை ஒரே குவியப் புள்ளியில் குவிக்கும் திறன் கொண்டது.
2. குவி (விரிவுறு) கண்ணாடி: இதன் பிரதிபலிக்கும் மேற்பரப்பு வெளிப்புறமாக வளைந்திருக்கும். இது ஒளிக்கற்றையைப் பரப்புகிறது.

குவியப் புள்ளி மற்றும் வளைவு ஆரம்
வளைந்த கண்ணாடிகளில் பின்வருபவை பொருந்தும்:
\[
f = \frac{R}{2}
\]
\( f \) குவியம் மற்றும் \( R \) வளைவு ஆரம் எனில்.

வளைந்த கண்ணாடி சமன்பாடு
பொருள் தூரம் (s), பிம்பத் தூரம் (s') மற்றும் குவியம் (f) ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பு:
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]

பிம்பப் பெருக்கம்:
\[
M = \frac{h'}{h} = -\frac{s'}{s}
\]
எதிர்மறை குறியீடு ஒரு தலைகீழ் பிம்பத்தைக் குறிக்கிறது (உண்மையான பிம்பத்திற்கு).

4. ஒளியின் விலகல்

வெவ்வேறு ஒளிவிலகல் குறியீடுகளைக் கொண்ட இரண்டு ஊடகங்களின் எல்லையின் வழியே ஒளி செல்லும்போது, ​​அதன் பயணத் திசை மாறுவதால் ஒளிவிலகல் ஏற்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு குவளை தண்ணீரில் வைக்கும்போது உறிஞ்சு குழல் 'உடைவது' போல் தோன்றும்.

ஒளிவிலகல் குறியீடு
ஒரு ஊடகத்தின் ஒளிவிலகல் குறியீடு பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறது:
\[
n = \frac{c}{v}
\]
இதில் \( c \) என்பது வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் மற்றும் \( v \) என்பது ஒரு ஊடகத்தில் ஒளியின் வேகம் ஆகும்.

\( n \) பெரியதாக ஆக, ஊடகத்தில் ஒளி மெதுவாகப் பரவுகிறது.

ஸ்நெல் விதி
ஒளிவிலகல் ஸ்னெல் விதியால் விளக்கப்படுகிறது.:
\[
n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2
\]
இதில் \( \theta_1 \) என்பது படுகோணம் மற்றும் \( \theta_2 \) என்பது ஒளிவிலகல் கோணம் ஆகும்.

ஒளியானது குறைந்த ஒளி அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திலிருந்து (எ.கா., காற்று) அதிக ஒளி அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திற்குள் (எ.கா., கண்ணாடி) நுழையும்போது, ​​அக்கதிரானது செங்குத்துக் கோட்டை நோக்கி விலகல் அடைகிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, அதிக அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திலிருந்து குறைந்த அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திற்குச் செல்லும்போது, ​​அக்கதிரானது செங்குத்துக் கோட்டிலிருந்து விலகி விலகல் அடைகிறது.

5. முழுமையான அகப் பிரதிபலிப்பு

ஒளியானது அதிக அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திலிருந்து குறைந்த அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திற்குச் செல்லும்போது, ​​படுகோணம் மாறுநிலைக் கோணத்தை விட அதிகமாக இருந்தால் முழு அகப் பிரதிபலிப்பு ஏற்படுகிறது. இந்த நிலையில், ஒளியானது வெளிப்புறமாக ஒளிவிலகல் அடையாமல், முழுமையாகப் பிரதிபலிக்கப்படுகிறது.

மாறுநிலைக் கோணம் (\( \theta_c \)) பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பூர்த்தி செய்கிறது:
\[
\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1}
\]
\( n_1 > n_2 \) உடன்.

முழு அகப் பிரதிபலிப்பின் ஒரு முக்கியப் பயன்பாடு ஒளியிழைகளில் உள்ளது; அவை அதிவேகத் தரவுத் தொடர்பு மற்றும் மருத்துவ அகநோக்கியலுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

6. மெல்லிய லென்ஸ்கள்: குவி லென்ஸ்கள் மற்றும் குழி லென்ஸ்கள்

லென்ஸ் என்பது ஒளியை விலகல்படுத்தும் ஒரு தெளிவான பொருள். அதன் வடிவத்தின் அடிப்படையில்:

1. குவி லென்ஸ்: நடுவில் தடிமனாக இருக்கும், இணைக் கதிர்களைக் குவியத்தில் சேகரிக்கும்.
2. குழி (விரிவு) லென்ஸ்: நடுவில் மெல்லியதாக இருக்கும், ஒளியைப் பரப்பும்.

மெல்லிய லென்ஸ் சமன்பாடு
பொருந்தக்கூடிய லென்ஸ்களுக்கு:
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]
கண்ணாடிச் சமன்பாட்டைப் போன்றதுதான், ஆனால் குறியீடுகளின் விளக்கமும் பிம்பத்தின் இருப்பிடமும் வில்லை வகையைப் பொறுத்து அமைகிறது.

உருப்பெருக்கம்:
\[
M = \frac{h'}{h} = \frac{s'}{s}
\]
பயன்படுத்தப்படும் குறியீட்டின் பொருத்தத்தைப் பொறுத்து, உருப்பெருக்கக் குறியானது நிமிர்ந்த (நேர்மறை) அல்லது தலைகீழான (எதிர்மறை) பிம்பத்தைக் காட்டக்கூடும்.

லென்ஸ் சக்தி (லென்ஸ் பவர்)
லென்ஸின் திறன் டையாப்டர்களில் (D) வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:
\[
P = \frac{1}{f}
\]
f மீட்டரில் உள்ள மதிப்புடன். குறைந்த குவிய நீளம் கொண்ட லென்ஸ் அதிக திறனைக் கொண்டுள்ளது.

7. பல்வேறு ஒளியியல் கருவிகளில் நிழல் உருவாக்கம்

ஒளியியல் கருவிகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கான அடிப்படை வடிவவியல் ஒளியியல் ஆகும்:

– உருப்பெருக்கி (லூப்): ஒரு குவி லென்ஸைப் பயன்படுத்தி, மாயமான, நிமிர்ந்த மற்றும் பெரிதாக்கப்பட்ட பிம்பத்தை உருவாக்குகிறது.
– கேமரா: சென்சார் அல்லது ஃபிலிமில் ஒரு மெய்யான, தலைகீழ் பிம்பத்தை உருவாக்க குவி லென்ஸைப் பயன்படுத்துகிறது.
– மனிதக் கண்: விழித்திரையில் பிம்பங்களை உருவாக்கும் ஒரு உயிரியல் ஒளியியல் அமைப்பு. கண்ணின் லென்ஸால் தொலைதூர மற்றும் அருகிலுள்ள பார்வைக்காகக் குவியத்தை மாற்றியமைக்க முடியும்.
கண்ணாடிகள்: கண் குறைபாடுகளைச் சரிசெய்யப் பயன்படும் வில்லைகள். கிட்டப்பார்வை (மயோபியா) குழி வில்லைகள் மூலமும், தூரப்பார்வை (ஹைபரோபியா) குவி வில்லைகள் மூலமும் சரிசெய்யப்படுகிறது.
– நுண்ணோக்கிகள் மற்றும் தொலைநோக்கிகள்: சிறிய அல்லது தொலைவில் உள்ள பொருட்களைப் பெரிதாக்க, பல்வேறு வில்லைகளின் கலவையைப் பயன்படுத்துகின்றன.

மூடுகிறது

வடிவியல் ஒளியியல், ஒளி நிகழ்வுகளை, குறிப்பாக எதிரொளிப்பு மற்றும் ஒளிவிலகலைப் பற்றி ஆய்வு செய்வதற்கு ஒரு எளிய ஆனால் சக்திவாய்ந்த கட்டமைப்பை வழங்குகிறது. எதிரொளிப்பு விதிகள், ஸ்னெல் விதி, கண்ணாடிகள் மற்றும் வில்லைகளின் பண்புகள், மற்றும் குவியம், உருப்பெருக்கம் ஆகிய கருத்துருக்களைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், நவீன வாழ்க்கைக்கு இன்றியமையாத பல ஒளியியல் கருவிகளின் செயல்பாட்டை நம்மால் விளக்க முடியும். வடிவியல் ஒளியியல் ஒளியின் அலை இயல்பை ஆழமாக ஆராயாவிட்டாலும், அது இயற்பியல் மற்றும் ஒளி சார்ந்த தொழில்நுட்பங்களைப் படிப்பதற்கான ஒரு அடிப்படை அடித்தளமாகத் திகழ்கிறது. வடிவியல் ஒளியியலில் ஒரு நல்ல புரிதல் இருப்பது, இயற்பியல் ஒளியியல், குறுக்கீடு, விளிம்பு விளைவு மற்றும் முனைவாக்கம் போன்ற மேம்பட்ட தலைப்புகளைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகிறது.