परावर्तन (भौतिकी)
परावर्तन दो अलग-अलग माध्यमों (प्रकाशिकी) के बीच अंतराफलक (इंटरफ़ेस) पदार्थ पर वेवफ्रंट की दिशा में परिवर्तन है जिससे वेवफ्रंट उस माध्यम में लौट आए जहां से इसकी उत्पत्ति हुई थी। सामान्य उदाहरणों में प्रकाश, ध्वनि और जल तरंगों का परावर्तन सम्मिलित है। प्रतिबिंब का नियम कहता है कि स्पेक्युलर परावर्तन के लिए (उदाहरण के लिए दर्पण में) वह कोण जिस पर तरंग सतह पर आपतित होती है उस कोण के बराबर होती है जिस पर वह परावर्तित होती है।
ध्वनिकी में, प्रतिबिंब इको (घटना) का कारण बनता है और सोनार में प्रयोग किया जाता है। भूविज्ञान में, भूकंपीय तरंगों के अध्ययन में यह महत्वपूर्ण है। पानी के निकायों में सतही तरंगों के साथ प्रतिबिंब देखा जाता है। दृश्य प्रकाश के अलावा, कई प्रकार की विद्युत चुम्बकीय तरंग के साथ परावर्तन देखा जाता है। बहुत उच्च आवृत्ति और उच्च आवृत्तियों का परावर्तन रेडियो प्रसारण और राडार के लिए महत्वपूर्ण है। यहां तक कि कठोर एक्स-रे और गामा किरण को विशेष चराई (ग्रेज़िंग) वाले दर्पणों के साथ उथले कोणों पर परावर्तित किया जा सकता है।
प्रकाश का परावर्तन
अंतराफलक की प्रकृति के आधार पर प्रकाश का परावर्तन या तो स्पेक्युलर परावर्तन (दर्पण जैसा) या डिफ्यूज़ परावर्तन (ऊर्जा को बनाए रखना, किंतु छवि को खोना) है। स्पेक्युलर परावर्तन में परावर्तित तरंगों का चरण (तरंगें) निर्देशांक की उत्पत्ति के विकल्प पर निर्भर करता है, किंतु एस और पी (टीई और टीएम) ध्रुवीकरण के बीच सापेक्ष चरण मीडिया के गुणों और उनके बीच के अंतराफलक द्वारा तय किया जाता है। .[1]
स्पेक्युलर प्रकाश प्रतिबिंब के लिए दर्पण सबसे आम मॉडल प्रदान करता है, और सामान्यतः धातु कोटिंग के साथ कांच की शीट होती है जहां महत्वपूर्ण प्रतिबिंब होता है। धातुओं में उनकी त्वचा की गहराई से परे तरंग प्रसार के दमन से परावर्तन को बढ़ाया जाता है। पानी या कांच जैसे पारदर्शिता (प्रकाशिकी) मीडिया की सतह पर भी प्रतिबिंब होता है।
आरेख में, प्रकाश किरण PO बिंदु O पर ऊर्ध्वाधर दर्पण से टकराती है, और परावर्तित किरण OQ है। दर्पण के लंबवत बिंदु ओ के माध्यम से काल्पनिक रेखा को प्रक्षेपित करके, जिसे सामान्य (ज्यामिति) के रूप में जाना जाता है, हम घटना के कोण (प्रकाशिकी), θi को माप सकते हैं और प्रतिबिंब का कोण, θr. परावर्तन का नियम कहता है कि θi = मैंr, या दूसरे शब्दों में, आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है।
वास्तव में, प्रकाश का परावर्तन तब हो सकता है जब प्रकाश किसी दिए गए अपवर्तक सूचकांक के माध्यम से अलग अपवर्तक सूचकांक वाले माध्यम में यात्रा करता है। सबसे सामान्य स्थितिे में, प्रकाश का निश्चित अंश अंतराफलक से परिलक्षित होता है, और शेष अपवर्तन होता है। सीमा से टकराने वाली प्रकाश किरण के लिए मैक्सवेल के समीकरणों को हल करने से फ़्रेस्नेल समीकरणों की व्युत्पत्ति की अनुमति मिलती है, जिसका उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है कि दी गई स्थिति में कितना प्रकाश परावर्तित होता है, और कितना अपवर्तित होता है। यह उस तरह के अनुरूप है जैसे विद्युत परिपथ में प्रतिबाधा मिलान संकेतों के प्रतिबिंब का कारण बनता है। सघन माध्यम से प्रकाश का पूर्ण आंतरिक परावर्तन तब होता है जब आपतन कोण स्नेल के नियम से अधिक होता है।
संपूर्ण आंतरिक परावर्तन का उपयोग उन तरंगों पर ध्यान केंद्रित करने के साधन के रूप में किया जाता है जिन्हें सामान्य साधनों द्वारा प्रभावी रूप से परावर्तित नहीं किया जा सकता है। तरंगों के लिए अभिसरण सुरंग बनाकर एक्स-रे टेलीस्कोप का निर्माण किया जाता है। चूंकि तरंगें इस सुरंग की सतह के साथ कम कोण पर परस्पर क्रिया करती हैं, इसलिए वे फोकस बिंदु की ओर परिलक्षित होती हैं (या सुरंग की सतह के साथ किसी अन्य संपर्क की ओर, अंततः फोकस पर डिटेक्टर को निर्देशित किया जा रहा है)। पारंपरिक परावर्तक बेकार होगा क्योंकि एक्स-रे केवल इच्छित परावर्तक से गुजरेंगे।
जब प्रकाश माध्यम से उच्च अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री से परावर्तित होता है, तो यह परावर्तन चरण परिवर्तन 180 डिग्री चरण बदलाव से गुजरता है। इसके विपरीत, जब प्रकाश कम अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री से परावर्तित होता है तो परावर्तित प्रकाश घटना प्रकाश के साथ चरण में होता है। पतली फिल्म प्रकाशिकी के क्षेत्र में यह महत्वपूर्ण सिद्धांत है।
स्पेक्युलर रिफ्लेक्शन छवि बनाता है। सपाट सतह से परावर्तन दर्पण छवि बनाता है, जो बाएं से दाएं उलटा प्रतीत होता है क्योंकि हम उस छवि की तुलना करते हैं जो हम देखते हैं कि अगर हम छवि की स्थिति में घुमाए गए तो हम क्या देखेंगे। घुमावदार सतह पर स्पेक्युलर प्रतिबिंब छवि बनाता है जो आवर्धन या विवर्धित हो सकता है; घुमावदार दर्पण में ऑप्टिकल शक्ति होती है। ऐसे दर्पणों में ऐसी सतहें हो सकती हैं जो गोलाकार या परवलयिक परावर्तक हों।
प्रतिबिंब के नियम
यदि परावर्तक सतह बहुत चिकनी है, तो प्रकाश का जो परावर्तन होता है उसे स्पेक्युलर या नियमित परावर्तन कहा जाता है। परावर्तन के नियम इस प्रकार हैं:
- आपतित किरण, परावर्तित किरण और आपतन बिंदु पर परावर्तन सतह के अभिलम्ब ही आपतन तल में होते हैं।
- आपतित किरण सामान्य से जो कोण बनाती है, वह कोण परावर्तित किरण उसी सामान्य पर बनाती है।
- परावर्तित किरण और आपतित किरण अभिलम्ब के विपरीत दिशा में हैं।
इन तीनों कानूनों को फ्रेस्नेल समीकरणों से प्राप्त किया जा सकता है।
तंत्र
शास्त्रीय विद्युत चुंबकत्व में, प्रकाश को विद्युत चुम्बकीय तरंग माना जाता है, जिसे मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा वर्णित किया गया है। किसी सामग्री पर प्रकाश तरंगें अलग-अलग परमाणुओं (या धातुओं में इलेक्ट्रॉनों के दोलन) में डाइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण के छोटे दोलनों को प्रेरित करती हैं, जिससे प्रत्येक कण द्विध्रुवीय एंटीना की तरह सभी दिशाओं में छोटी माध्यमिक तरंग को विकीर्ण करता है। ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत के अनुसार, ये सभी तरंगें मिलकर स्पेक्युलर परावर्तन और अपवर्तन देती हैं।
डाइलेक्ट्रिक्स जैसे कांच के स्थितिे में, प्रकाश का विद्युत क्षेत्र सामग्री में इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करता है, और गतिमान इलेक्ट्रॉन क्षेत्र उत्पन्न करते हैं और नए रेडिएटर बन जाते हैं। कांच में अपवर्तित प्रकाश इलेक्ट्रॉनों के अग्रगामी विकिरण और आपतित प्रकाश का संयोजन है। परावर्तित प्रकाश सभी इलेक्ट्रॉनों के पश्चगामी विकिरण का संयोजन है।
धातुओं में, बिना बाध्यकारी ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को मुक्त इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। जब ये इलेक्ट्रॉन आपतित प्रकाश के साथ दोलन करते हैं, तो उनके विकिरण क्षेत्र और घटना क्षेत्र के बीच का चरण अंतर π (180°) होता है, इसलिए आगे का विकिरण आपतित प्रकाश को रद्द कर देता है, और पश्च विकिरण केवल परावर्तित प्रकाश होता है।
फोटोन के संदर्भ में लाइट-मैटर इंटरेक्शन क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स का विषय है, और इसका वर्णन रिचर्ड फेनमैन ने अपनी लोकप्रिय पुस्तक क्यूइडी (पुस्तक)|क्यूइडी: द स्ट्रेंज थ्योरी ऑफ लाइट एंड मैटर में विस्तार से किया है।
फैलाना प्रतिबिंब
जब प्रकाश किसी (गैर-धात्विक) सामग्री की सतह से टकराता है तो यह सामग्री के अंदर सूक्ष्म अनियमितताओं (जैसे पाली क्रिस्टलीय सामग्री की अनाज की सीमाएँ, या कोशिका (जीव विज्ञान) या रेशा की सीमाओं) द्वारा कई परावर्तनों के कारण सभी दिशाओं में उछल जाती है। कार्बनिक पदार्थ) और इसकी सतह से, अगर यह खुरदरा है। इस प्रकार, 'छवि' नहीं बनती है। इसे विसरित परावर्तन कहते हैं। प्रतिबिंब का सटीक रूप सामग्री की संरचना पर निर्भर करता है। विसरित परावर्तन के लिए सामान्य मॉडल लैम्बर्टियन परावर्तन है, जिसमें लैम्बर्ट के कोसाइन कानून द्वारा परिभाषित सभी दिशाओं में प्रकाश समान [[ चमक ]] (फोटोमेट्री में) या चमक (रेडियोमेट्री में) के साथ परिलक्षित होता है।
हम जिन वस्तुओं को देखते हैं, उनमें से अधिकांश वस्तुओं द्वारा हमारी आँखों को भेजा गया प्रकाश उनकी सतह से विसरित परावर्तन के कारण होता है, इसलिए यह भौतिक अवलोकन का हमारा प्राथमिक तंत्र है।[2]
प्रतिबिंब
कुछ सतहें पुनरावर्तन प्रदर्शित करती हैं। इन सतहों की संरचना ऐसी होती है कि प्रकाश जिस दिशा से आता है उसी दिशा में लौट जाता है।
सूरज की रौशनी से प्रकाशित बादलों के ऊपर उड़ान भरते समय विमान की छाया के आसपास का क्षेत्र अधिक चमकीला दिखाई देगा, और इसी तरह का प्रभाव घास पर ओस से देखा जा सकता है। यह आंशिक रेट्रो-परावर्तन घुमावदार छोटी बूंद की सतह के अपवर्तक गुणों और छोटी बूंद के पीछे की ओर परावर्तक गुणों द्वारा बनाया गया है।
कुछ जानवरों के रेटिना रेट्रोरिफ्लेक्टर के रूप में कार्य करते हैं (अधिक विवरण के लिए उज्ज्वल कालीन देखें), क्योंकि यह प्रभावी रूप से जानवरों की रात की दृष्टि में सुधार करता है। चूँकि उनकी आँखों के लेंस पारस्परिक रूप से आने वाले और बाहर जाने वाले प्रकाश के पथ को संशोधित करते हैं, इसका प्रभाव यह होता है कि आँखें मजबूत रेट्रोरिफ्लेक्टर के रूप में कार्य करती हैं, कभी-कभी रात में टॉर्च के साथ जंगल में चलते समय देखा जाता है।
तीन साधारण दर्पणों को एक-दूसरे से लंबवत (एक कोने परावर्तक ) रखकर साधारण रेट्रोरिफ्लेक्टर बनाया जा सकता है। उत्पादित छवि दर्पण द्वारा निर्मित छवि का व्युत्क्रम है।
एक सतह को उस पर छोटे अपवर्तक क्षेत्रों की परत जमा करके या संरचनाओं की तरह छोटे पिरामिड बनाकर आंशिक रूप से पुन: परावर्तक बनाया जा सकता है। दोनों ही स्थितियोंं में आंतरिक परावर्तन के कारण प्रकाश वापस उसी स्थान पर परावर्तित हो जाता है जहाँ से उसकी उत्पत्ति हुई थी। इसका उपयोग यातायात संकेत बनाने के लिए किया जाता है और ऑटोमोबाइल लाइसेंस प्लेटें प्रकाश को वापस उसी दिशा में दर्शाती हैं जहां से यह आया था। इस एप्लिकेशन में पूर्ण पुन: प्रतिबिंब वांछित नहीं है, क्योंकि प्रकाश को चालक की आंखों के अतिरिक्त आने वाली कार की हेडलाइट्स में वापस निर्देशित किया जाएगा।
एकाधिक प्रतिबिंब
जब प्रकाश दर्पण से परावर्तित होता है, तो छवि दिखाई देती है। बिल्कुल आमने-सामने रखे दो दर्पण सीधी रेखा में अनंत संख्या में प्रतिबिम्बों का आभास देते हैं। दो दर्पणों के बीच दिखाई देने वाली कई प्रतिबिंब जो दूसरे से कोण पर बैठती हैं, वृत्त के ऊपर स्थित होती हैं।[3] उस वृत्त का केंद्र दर्पणों के काल्पनिक चौराहे पर स्थित है। आमने-सामने रखे चार दर्पणों का वर्ग समतल में व्यवस्थित अनंत संख्या में छवियों का आभास देता है। पिरामिड को एकत्रित करने वाले चार दर्पणों के बीच दिखाई देने वाली कई प्रतिबिंब, जिसमें दर्पणों की प्रत्येक जोड़ी दूसरे से कोण पर बैठती है, गोले के ऊपर स्थित होती है। यदि पिरामिड का आधार आयत के आकार का है, तो प्रतिबिंब टोरस्र्स के खंड में प्रसारित होती हैं।[4]
ध्यान दें कि ये सैद्धांतिक आदर्श हैं, जिनके लिए पूरी तरह चिकनी, पूरी तरह से फ्लैट सही परावर्तक के सही संरेखण की आवश्यकता होती है जो किसी भी प्रकाश को अवशोषित नहीं करते हैं। व्यवहार में, इन स्थितियों का केवल संपर्क किया जा सकता है, किंतु हासिल नहीं किया जा सकता है क्योंकि परावर्तकों में किसी भी सतह की खामियों के प्रभाव फैलते हैं और बढ़ते हैं, अवशोषण धीरे-धीरे छवि को बुझा देता है, और कोई भी अवलोकन उपकरण (जैविक या तकनीकी) हस्तक्षेप करेगा।
जटिल संयुग्म प्रतिबिंब
इस प्रक्रिया में (जिसे चरण संयुग्मन के रूप में भी जाना जाता है), प्रकाश ठीक उसी दिशा में वापस उछलता है, जहां से वह गैर-रैखिक ऑप्टिकल प्रक्रिया के कारण आया था। न केवल प्रकाश की दिशा उलट जाती है, किंतु वास्तविक तरंगाग्र भी उलट जाते हैं। चरण-संयुग्मित दर्पण का उपयोग बीम से ऑप्टिकल सिस्टम में विचलन को दूर करने के लिए किया जा सकता है और फिर दूसरी बार विपथन प्रकाशिकी के माध्यम से प्रतिबिंब को पारित कर सकता है। यदि कोई जटिल संयुग्मन दर्पण में देखता है, तो यह काला होगा क्योंकि पुतली को छोड़ने वाले फोटॉन ही पुतली तक पहुँचेंगे।
अन्य प्रकार के प्रतिबिंब
न्यूट्रॉन प्रतिबिंब
सामग्री जो न्यूट्रॉन को प्रतिबिंबित करती है, उदाहरण के लिए फीरोज़ा , परमाणु रिएक्टरों और परमाणु हथियार में उपयोग की जाती है। भौतिक और जैविक विज्ञान में, सामग्री के भीतर परमाणुओं के न्यूट्रॉन रिफ्लेमेट्री का उपयोग सामान्यतःसामग्री की आंतरिक संरचना को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
ध्वनि परावर्तन
जब अनुदैर्ध्य ध्वनि तरंग सपाट सतह से टकराती है, तो ध्वनि सुसंगत तरीके से परिलक्षित होती है, बशर्ते ध्वनि की तरंग दैर्ध्य की तुलना में परावर्तक सतह का आयाम बड़ा हो। ध्यान दें कि श्रव्य ध्वनि की बहुत व्यापक आवृत्ति रेंज (20 से लगभग 17000 हर्ट्ज तक) होती है, और इस प्रकार तरंग दैर्ध्य की बहुत विस्तृत श्रृंखला (लगभग 20 मिमी से 17 मीटर तक)। नतीजतन, प्रतिबिंब की समग्र प्रकृति सतह की बनावट और संरचना के अनुसार भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, झरझरा सामग्री कुछ ऊर्जा को अवशोषित करेगी, और खुरदरी सामग्री (जहां तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष खुरदरी होती है) कई दिशाओं में प्रतिबिंबित होती है - ऊर्जा को बिखेरने के अतिरिक्त, इसे सुसंगत रूप से प्रतिबिंबित करने के लिए। यह वास्तुशिल्प ध्वनिकी के क्षेत्र में जाता है, क्योंकि इन प्रतिबिंबों की प्रकृति अंतरिक्ष के श्रवण अनुभव के लिए महत्वपूर्ण है। बाहरी शोर शमन के सिद्धांत में, परावर्तक सतह का आकार कुछ ध्वनि को विपरीत दिशा में परावर्तित करके शोर बाधा की अवधारणा से हल्के ढंग से अलग हो जाता है। ध्वनि प्रतिबिंब ध्वनिक स्थान को प्रभावित कर सकता है।
भूकंपीय प्रतिबिंब
भूकंप या अन्य स्रोतों (जैसे विस्फोट ) द्वारा उत्पन्न भूकंपीय तरंगें पृथ्वी के भीतर की परतों द्वारा परावर्तित हो सकती हैं। भूकंपों द्वारा उत्पन्न तरंगों के गहरे प्रतिबिंबों के अध्ययन ने भूकंप विज्ञानियों को पृथ्वी की स्तरित संरचना का निर्धारण करने की अनुमति दी है। सामान्यतःपृथ्वी की पपड़ी (भूविज्ञान) का अध्ययन करने के लिए, और विशेष रूप से पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस जमा की संभावना के लिए उथले प्रतिबिंबों का उपयोग प्रतिबिंब भूकंप विज्ञान में किया जाता है।
यह भी देखें
- परावर्तक - विरोधी लेप
- विवर्तन
- इको उपग्रह
- ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत
- परावर्तित प्रकाश स्रोतों की सूची
- ऋणात्मक अपवर्तन
- समुद्र की सतह की लहर
- प्रतिबिंब गुणांक
- परावर्तन
- अपवर्तन
- तरंग टैंक
- सिग्नल प्रतिबिंब
- स्नेल का नियम
- सूर्य की चमक
- दो किरण भू-प्रतिबिंब मॉडल
संदर्भ
- ↑ Lekner, John (1987). विद्युत चुम्बकीय और कण तरंगों के परावर्तन का सिद्धांत. Springer. ISBN 9789024734184.
- ↑ Mandelstam, L.I. (1926). "अमानवीय मीडिया द्वारा प्रकाश प्रकीर्णन". Zh. Russ. Fiz-Khim. Ova. 58: 381.
- ↑ M. Iona (1982). "आभासी दर्पण". Physics Teacher. 20 (5): 278. Bibcode:1982PhTea..20..278G. doi:10.1119/1.2341067.
- ↑ I. Moreno (2010). "पतला लाइटपाइप का आउटपुट विकिरण" (PDF). JOSA A. 27 (9): 1985–1993. Bibcode:2010JOSAA..27.1985M. doi:10.1364/JOSAA.27.001985. PMID 20808406. S2CID 5844431.
बाहरी कड़ियाँ
- Acoustic reflection
- Animations demonstrating optical reflection by क्यूइडी
- Simulation on Laws of Reflection of Sound By Amrita University
