പത്താം ക്ലാസ് തുല്യത ഫിസിക്സ്: പ്രകാശലോകം

കേരളത്തിലെ 10-ാം ക്ലാസ് തുല്യത ഫിസിക്സ് പാഠ്യപദ്ധതിയിലെ ആദ്യ അധ്യായമായ 'പ്രകാശത്തെ' ലളിതമായി മനസ്സിലാക്കാം.

എന്താണ് പ്രകാശം? (What is Light?)

നമ്മുടെ ചുറ്റുമുള്ള ലോകത്തെ കാണാൻ നമ്മളെ സഹായിക്കുന്ന ഒരുതരം ഊർജ്ജമാണ് (Energy) പ്രകാശം (Light). സൂര്യനിൽ നിന്നും, ബൾബിൽ നിന്നും, മെഴുകുതിരിയിൽ നിന്നുമൊക്കെ പ്രകാശം വരുന്നു. പ്രകാശമില്ലെങ്കിൽ നമുക്കൊന്നും കാണാൻ കഴിയില്ല.

പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രധാന സവിശേഷതകൾ (Key Properties of Light)

• നേർരേഖാ സഞ്ചാരം (Rectilinear Propagation): പ്രകാശം എപ്പോഴും നേർരേഖയിലാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നത്. ഇതിനാലാണ് നിഴലുകൾ (Shadows) ഉണ്ടാകുന്നത്.
• വേഗത (Speed): ശൂന്യതയിൽ (Vacuum) പ്രകാശത്തിന് ഒരു നിശ്ചിത വേഗതയുണ്ട്. ഇത് ഏകദേശം 3 ലക്ഷം കിലോമീറ്റർ പ്രതി സെക്കൻഡ് ആണ്. അതായത്, ഒരു സെക്കൻഡ് കൊണ്ട് പ്രകാശത്തിന് ഭൂമിയെ ഏഴര തവണ ചുറ്റി വരാൻ കഴിയും!
• പ്രതിഫലനം (Reflection): പ്രകാശം ഒരു പ്രതലത്തിൽ തട്ടി തിരിച്ചുവരുന്നതിനെ പ്രതിഫലനം എന്ന് പറയുന്നു.
• അപവർത്തനം (Refraction): പ്രകാശം ഒരു മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് (ഉദാ: വായു) മറ്റൊരു മാധ്യമത്തിലേക്ക് (ഉദാ: വെള്ളം) കടക്കുമ്പോൾ അതിൻ്റെ പാതയ്ക്ക് വ്യതിയാനം സംഭവിക്കുന്നതിനെ അപവർത്തനം എന്ന് പറയുന്നു.

പ്രതിഫലനം (Reflection)

നമ്മൾ കണ്ണാടിയിൽ (Mirror) നമ്മുടെ പ്രതിബിംബം (Image) കാണുന്നത് പ്രകാശത്തിൻ്റെ പ്രതിഫലനം മൂലമാണ്. ഒരു പ്രതലത്തിൽ തട്ടി പ്രകാശം തിരിച്ചുവരുന്നതിനെയാണ് പ്രതിഫലനം എന്ന് പറയുന്നത്.

പ്രതിഫലന നിയമങ്ങൾ (Laws of Reflection)

• ഒന്നാം നിയമം: പതിതകിരണം (Incident ray - പ്രതലത്തിലേക്ക് വരുന്ന പ്രകാശരശ്മി), പ്രതിഫലന കിരണം (Reflected ray - പ്രതലത്തിൽ തട്ടി തിരിച്ചുപോകുന്ന പ്രകാശരശ്മി), ലംബം (Normal - പ്രതലത്തിന് ലംബമായി വരയ്ക്കുന്ന സാങ്കൽപ്പിക രേഖ) എന്നിവയെല്ലാം ഒരേ തലത്തിൽ (Same plane) ആയിരിക്കും.
• രണ്ടാം നിയമം: പതിതകോൺ (Angle of incidence - പതിതകിരണവും ലംബവും തമ്മിലുള്ള കോൺ) എപ്പോഴും പ്രതിഫലനകോണിന് (Angle of reflection - പ്രതിഫലന കിരണവും ലംബവും തമ്മിലുള്ള കോൺ) തുല്യമായിരിക്കും.
  $$ \angle i = \angle r $$

ദർപ്പണങ്ങൾ (Mirrors)

പ്രകാശത്തെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്ന ഉപരിതലങ്ങളെ ദർപ്പണങ്ങൾ എന്ന് പറയുന്നു. പ്രധാനമായും രണ്ട് തരം ദർപ്പണങ്ങളുണ്ട്:

• സമതല ദർപ്പണം (Plane Mirror): നമ്മുടെ വീടുകളിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന കണ്ണാടി. ഇതിൽ രൂപപ്പെടുന്ന പ്രതിബിംബം മിഥ്യയായതും (Virtual), നിവർന്നതും (Erect), വസ്തുവിൻ്റെ അതേ വലുപ്പമുള്ളതും, പാർശ്വികമായി വിപരീതവുമാണ് (Laterally inverted).
• ഗോളീയ ദർപ്പണങ്ങൾ (Spherical Mirrors): വളഞ്ഞ പ്രതിഫലന പ്രതലമുള്ള ദർപ്പണങ്ങൾ. ഇവ രണ്ട് തരത്തിലുണ്ട്:
  • കോൺകേവ് ദർപ്പണം (Concave Mirror): ഉൾവശം പ്രതിഫലന പ്രതലമായ ദർപ്പണം. പ്രകാശരശ്മികളെ ഒരു ബിന്ദുവിലേക്ക് കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. ഷേവിംഗ് മിററുകൾ, ടോർച്ച് ലൈറ്റുകൾ എന്നിവയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
  • കോൺവെക്സ് ദർപ്പണം (Convex Mirror): പുറംവശം പ്രതിഫലന പ്രതലമായ ദർപ്പണം. പ്രകാശരശ്മികളെ വികസിപ്പിക്കുന്നു. വാഹനങ്ങളിലെ റിയർ വ്യൂ മിററുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു, കാരണം ഇത് വിശാലമായ കാഴ്ച നൽകുന്നു.

അപവർത്തനം (Refraction)

പ്രകാശം ഒരു മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് (ഉദാ: വായു) മറ്റൊരു മാധ്യമത്തിലേക്ക് (ഉദാ: വെള്ളം അല്ലെങ്കിൽ ഗ്ലാസ്) കടക്കുമ്പോൾ അതിൻ്റെ പാതയ്ക്ക് വ്യതിയാനം സംഭവിക്കുന്നതിനെയാണ് അപവർത്തനം എന്ന് പറയുന്നത്. ഇതിന് കാരണം, പ്രകാശത്തിൻ്റെ വേഗത വിവിധ മാധ്യമങ്ങളിൽ വ്യത്യസ്തമാണ് എന്നതാണ്.

അപവർത്തന നിയമങ്ങൾ (Laws of Refraction)

• ഒന്നാം നിയമം: പതിതകിരണം, അപവർത്തന കിരണം (Refracted ray), രണ്ട് മാധ്യമങ്ങളെയും വേർതിരിക്കുന്ന പ്രതലത്തിലെ ലംബം എന്നിവയെല്ലാം ഒരേ തലത്തിൽ ആയിരിക്കും.
• രണ്ടാം നിയമം (സ്നെൽസ് നിയമം - Snell's Law): ഒരു നിശ്ചിത നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശത്തിനും, നിശ്ചിത മാധ്യമങ്ങൾക്കും, പതിതകോണിൻ്റെ സൈൻ (sine) മൂല്യവും അപവർത്തനകോണിൻ്റെ സൈൻ മൂല്യവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം ഒരു സ്ഥിരസംഖ്യയായിരിക്കും. ഈ സ്ഥിരസംഖ്യയെ രണ്ടാമത്തെ മാധ്യമത്തിൻ്റെ ഒന്നാമത്തെ മാധ്യമത്തെ അപേക്ഷിച്ച് ഉള്ള അപവർത്തനാംഗം (Refractive Index) എന്ന് പറയുന്നു.
  $$ \frac{\sin i}{\sin r} = \text{സ്ഥിരസംഖ്യ (constant)} $$

ലെൻസുകൾ (Lenses)

രണ്ട് ഗോളീയ പ്രതലങ്ങളാൽ ചുറ്റപ്പെട്ടതോ, ഒരു ഗോളീയ പ്രതലവും ഒരു സമതല പ്രതലവും ചേർന്നതോ ആയ സുതാര്യമായ (Transparent) മാധ്യമങ്ങളാണ് ലെൻസുകൾ. ഇവ അപവർത്തന തത്വം ഉപയോഗിച്ച് പ്രതിബിംബങ്ങൾ രൂപീകരിക്കുന്നു. പ്രധാനമായും രണ്ട് തരം ലെൻസുകളുണ്ട്:

• കോൺവെക്സ് ലെൻസ് (Convex Lens): മധ്യഭാഗത്ത് കട്ടികൂടിയതും അരികുകൾ നേർത്തതുമായ ലെൻസ്. പ്രകാശരശ്മികളെ ഒരു ബിന്ദുവിലേക്ക് കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു (Converging lens). കണ്ണടകളിൽ, ക്യാമറകളിൽ, ഭൂതക്കണ്ണാടിയിൽ (Magnifying glass) എന്നിവയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• കോൺകേവ് ലെൻസ് (Concave Lens): മധ്യഭാഗത്ത് നേർത്തതും അരികുകൾ കട്ടികൂടിയതുമായ ലെൻസ്. പ്രകാശരശ്മികളെ വികസിപ്പിക്കുന്നു (Diverging lens). ചിലതരം കണ്ണടകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഉപസംഹാരം (Conclusion)

10-ാം ക്ലാസ് തുല്യത ഫിസിക്സിലെ പ്രകാശത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ആദ്യ അധ്യായം, നമ്മുടെ ചുറ്റുമുള്ള ലോകത്തെ എങ്ങനെ കാണുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള അടിസ്ഥാനപരമായ കാര്യങ്ങളാണ് പഠിപ്പിക്കുന്നത്. പ്രതിഫലനവും അപവർത്തനവും നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഈ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഫിസിക്സ് പഠനം കൂടുതൽ എളുപ്പവും രസകരവുമാക്കും. ആത്മവിശ്വാസത്തോടെ മുന്നോട്ട് പോകുക!