अपवर्तन एवं लेंस (Refraction and Lenses) — REET विज्ञान नोट्स

अपवर्तन (Refraction) क्या है

जब प्रकाश एक पारदर्शी माध्यम से दूसरे पारदर्शी माध्यम में तिरछा प्रवेश करता है, तो माध्यम बदलने पर प्रकाश की चाल में परिवर्तन के कारण उसका मार्ग मुड़ जाता है — इसे प्रकाश का अपवर्तन कहते हैं। अपवर्तन के दो नियम हैं: (1) आपतित किरण, अपवर्तित किरण और आपतन बिंदु पर अभिलंब — तीनों एक ही तल में होते हैं। (2) दिए गए दो माध्यमों तथा दिए गए रंग के प्रकाश के लिए, आपतन कोण की ज्या (sin i) और अपवर्तन कोण की ज्या (sin r) का अनुपात नियत रहता है — इसे स्नैल का नियम कहते हैं: sin i / sin r = अचर = अपवर्तनांक (n)।

अपवर्तनांक (refractive index) यह बताता है कि माध्यम प्रकाश को कितना मोड़ता है और यह निर्वात/वायु में प्रकाश की चाल तथा उस माध्यम में प्रकाश की चाल के अनुपात के बराबर होता है (n = c/v)। सघन माध्यम (जैसे काँच, पानी) में प्रकाश की चाल कम हो जाती है, इसलिए इनका अपवर्तनांक विरल माध्यम (जैसे वायु) से अधिक होता है।

उत्तल लेंस बनाम अवतल लेंस

लेंस सूत्र एवं क्षमता

लेंस सूत्र

1/v − 1/u = 1/f (नई कार्तीय चिन्ह परिपाटी के अनुसार)

आवर्धन (m)

m = h'/h = v/u

लेंस की क्षमता (P)

P = 1/f (f मीटर में); इकाई: डायोप्टर (D)

उत्तल लेंस की क्षमता

धनात्मक (+D)

अवतल लेंस की क्षमता

ऋणात्मक (−D)

उत्तल लेंस द्वारा प्रतिबिंब निर्माण

उत्तल लेंस से बनने वाला प्रतिबिंब वस्तु की स्थिति पर निर्भर करता है। जब वस्तु फोकस दूरी से बाहर रखी जाती है, तो वास्तविक व उल्टा प्रतिबिंब बनता है, जिसका आकार वस्तु की दूरी के अनुसार छोटा, वस्तु के बराबर या बड़ा हो सकता है। परंतु जब वस्तु फोकस दूरी के अंदर (लेंस व फोकस के बीच) रखी जाती है, तो आभासी, सीधा व बड़ा प्रतिबिंब बनता है — यही सिद्धांत आवर्धक लेंस (magnifying glass) में प्रयोग होता है।

इसके विपरीत, अवतल लेंस सदैव आभासी, सीधा और वस्तु से छोटा प्रतिबिंब बनाता है, चाहे वस्तु कहीं भी रखी हो — यह प्रतिबिंब लेंस और फोकस के बीच बनता है। यही कारण है कि अवतल लेंस का उपयोग निकट दृष्टि दोष (मायोपिया) के सुधार में किया जाता है। प्रतिबिंब की प्रकृति (वास्तविक/आभासी, सीधा/उल्टा, बड़ा/छोटा) को दर्शाने के लिए किरण आरेख (ray diagram) खींचना REET परीक्षा की तैयारी के लिए एक उपयोगी अभ्यास है, क्योंकि इससे प्रत्येक स्थिति स्पष्ट रूप से समझ आती है।

अपवर्तन के दैनिक जीवन में उदाहरण

पानी में डूबा हुआ पेंसिल या सीधा डंडा मुड़ा हुआ दिखाई देता है — यह प्रकाश के अपवर्तन के कारण होता है, जब पानी (सघन माध्यम) से वायु (विरल माध्यम) में प्रकाश किरणें मुड़ती हैं। इसी तरह तालाब वास्तविक गहराई से कम गहरा दिखाई देता है और तारों का टिमटिमाना (twinkling) भी वायुमंडलीय अपवर्तन के कारण होता है, क्योंकि वायुमंडल की विभिन्न परतों का घनत्व लगातार बदलता रहता है।

एक और रोचक उदाहरण है — जब सूर्य क्षितिज से नीचे होता है, तब भी हमें कुछ मिनट पहले व बाद तक सूर्योदय व सूर्यास्त के समय वह दिखाई देता है, क्योंकि वायुमंडलीय अपवर्तन के कारण सूर्य की किरणें मुड़कर हम तक पहुँच जाती हैं। इससे स्पष्ट होता है कि अपवर्तन केवल प्रयोगशाला की घटना नहीं, बल्कि प्रकृति में लगातार घटित होने वाली परिघटना है।

लेंस के दैनिक जीवन में उपयोग

चश्मा (Spectacles)

उत्तल व अवतल लेंस का उपयोग क्रमशः दूर व निकट दृष्टि दोष सुधारने में

आवर्धक लेंस (Magnifying Glass)

उत्तल लेंस से छोटी वस्तुओं (जैसे अखबार के छोटे अक्षर) को बड़ा कर देखना

कैमरा

उत्तल लेंस द्वारा वास्तविक व उल्टा प्रतिबिंब फिल्म/सेंसर पर बनाना

सूक्ष्मदर्शी व दूरदर्शी (Microscope, Telescope)

उत्तल लेंसों के संयोजन से सूक्ष्म व दूरस्थ वस्तुओं को बड़ा करके देखना

बच्चों को कैसे पढ़ाएँ

अभ्यास प्रश्न

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

आगे पढ़ें