ஒளியின் பாதை (எதிரொளிப்பு மற்றும் ஒளிவிலகல்)

Image: pixabay

ஒளியைப் பற்றி படிக்கப் படிக்க அது மென்மேலும் ஆர்வத்தைத் தூண்டிக்கொண்டே தான் இருக்கும். இந்த ஒளி தான், நம் உணரக்கூடிய நேரத்திற்கும் ஒரு வகையில் காரணமாக உள்ளது. இந்த ஒளிக்கு நிறை என்பதே கிடையாது. சூரியனிலிருந்து புறப்பட்ட ஒளியானது பூமியை அடைய எட்டு நிமிடங்கள் எடுத்துக்கொள்ளும். எனவே நாம் பார்க்கும் சூரியனானது எட்டு நிமிடங்களுக்கு முன்பு இருந்த சூரியனே. இப்போது அந்த சூரியன் வெடித்தால் கூட அது நமக்குத் தெரிவதற்கு எட்டு நிமிடங்கள் ஆகும். 

ஒளியைப் பற்றி படிக்கும் போது இதுபோன்ற பல வியப்பூட்டும் தகவல்களைத் தெரிந்து கொள்ள முடியும். ஒரு கண்ணாடியின் மீது பட்ட ஒளியானது, என்  ஏதேனும்  ஒரே ஒரு பாதையில் மட்டுமே எதிரொளிக்கிறது? அந்த ஒரு பாதையில் மட்டுமே எதிரொளிப்பதற்கு காரணம் என்ன? மேலும், அந்த ஒளி விலகலடையும்போது, அதுவும் ஏதேனும் ஒரே ஒரு பாதையின் வழியாக மட்டுமே விலையில் அடைந்து செல்கிறது. இதற்கான காரணம் என்ன? தெரிந்து கொள்வோமா?.....

அதற்கு முதலில் நாம், ஒளி எதிரொளிப்பு மற்றும் ஒளிவிலகல்  போன்றவற்றைப் பற்றி தெரிந்து கொள்ள வேண்டும். 

ஒரு பொருளின் மீது படும் ஒளியானது எவ்வாறு வந்ததோ, அவ்வாறாகவே மீண்டும் அந்தப் பொருளிலிருந்து, (அந்தப் பொருளை ஊடுருவிச் செல்லாமல்) செல்வது எதிரொளிப்பு (Reflaction) ஆகும். 

அதாவது, இங்கே, அந்த ஒளியில் உள்ள ஒவ்வொரு வண்ணங்களும் எவ்வாறாக, அந்தப் பொருளை அடைந்ததோ, அவ்வாறாகவே அந்தப் பொருளிலிருந்து வெளியேற வேண்டும். இதற்கு உதாரணமாக, நாம் முகம் பார்க்கும் கண்ணாடியைக் கூறலாம். நம் முகத்தில் இருந்து என்னென்ன வண்ணங்கள் அந்தக் கண்ணாடியை அடைகிறதோ, அந்த வண்ணங்கள் மாறாமல், மீண்டும் எதிரொளிக்கப்படுவதால் தான் நம் முகத்தைப் நம்மால் பார்க்க முடிகிறது. 

ஒரு வெள்ளைநிறக் காகிதமும் தன் மீது படக்கூடிய அனைத்து ஒளியையும் எதிரொளித்து விடுகிறது. ஆனால் அந்த வெள்ளை நிறத்தாளில் நம்மால் முகத்தைப் பார்க்க முடியாது. ஏனென்றால், அதிலிருந்து வெளிப்படுத்தப்படக்கூடிய ஒளிக்கதிர்கள் ஒரு சீரான திசையில் ஒழுங்குபடுத்தப்படாமல் (non- polarized) சிதறடிக்கப்பட்டவாறு  எதிரொளிக்கின்றன.

Image: wikimedia commons 

ஒளிவிலகல் (Refraction) என்பது, இரண்டு வெவ்வேறு அடர்த்தி கொண்ட ஊடகங்களின் வழியே ஒரு ஒளிக்கதிர் செல்லும் போது, அதனுடைய பாதையில் ஏற்பட்டக்கூடிய மாற்றமே ஆகும். 

Image: wikimedia commons 

ஒரு கண்ணாடியின் மீது படக்கூடிய, ஒளிக் கதிரானது ஏதேனும் ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் மட்டுமே எதிரொளிக்கிறது.  இதற்கான காரணம் கீழ் உள்ளவாறு....

எதிரொளிப்பில் ஒளியின் பாதை:

ஒளிவிலகலிலும் ஒளி எதிரொளிப்பிலும் ஒரு ஒளிக்கதிரானது எந்தெந்த பாதைகளில் செல்கிறது, என்பதை "pierre de fermat" எனும் கணிதவியலாளர் தான் முதன் முதலாக கண்டுபிடித்தார். 

அவருடைய கூற்றுப்படி, ஒரு ஒளிக்கதிரானது, எந்தப் பாதையில் எதிரொளித்தால், குறைவான நேரத்தில் எதிரொளித்துவிட முடியுமோ, அந்தப் பாதையை மட்டுமே அது தேர்வு செய்யும்.

 கீழே உள்ள படத்தைப் பார்க்கவும் 


இந்தப் படத்தில் A எனும் புள்ளியிலிருந்து கிளம்பிய ஒளிக்கதிரானது, ஒரு கண்ணாடியின் மீது பட்டு எதிரொலித்து B எனும் புள்ளியை அடைகிறது. வேறு சில பாதைகளின் வழியாகவும் அந்த  ஒளிக்கதிரானது B எனும் புள்ளியை அடைந்திருக்கலாம். ஆனால், இந்தப் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள பாதையை மட்டுமே அந்த ஒளிக்கதிர் தேர்வு செய்ததற்கு ஒரு காரணம் உண்டு. 

நாம் முன்பே கூறியிருப்பது போல, ஒரு ஒளிக்கதிர் எந்தப் பாதையில் சென்றால், குறைவான நேரத்தில் எதிரொளித்து விடுமோ அந்தப் பாதையை மட்டுமே அது தேர்வு செய்யும். மேலும், ஒரு ஒளிக்கதிர், ஒரு கண்ணாடியின் மீது படுவதற்கான படுகோணமும் (θi), அதிலிருந்து எதிரொலித்துச் செல்வதற்கான எதிரொளிப்புக் கோணமும் (θR) சமமாக இருந்தால் மட்டுமே, அந்த ஒளி எதிரொளிப்பதை நம்மால் பார்க்க முடியும். 

கண்ணாடியில் ஒளியின் படுகோணமும் எதிரொளிப்புக் கோணமும் சமமாக இருப்பதால் மட்டுமே நம்மால் நம் முகத்தைப் பார்க்க முடிகிறது. ஆனால் ஒரு வெள்ளை நிறத்தாளில், ஒளியின் படுகோணமும் எதிரொளிப்புக் கோணமும் சமமாக இருப்பதில்லை. எனவே அவை ஒளியினை எதிரொளிப்பதில்லை. 

இந்த ஒளி, எந்தப் பாதையில் எதிரொளிக்கிறது என்பதனைக் கண்டுபிடிப்பதற்கு ஒரு முறை உண்டு. அதற்கு முதலில், மேலிருந்த புகைப்படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது போல, A என்னும் புள்ளியிலிருந்து அந்த கண்ணாடிக்கு செங்குத்தாக ஒரு கோட்டினை வரையவும்.  A என்ற புள்ளிக்கும், அந்தக் கண்ணாடிக்கும் எவ்வளவு தொலைவு உள்ளதோ, அதே தொலைவில், அந்த செங்குத்துக் கோட்டின் மீது A¹ எனும் புள்ளியை குறித்துக் கொள்ளவும். இப்போது அந்த A¹ எனும் புள்ளியையும், அந்த ஒளிக்கதிர் கண்ணாடியின் மீது படக்கூடிய புள்ளியான O என்னும் புள்ளியையும் தொடுமாறு ஒரு நேர்க்கோட்டினை வரையவும். 

இவ்வாறாக வரையப்பட்ட கோடு, ஒளி எதிரொளித்துச் செல்லக்கூடிய பாதையைக் கொடுக்கிறது. இங்கே, அந்த ஒளிக்கதிரின் படுகோணமும் அதன் எதிரொளிப்புக் கோணமும் சமமாகவே இருக்கும்.

θi=θR


ஒளிவிலகலில் ஒளியின் பாதை :

இப்போது ஒளிவிலகலுக்கு வருவோம். ஒளியானது அடர்த்தி குறைவாக உள்ள உலகத்தில்லிருந்து, அடர்த்தி அதிகமாக உள்ள ஊடகத்திற்கோ, அல்லது அடர்த்தி அதிகமாக உள்ள ஊடகத்திலிருந்து, அடர்த்தி குறைவாக உள்ள ஊடகத்திற்கோ, செல்லும்பொழுது அது விலகல் அடைகிறது.

ஆனால் எவ்வாறு விலகலடைகிறது?

ஒரு ஒளிக்கதிர், அடர்த்தி குறைவாக உள்ள ஒரு ஊடகத்திலிருந்து (காற்று)அடர்த்தி அதிகமாக உள்ள ஒரு ஊடகத்திற்கு (நீர்) செல்லும் போது, இரண்டு ஊடகங்களையும் பிரிக்கக்கூடிய ஒரு தளத்திலிருந்து வரையப்பட்ட செங்குத்து கோட்டை நோக்கி நகர்கிறது. 

இதேபோல் அந்த ஒளிக்கதிர், அடர்த்தி அதிகமாக உள்ள ஊடகத்திலிருந்து அடர்த்தி குறைவாக உள்ள ஊடகத்திற்குச் செல்லும் போது, அந்த செங்குத்துக் கோட்டை விட்டு விலகிச் செல்கிறது. இதனைப் புரிந்து கொள்ள, கீழுள்ள படத்தை உற்று நோக்கவும்.


அனைத்து ஒளிக்கதிர்களும் இந்த விதியைப் பின்பற்றுகின்றன. ஒரு ஒளிக்கதிரின், படுகோணம் நமக்குத் தெரிந்திருந்தால், அது, விலகலடைந்து செல்வதற்கான விலகு கோணத்தையும் நம்மால் கண்டுபிடித்து விட முடியும். அதற்கென்று ஒரு சிறிய சமன்பாடு உள்ளது.

n1×sin(θi)=n2×sin(θR)

இங்கே, n1 மற்றும் n2 ஆகியவை, அந்தந்த ஊடகங்களின் ஒளிவிலகல் எண்கள் ஆகும். இங்கே ஒளிக்காதிர், எந்த ஊடகத்திலிருந்து வருகிறதோ, அதனுடைய ஒளிவிலகல் எண் n1 என எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது . 
மேலும், அதே ஒளிக்கதிர்  எந்த ஊடகத்தின் வழியாக விலகிச் செல்கிறதோ, அந்த ஊடகத்தினுடைய ஒளிவிலகல் எண் n2 என எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது. 

காற்றினுடைய ஒளிவிலகல் எண் 1.002 ஆகும். நீரினுடைய ஒளிவிலகல் எண் 1.333 ஆகும். எனவே, இங்கே θi எனும் படுகோணத்தை மட்டும் நாம் தெரிந்து வைத்திருந்தால், n1 மற்றும் n2 போன்றவற்றின் மதிப்புகளைப் பயன்படுத்தி, அந்த ஒளிக்கதிரின் விலகு கோணத்தையும் (θR) கண்டுபிடித்து விடலாம். 

இவ்வாறாகவே ஒளிக்கதிரின் எதிரொளிப்பு மற்றும் ஒளிவிலகள் போன்றவை நிகழ்கின்றன. 

Please Select Embedded Mode To Show The Comment System.*

Previous Post Next Post