ஒளியியல் - பத்தாம் வகுப்பு அறிவியல் அத்தியாயம் 2

ஒளியியல் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

ஒளியியல் என்பது ஒளியின் தோற்றம், அதன் பரவல், அதன் பல்வேறு பண்புகள் மற்றும் பிற பொருட்களுடன் ஏற்படும் தொடர்புகளைப் பற்றி ஆராய்கின்ற இயற்பியலின் மிக முக்கியமான ஒரு பிரிவாகும். நாம் வாழும் இந்த அழகான உலகத்தில் உள்ள பல்வேறு வண்ணமயமான பொருட்களை நமது கண்களால் காண்பதற்கும், ஒளியின் பல்வேறு இயற்கை நிகழ்வுகளின் பின்னால் மறைந்துள்ள அறிவியல் உண்மைகளை நாம் தெளிவாகப் புரிந்து கொள்வதற்கும் ஒளியியல் பற்றிய அடிப்படை அறிவு இன்றியமையாத ஒன்றாகும். இந்த அலகானது ஒளியின் அலை வடிவப் பரவல் மற்றும் அதன் திசைவேகம் குறித்த அடிப்படைக் கருத்துகளுடன் மிகச் சிறப்பாகத் தொடங்குகிறது.

இப்பாடம் ஒளியின் நேர்க்கோட்டுப் பயணம், ஒளிவிலகலின் விதிகள், பல்வேறு ஊடகங்களில் ஒளியின் மாறுபட்ட திசைவேகங்கள் மற்றும் லென்சுகளின் பிம்ப உருவாக்கக் கோட்பாடுகளை ஒன்றோடொன்று மிக அழகாக இணைக்கிறது. ஒளிக்கதிர்கள் அடர்வு குறைந்த ஊடகத்திலிருந்து அடர்வு மிகுந்த ஊடகத்திற்குச் செல்லும்போது ஏற்படும் திசைமாற்றம், ஸ்நெல் விதியின் பயன்பாடுகள், அலைநீளத்தின் அடிப்படையில் ஒளியின் நிறங்கள் எவ்வாறு பிரிகின்றன என்ற அறிவியல் விளக்கங்கள் மற்றும் லென்சு சமன்பாடுகளின் கணக்கீட்டு முறைகள் ஆகியவற்றை மிக ஆழமாக விளக்குகிறது. இவை அனைத்தும் ஒளியின் அடிப்படை இயற்பியல் கோட்பாடுகளை மாணவர்கள் எளிதில் கற்க வழிவகை செய்கின்றன.

தேர்வு நோக்கில் பார்க்கும்போது, இந்த ஒளியியல் பாடத்திலிருந்து ஒளிவிலகல் விதிகள், ராலே சிதறல் விதி, குவி மற்றும் குழி லென்சுகளின் பிம்ப உருவாக்க விதிகள், லென்சு திறன், மனிதக் கண்ணில் தோன்றும் கிட்டப்பார்வை மற்றும் தூரப்பார்வை போன்ற குறைபாடுகளுக்கான காரணங்கள் மற்றும் அவற்றைச் சரிசெய்யப் பயன்படும் லென்சுகளின் குவியத்தூரம் பற்றிய கணக்கீடுகள் ஆகியவை அரசுப் பொதுத்தேர்வில் மிக முக்கியமான வினாக்களாகக் கேட்கப்படுகின்றன. எனவே, மாணவர்கள் இப்பாடக் கருத்துகளை ஆழ்ந்து கற்பதன் மூலம் தேர்வில் எளிதாக முழு மதிப்பெண்களையும் பெற முடியும்.

நீங்கள் கற்பவை

• விவரித்தல்: ஒளியின் அடிப்படை இயற்பியல் பண்புகள் மற்றும் அதன் அலை இயக்கப் பரவலைப் பற்றி விளக்குதல்.
• பயன்படுத்துதல்: ஒளிவிலகலின் இரு முக்கிய விதிகளையும் மற்றும் ஸ்நெல் விதியின் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடுதல்.
• வேறுபடுத்துதல்: பல்வேறு வகையான ஒளிச்சிதறல் கோட்பாடுகள் மற்றும் அவற்றின் இயற்கை நிகழ்வுகளை ஒப்பிட்டு அறிதல்.
• கண்டறிதல்: குவி லென்சு மற்றும் குழி லென்சு ஆகியவற்றால் தோற்றுவிக்கப்படும் பிம்பங்களின் நிலைகளையும் தன்மைகளையும் வரைபடம் மூலம் வரைதல்.
• பயன்படுத்துதல்: லென்சு சமன்பாடு மற்றும் லென்சு உருவாக்குபவர் சமன்பாடுகளைக் கொண்டு கணக்கீடுகளைத் தீர்த்தல்.
• சரிசெய்தல்: மனிதக் கண்ணின் அமைப்பைப் புரிந்து கொண்டு கிட்டப்பார்வை மற்றும் தூரப்பார்வைக் குறைபாடுகளை லென்சுகள் மூலம் நிவர்த்தி செய்தல்.
• விளக்குதல்: எளிய நுண்ணோக்கி, கூட்டு நுண்ணோக்கி மற்றும் தொலைநோக்கிகளின் அமைப்பையும் அவற்றின் செயல்பாட்டுத் தத்துவங்களையும் விவரித்தல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• ஒன்பதாம் வகுப்பில் கற்ற ஒளி எதிரொளிப்பு மற்றும் ஒளியின் அலை நீளப் பண்புகள் பற்றிய அடிப்படைக் கருத்துகள்.
• முக்கோணவியல் விகிதங்களின் அடிப்படைகள் மற்றும் சைன் மதிப்புகளைப் பற்றிய கணித அறிவு.
• ஆடிகள் மற்றும் அவற்றின் குவியத் தொலைவு தொடர்பான குறியீட்டு மரபுகள் பற்றிய புரிதல்.

ஒளியியல் — விரிவான விளக்கம்

ஒளியியல் பாடத்தின் முக்கியப் பிரிவுகள் மற்றும் அறிவியல் கோட்பாடுகள்

ஒளியின் பண்புகள் மற்றும் ஒளிவிலகல் கோட்பாடுகள்

ஒளி என்பது அலை வடிவில் பரவக்கூடிய ஒரு வகையான ஆற்றல் ஆகும். இது எப்போதுமே நேர்க்கோட்டில் பயணிக்கிறது மற்றும் இது பரவுவதற்கு எந்தவொரு ஊடகமும் தேவையில்லை. வெற்றிடத்திலும் ஒளி மிக வேகமாகப் பரவக்கூடியது. ஒளியானது ஒரு ஊடகத்திலிருந்து மற்றொரு ஊடகத்திற்குச் செல்லும்போது அதன் திசைவேக வேறுபாட்டால் தன் பாதையிலிருந்து விலகிச் செல்கிறது, இந்நிகழ்வு ஒளிவிலகல் எனப்படும். இது இரண்டு முக்கிய விதிகளுக்கு உட்பட்டது. முதல் விதியின்படி படுகதிர், விலகுகதிர் மற்றும் படுபுள்ளியில் வரையப்படும் செங்குத்துக் கோடு ஆகியவை ஒரே தளத்தில் அமையும். இரண்டாம் விதி அல்லது ஸ்நெல் விதியின்படி, படுகோணத்தின் சைன் மதிப்பிற்கும் விலகுகோணத்தின் சைன் மதிப்பிற்கும் இடையே உள்ள தகவானது அந்த இரண்டு ஊடகங்களின் ஒளிவிலகல் எண்களின் தகவிற்குச் சமமாக இருக்கும்.

ஒளிச்சிதறல் வகைகள் மற்றும் அதன் விதிகள்

சூரிய ஒளியானது பூமியின் வளிமண்டலத்திற்குள் நுழையும் போது அங்குள்ள வாயு அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளால் அனைத்து திசைகளிலும் சிதறடிக்கப்படுகிறது, இந்நிகழ்வு ஒளிச்சிதறல் எனப்படும். சிதறலடையும் ஒளியின் தொடக்க மற்றும் இறுதி ஆற்றல்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு இது மீட்சிச் சிதறல் மற்றும் மீட்சியற்ற சிதறல் என இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகிறது. ராலே சிதறல் விதியின்படி, ஒளியின் சிதறல் அளவானது அதன் அலைநீளத்தின் நான்மடிக்கு எதிர்த்தகவில் இருக்கும். இதனால் குறைந்த அலைநீளம் கொண்ட நீல நிறம் அதிக அளவில் சிதறலடைந்து வானம் நீல நிறமாகக் காட்சியளிக்கிறது. மேலும், வளிமண்டலத் தூசு துகள்களால் ஏற்படும் மீ சிதறல், கூழ்மக் கரைசலில் ஏற்படும் டிண்டால் சிதறல் மற்றும் தூய திரவங்களில் ஏற்படும் இராமன் சிதறல் ஆகியவையும் இதில் விளக்கப்பட்டுள்ளன.

லென்சுகள் மூலம் பிம்பங்கள் தோன்றுதல்

இரு பரப்புகளால் சூழப்பட்ட ஒளிபுகும் ஊடகம் லென்சு எனப்படும். குவி லென்சு மையத்தில் தடித்தும் ஓரத்தில் மெலிந்தும் காணப்படும், இது ஒளிக் கதிர்களைக் குவிப்பதால் குவிக்கும் லென்சு எனப்படுகிறது. குழி லென்சு மையத்தில் மெலிந்தும் ஓரத்தில் தடித்தும் காணப்படும், இது ஒளிக் கதிர்களை விரிப்பதால் விரிக்கும் லென்சு எனப்படுகிறது. ஒரு பொருளை லென்சிற்கு முன்பாக வெவ்வேறு இடங்களில் வைக்கும் போது உருவாகும் பிம்பங்களின் நிலை, அளவு மற்றும் தன்மை ஆகியவை மூன்று அடிப்படை விதிகளின்படி தீர்மானிக்கப்படுகின்றன. குவி லென்சு பெரும்பாலும் மெய் பிம்பங்களையும், குழி லென்சு எப்போதும் நேரான சிறிய மாய பிம்பங்களையும் தோற்றுவிக்கின்றன.

லென்சு உருவாக்குபவர் சமன்பாடு மற்றும் திறன்

லென்சின் குவியத் தொலைவு, பொருளின் தொலைவு மற்றும் பிம்பத்தின் தொலைவு ஆகியவற்றைத் தொடர்புபடுத்தும் சமன்பாடு லென்சு சமன்பாடு ஆகும். லென்சின் குவியத் தொலைவு, அதன் வளைவு ஆரங்கள் மற்றும் லென்சு ஊடகத்தின் ஒளிவிலகல் எண் ஆகியவற்றைத் தொடர்புபடுத்தும் சமன்பாடு லென்சு உருவாக்குபவர் சமன்பாடு எனப்படும். லென்சின் குவியத் தொலைவின் தலைகீழ் மதிப்பு லென்சின் திறன் என வரையறுக்கப்படுகிறது, இதன் அலகு டையாப்டர் ஆகும். பொருளின் உயரத்திற்கும் பிம்பத்தின் உயரத்திற்கும் இடையே உள்ள தகவு லென்சின் உருப்பெருக்கம் எனப்படுகிறது.

மனிதக் கண் மற்றும் அதன் பார்வைக் குறைபாடுகள்

மனிதக் கண் என்பது மிகவும் உணர்திறன் வாய்ந்த ஒரு இயற்கை ஒளியியல் கருவியாகும். கண்ணின் விழித்திரை, விழி லென்சு மற்றும் சிலியரி தசைகள் ஆகியவை இதன் மிக முக்கியமான பகுதிகளாகும். சிலியரி தசைகளின் உதவியுடன் விழி லென்சு தனது குவியத் தொலைவை மாற்றி அமைத்து பொருள்களைத் தெளிவாகக் காணும் திறன் விழி ஏற்பமைவுத் திறன் எனப்படும். கண்ணில் ஏற்படும் கிட்டப்பார்வைக் குறைபாட்டைத் தகுந்த குவியத் தொலைவு கொண்ட குழி லென்சைக் கொண்டும், தூரப்பார்வைக் குறைபாட்டைத் தகுந்த குவி லென்சைக் கொண்டும் சரிசெய்ய முடியும். வயது முதிர்ந்த நபர்களுக்கு ஏற்படும் விழி ஏற்பமைவுத் திறன் குறைபாட்டை இரு குவிய லென்சுகளைப் பயன்படுத்தி நிவர்த்தி செய்யலாம்.

ஒளியியல் கருவிகளின் பயன்பாடுகள் மற்றும் வகைகள்

மிகச் சிறிய பொருட்களைப் பெரிதாக்கிக் காண்பதற்குப் பயன்படும் கருவிகள் நுண்ணோக்கிகள் ஆகும். இவை எளிய நுண்ணோக்கி மற்றும் கூட்டு நுண்ணோக்கி என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. கூட்டு நுண்ணோக்கியில் பொருளருகு லென்சு மற்றும் கண்ணருகு லென்சு என இரண்டு குவி லென்சுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. மிகத் தொலைவில் உள்ள வான்வெளிப் பொருட்களைக் காண்பதற்குப் பயன்படும் கருவிகள் தொலைநோக்கிகள் ஆகும். இவை லென்சுகளைப் பயன்படுத்தும் ஒளிவிலகல் தொலைநோக்கிகள் என்றும், ஆடைகளைப் பயன்படுத்தும் ஒளி எதிரொளிப்புத் தொலைநோக்கிகள் என்றும் பிரிக்கப்பட்டு விண்வெளி ஆராய்ச்சிகளில் முக்கியப் பங்காற்றுகின்றன.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• குவி லென்சு மற்றும் குழி லென்சுகளுக்கான குறியீட்டு மரபுகளைப் பயன்படுத்தும்போது, குவியத் தொலைவிற்கு (+/-) குறியீடுகளை மாற்றிப் பயன்படுத்துவது தவறு. சரியான முறை: குவி லென்சிற்கு குவியத் தொலைவு எப்போதுமே நேர்க்குறியாகவும் (+), குழி லென்சிற்கு எதிர்க்குறியாகவும் (-) இருக்க வேண்டும்.
• ஒளிவிலகல் எண் கணக்கீடுகளில் திசைவேகங்களின் விகிதத்தை மாற்றி எழுதுவது தவறு. சரியான முறை: ஒளிவிலகல் எண் என்பது வெற்றிடத்தில் ஒளியின் திசைவேகத்திற்கும் (c) ஊடகத்தில் ஒளியின் திசைவேகத்திற்கும் (v) இடையே உள்ள தகவு (c/v) ஆகும், மாற்றி எழுதக்கூடாது.
• லென்சு திறன் கணக்கிடும் போது குவியத் தொலைவை சென்டிமீட்டரில் வைத்து நேரடியாக டையாப்டரில் எழுதுவது தவறு. சரியான முறை: குவியத் தொலைவை எப்போதும் மீட்டராக (m) மாற்றிய பின்னரே லென்சு திறனை (P = 1/f) கணக்கிட வேண்டும்.
• கண்ணின் குறைபாடுகளான கிட்டப்பார்வை மற்றும் தூரப்பார்வையைச் சரிசெய்யும் லென்சுகளை மாற்றித் தேர்வு செய்வது தவறு. சரியான முறை: கிட்டப்பார்வைக் குறைபாட்டைச் சரிசெய்ய குழி லென்சையும், தூரப்பார்வைக் குறைபாட்டைச் சரிசெய்ய குவி லென்சையும் பயன்படுத்த வேண்டும்.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

ஒளிவிலகல் என்றால் என்ன மற்றும் அது ஏன் ஏற்படுகிறது?

ஒளிக்கதிர் ஒரு ஒளிபுகும் ஊடகத்திலிருந்து மற்றொரு ஊடகத்திற்குச் சாய்வாகச் செல்லும்போது அதன் பாதையில் ஏற்படும் விலகல் ஒளிவிலகல் எனப்படும். ஒளியானது வெவ்வேறு அடர்த்தி கொண்ட ஊடகங்களில் வெவ்வேறு திசைவேகத்தில் செல்வதே இந்த ஒளிவிலகல் நிகழ்விற்கான முதன்மைக் காரணமாகும். ஒளியின் திசைவேகம் அடர்வு குறைந்த ஊடகத்தில் அதிகமாகவும், அடர்வு மிகுந்த ஊடகத்தில் குறைவாகவும் இருக்கும்.

வானம் ஏன் நீல நிறமாகத் தோன்றுகிறது?

சூரிய ஒளியானது பூமியின் வளிமண்டலத்திற்குள் நுழையும் போது அங்குள்ள காற்று மூலக்கூறுகளால் சிதறடிக்கப்படுகிறது. ராலே சிதறல் விதிப்படி, குறைந்த அலைநீளம் கொண்ட நீல நிறமானது அதிக அலைநீளம் கொண்ட சிவப்பு நிறத்தை விட மிக அதிகமாகச் சிதறலடைகிறது. இவ்வாறு சிதறடிக்கப்பட்ட நீல நிற ஒளி நமது கண்களை வந்தடைதால் வானம் நீல நிறமாகத் தோன்றுகிறது.

கிட்டப்பார்வை என்றால் என்ன மற்றும் அதனை எவ்வாறு சரிசெய்யலாம்?

விழி லென்சு தடிமனாவதாலோ அல்லது விழி உருண்டை நீட்சியடைவதாலோ அருகில் உள்ள பொருட்களைத் தெளிவாகவும், தொலைவில் உள்ள பொருட்களைத் தெளிவாகக் காண முடியாமலும் போகும் குறைபாடு கிட்டப்பார்வை எனப்படும். இக்குறைபாடு உள்ளவர்களின் கண்ணில் பிம்பம் விழித்திரைக்கு முன்பாகவே உருவாகிறது. இதனைத் தகுந்த குவியத் தொலைவு கொண்ட குழி லென்சைக் கண்ணாடி அணிவதன் மூலம் முழுமையாகச் சரிசெய்யலாம்.

ராலே சிதறல் விதி என்ன கூறுகிறது?

ராலே ஒளிச்சிதறல் விதியின்படி, ஒரு ஒளிக்கதிர் சிதறலடையும் அளவானது படுகின்ற ஒளிக்கதிரின் அலைநீளத்தின் நான்மடிக்கு எதிர்த்தகவில் இருக்கும். இக்கோட்பாட்டின்படி, குறைந்த அலைநீளம் கொண்ட ஒளிக் கதிர்கள் அதிக அலைநீளம் கொண்ட ஒளிக் கதிர்களை விட மிக அதிக அளவில் சிதறலடையும். இதனாலேயே வளிமண்டலத்தில் குறைந்த அலைநீளம் கொண்ட நீல நிறம் மிக அதிகமாகச் சிதறலடைகிறது.

லென்சின் திறன் எவ்வாறு வரையறுக்கப்படுகிறது மற்றும் அதன் அலகு என்ன?

ஒரு லென்சின் மீது படும் ஒளிக் கதிர்களைக் குவிக்கும் அல்லது விரிக்கும் திறன் அந்த லென்சின் திறன் என வரையறுக்கப்படுகிறது. இது லென்சின் குவியத் தொலைவின் தலைகீழ் மதிப்பிற்குச் சமமாகும். லென்சு திறனின் எஸ்.ஐ (SI) அலகு டையாப்டர் ஆகும், இது டி (D) என்ற குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது. ஒரு மீட்டர் குவியத் தொலைவு கொண்ட லென்சின் திறன் ஒரு டையாப்டர் ஆகும்.

கூட்டு நுண்ணோக்கியில் ஏன் இரண்டு லென்சுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன?

கூட்டு நுண்ணோக்கி என்பது மிக நுண்ணிய பொருட்களை மிக அதிகமாகப் பெரிதாக்கிக் காட்டப் பயன்படும் ஒரு ஒளியியல் கருவியாகும். இதில் பொருளுக்கு அருகில் உள்ள பொருளருகு லென்சு முதன்மை பிம்பத்தை உருவாக்குகிறது. விழிக்கு அருகில் உள்ள கண்ணருகு லென்சு அந்த முதன்மை பிம்பத்தை மேலும் பெரிதாக்கி இறுதி மாய பிம்பத்தைத் தோற்றுவிக்கிறது. இதனால் எளிய நுண்ணோக்கியை விட கூட்டு நுண்ணோக்கியில் அதிக உருப்பெருக்கம் கிடைக்கிறது.

லென்சு உருவாக்குபவர் சமன்பாடு எதற்குப் பயன்படுகிறது?

லென்சுகளை வடிவமைக்கும் போது தேவையான குவியத் தொலைவைப் பெறுவதற்கு அதன் வளைவு ஆரங்கள் மற்றும் லென்சு தயாரிப்பப்படும் பொருளின் ஒளிவிலகல் எண் ஆகியவற்றைத் தீர்மானிக்க லென்சு உருவாக்குபவர் சமன்பாடு பயன்படுகிறது. இச்சமன்பாடானது லென்சு தயாரிப்பாளர்கள் வெவ்வேறு ஒளிவிலகல் எண்கள் கொண்ட கண்ணாடிகளைப் பயன்படுத்தித் துல்லியமான குவியத் தொலைவு உடைய லென்சுகளை வடிவமைக்க பெரிதும் உதவுகிறது.