परीक्षण: काँच के माध्यम से अपवर्तन - UPSC MCQ

रिक्त स्थान में प्रकाश की गति, जिसे सामान्यतः c के रूप में संदर्भित किया जाता है, एक वैश्विक भौतिक स्थिरांक है जो भौतिकी के कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण है। इसका सटीक मान 299,792,458 मीटर प्रति सेकंड के रूप में परिभाषित किया गया है (या लगभग, 3 x 10⁸ मीटर/सेकंड) है।

जब एक किरण कांच से हवा के माध्यम में प्रवेश करती है, तो यह सामान्य से दूर मुड़ती है। इस घटना को अपवर्तन कहा जाता है। यहाँ एक विस्तृत व्याख्या दी गई है:

- प्रकाश की किरणें एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर गति और दिशा बदलती हैं, जब उनकी दृष्टिगत घनत्व अलग होती है।
- जब प्रकाश कांच (उच्च दृष्टिगत घनत्व) से हवा (निम्न दृष्टिगत घनत्व) में जाता है, तो यह सामान्य से दूर मुड़ती है (एक काल्पनिक रेखा जो सतह के प्रति लंबवत है)।
- प्रकाश का यह मुड़ना विभिन्न माध्यमों में प्रकाश की गति में परिवर्तन के कारण होता है, जिससे किरण अपने मूल पथ से भटक जाती है।

इसलिए, सही उत्तर है B: यह सामान्य से दूर मुड़ती है।

प्रकाश पदार्थ X में पदार्थ Y की तुलना में तेज़ी से यात्रा करता है, जो यह संकेत करता है कि अपवर्तनांक पदार्थ Y के लिए अधिक है:
अपवर्तनांक (n) एक पदार्थ में प्रकाश की गति के लिए व्युत्क्रमानुपाती होता है।
यदि प्रकाश पदार्थ X में तेज़ी से यात्रा करता है, तो इसका अर्थ है कि X का अपवर्तनांक Y की तुलना में कम है।
इसलिए, अपवर्तनांक पदार्थ Y के लिए अधिक है।
सही उत्तर B है: पदार्थ-Y।

आयताकार कांच की स्लैब के माध्यम से अपवर्तन के दौरान, निम्नलिखित बिंदु लागू होते हैं:

1. पहली सतह पर परिकल्पित कोण और अपवर्तन का कोण:

   
   
   • जब प्रकाश हवा (या किसी अन्य माध्यम) से आयताकार कांच की स्लैब में प्रवेश करता है, तो यह कांच के उच्च अपवर्तनांक के कारण सामान्य की ओर मुड़ता है।
   • पहली सतह पर परिकल्पित कोण (i₁​) हमेशा अपवर्तन के कोण (r₁​) से बड़ा होता है।

2. दूसरी सतह पर परिकल्पित कोण और अपवर्तन का कोण:

   
   
   • जैसे ही प्रकाश कांच की स्लैब से बाहर निकलता है और फिर से हवा में प्रवेश करता है, यह सामान्य से दूर मुड़ता है क्योंकि हवा का अपवर्तनांक कांच से कम है।
   • दूसरी सतह पर परिकल्पित कोण (i₂​) अपवर्तन के कोण (r_2​) के बराबर है।

सारांश:

• स्लैब की पहली सतह पर परिकल्पित कोण हमेशा अपवर्तन के कोण से बड़ा होता है।
• स्लैब की दूसरी सतह पर परिकल्पित कोण अपवर्तन के कोण के बराबर है।

इसलिए, सही विकल्प है: विकल्प D

एक माध्यम में प्रकाश की गति को अभ्यावर्तनांक सूत्र का उपयोग करके गणना की जा सकती है:

अभ्यावर्तनांक (n) = निर्वात में प्रकाश की गति (c) / माध्यम में प्रकाश की गति (v)
दी गई जानकारी:
कांच का अभ्यावर्तनांक (n) = 1.50
निर्वात में प्रकाश की गति (c) = 3 × 10⁸ मीटर/सेकंड
v ज्ञात करने के लिए सूत्र को पुनर्व्यवस्थित करना:
v = c / n
मूल्यों को प्रतिस्थापित करें:
v = (3 × 10⁸ मीटर/सेकंड) / 1.50
गणना:
v = 2 × 10⁸ मीटर/सेकंड
इसलिए, सही उत्तर है:
क: 2 × 10⁸ मीटर/सेकंड

स्नेल का अपवर्तन का नियम कहता है कि घटना कोण के साइन का अनुपात अपवर्तित कोण के साइन के साथ एक स्थिरांक होता है। यह नियम, जिसे स्नेल का नियम भी कहा जाता है, वर्णन करता है कि जब प्रकाश विभिन्न माध्यमों से गुजरता है तो उसका व्यवहार कैसा होता है। यह हमें समझने में मदद करता है कि प्रकाश कैसे मुड़ता है जब वह एक माध्यम से दूसरे में जाता है, उनके अपवर्तनांक के आधार पर।

हीरे का अपवर्तनांक 2.42 का अर्थ है कि हीरे में प्रकाश हवा की तुलना में धीमा चलता है। अपवर्तनांक वह अनुपात है जो निर्वात में प्रकाश की गति और माध्यम में प्रकाश की गति के बीच होता है। उच्च अपवर्तनांक यह संकेत करता है कि प्रकाश की गति में माध्यम के भीतर अधिक कमी है।

पानी का अपवर्तकांक आमतौर पर लगभग 1.33 होता है, जो 1 से अधिक है लेकिन 2 से कम है। यह मान इंगित करता है कि पानी में प्रकाश हवा की तुलना में धीमी गति से चलता है, लेकिन कांच जैसे अधिक ऑप्टिकल घनत्व वाले सामग्रियों की तुलना में इतनी धीमी गति से नहीं।