ऑप्टिक्स अपूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब के लिए महत्वपूर्ण कोण समझना
ऑप्टिक्स - पूर्ण आंतरिक परावर्तन के लिए महत्वपूर्ण कोण
पूर्ण आंतरिक परावर्तन को समझना
कल्पना करें कि आप धूप वाले दिन स्विमिंग पूल के किनारे पर हैं। आप अपना चेहरा पानी के पास रखते हैं और एक कोण पर देखते हैं। आप देखते हैं कि एक निश्चित कोण पर, आप पानी के बाहर कुछ भी मुश्किल से देख सकते हैं; यह लगभग एक दर्पण जैसा दिखता है। यह घटना, जहाँ प्रकाश अपवर्तित होने के बजाय पूरी तरह से माध्यम में वापस उछलता है, उसे पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR) के रूप में जाना जाता है।
TIR के मूल में एक आकर्षक अवधारणा है जिसे महत्वपूर्ण कोण के रूप में जाना जाता है। महत्वपूर्ण कोण घटना का न्यूनतम कोण है जिस पर पूर्ण आंतरिक परावर्तन होता है। अब, आइए इसके पीछे के विज्ञान पर नज़र डालें।
सरल शब्दों में समझाया गया क्रिटिकल एंगल
स्नेल के नियम द्वारा शासित प्रकाश अपवर्तन के सिद्धांतों का उपयोग करके क्रिटिकल एंगल को समझा जा सकता है। जब प्रकाश सघन माध्यम (जैसे पानी) से कम सघन माध्यम (जैसे हवा) में जाता है, तो यह अभिलंब से दूर मुड़ जाता है। जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है, अपवर्तित किरण अभिलंब से और दूर मुड़ जाती है। जब यह कोण एक निश्चित बिंदु पर पहुँचता है, तो अपवर्तित किरण दो माध्यमों की सीमा के साथ-साथ चलती है। इस विशिष्ट कोण को क्रिटिकल एंगल कहा जाता है। क्रांतिक कोण से बड़ा कोई भी कोण पूर्ण आंतरिक परावर्तन की ओर ले जाता है।
क्रांतिक कोण का सूत्र
स्नेल का नियम आपतन और अपवर्तन के कोणों तथा दो माध्यमों के अपवर्तन सूचकांकों के बीच संबंध को परिभाषित करता है:
n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)
जहाँ:
- n1: सघन माध्यम का अपवर्तनांक
- θ1: आपतन कोण
- n2: कम सघन माध्यम का अपवर्तनांक
- θ2: अपवर्तन कोण
क्रांतिक कोण (θc) पर, अपवर्तन कोण θ2 90 डिग्री हो जाता है क्योंकि अपवर्तित किरण सीमा के साथ-साथ चलती है। इसे स्नेल के नियम में प्रतिस्थापित करने पर हमें यह मिलता है:
n1 * sin(θc) = n2 * sin(90°)
चूँकि sin(90°) = 1, सूत्र सरल हो जाता है:
sin(θc) = n2 / n1
या उपयोग में आसान रूप में:
θc = arcsin(n2 / n1)
पैरामीटर उपयोग:
n1:सघन माध्यम (आयामहीन) का अपवर्तनांकn2:कम सघन माध्यम का अपवर्तनांक (आयाम रहित)
क्रांतिक कोण की गणना के उदाहरण
उदाहरण 1: जल से वायु इंटरफ़ेस
चलिए प्रकाश के जल (n1 = 1.33) से वायु (n2 = 1.00) की ओर यात्रा करने का मामला लेते हैं। सूत्र का उपयोग करना:
θc = arcsin(1.00 / 1.33)
इसकी गणना करने पर प्राप्त होता है:
θc ≈ 48.75°
इसका अर्थ है कि 48.75° से अधिक किसी भी घटना के कोण के लिए, प्रकाश जल-वायु सीमा पर पूर्ण आंतरिक परावर्तन से गुजरेगा।
उदाहरण 2: ग्लास टू एयर इंटरफ़ेस
ग्लास (n1 = 1.5) से हवा (n2 = 1.00) में यात्रा करने वाले प्रकाश पर विचार करें:
θc = arcsin(1.00 / 1.5)
इसकी गणना करने पर प्राप्त होता है:
θc ≈ 41.81°
ग्लास से हवा में यात्रा करने वाला प्रकाश 41.81 डिग्री से अधिक की घटना के कोण पर हवा पूरी तरह से आंतरिक रूप से परावर्तित होगी।
FAQ अनुभाग
क्रांतिक कोण का क्या महत्व है?
क्रांतिक कोण प्रकाशिकी में महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कुल आंतरिक प्रतिबिंब के लिए स्थिति निर्धारित करता है, जो फाइबर ऑप्टिक्स, दूरबीन और कुछ ऑप्टिकल उपकरणों जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
क्या कुल आंतरिक प्रतिबिंब तब हो सकता है जब प्रकाश कम घनत्व से सघन माध्यम में जाता है?
नहीं, कुल आंतरिक प्रतिबिंब केवल तभी हो सकता है जब प्रकाश सघन माध्यम से कम सघन माध्यम में जाता है।
क्या होता है यदि घटना का कोण क्रांतिक कोण के बराबर है?
यदि घटना का कोण क्रांतिक कोण के बराबर है, तो अपवर्तित प्रकाश किरण दो की सीमा के साथ यात्रा करेगी मीडिया।
निष्कर्ष
प्रकाशिकी के अध्ययन में महत्वपूर्ण कोण को समझना महत्वपूर्ण है। सूत्र θc = arcsin(n2 / n1) का उपयोग करके और संबंधित दो मीडिया के अपवर्तक सूचकांकों को जानकर, कोई व्यक्ति उस कोण को निर्धारित कर सकता है जिसके आगे पूर्ण आंतरिक परावर्तन होगा। यह घटना न केवल आकर्षक है, बल्कि बेहद व्यावहारिक भी है, जो फाइबर ऑप्टिक्स और विभिन्न ऑप्टिकल उपकरणों में प्रौद्योगिकी को रेखांकित करती है।
Tags: आप्टिक्स, भौतिक विज्ञान, प्रकाश