प्रकाश (Light)
प्रकाश (Light)

प्रकाश (Light) : प्रकाश हे ऊर्जेचे एक स्वरूप असून त्यामुळे आपल्या डोळ्यांना दृश्य संवेदना प्राप्त होतात. प्रकाश हे विद्युत चुंबकीय प्रारणांचे एक स्वरूप आहे. प्रकाशाचे स्त्रोत नैसर्गिक तसेच कृत्रिम असतात.

नैसर्गिक स्त्रोत (Natural Source) : सूर्य, तारे, काजवा, धूमकेतू

कृत्रिम स्त्रोत (Artificial Source) : मेणबत्ती, लाकूड, विजेचा दिवा, ट्यूबलाईट, कंदील

शीत स्त्रोत (Cold Source) : तारे, ट्यूबलाईट, काजवा, सोडियम व्हेपर, निऑन साईंन बोर्ड

उष्ण स्त्रोत (Hot Source) : मेणबत्ती, सूर्य, विजेचा बल्ब, जळणारे लाकूड.

सूर्य – प्रकाशाचा मुख्य स्त्रोत (Sun – The main Source of Light) :

सूर्याच्या पृष्ठभागामध्ये घडणाऱ्या केंद्रकीय संमीलन अभिक्रियेतून सौरऊर्जा निर्माण होते. सूर्याच्या अंतर्भागाचे तापमान कित्येक दशलक्ष अंश असून त्या तापमानाला हायड्रोजनचे अणू गतिमान होऊन परस्परांच्या प्रतिकर्षण बलावर मात करतात व त्यातून हेलियम केंद्रकांची निर्मिती होते. परंतु तयार झालेल्या हेलियमचे वस्तुमान हायड्रोजनपेक्षा थोडेसे कमी असते. या कमी झालेल्या वस्तुमानाचे रुपांतर प्रचंड प्रमाणात उष्णता आणि प्रकाश ऊर्जेमध्ये होते.

आईन्स्टाईनच्या सिद्धांतानुसार कमी झालेल्या वस्तू मानाचे रूपांतर खालील सूत्राप्रमाणे ऊर्जेमध्ये होते.

सूत्र

ऊर्जा = कमी झालेले वस्तुमान * (प्रकाशाचा वेग) 2

E = mc2

अत्यंत कमी वस्तुमान असणारी दोन केंद्रके एकत्र येऊन जड आणि स्थिर केंद्रक तयार होऊन प्रचंड ऊर्जा मुक्त होण्याच्या प्रक्रियेला केंद्रकीय संमीलन (Nuclear Fusion) असे म्हणतात.

प्रकाशाचा वेग (Speed of Light) :

हवेमध्ये प्रकाशाचा वेग 3 * 108 m/s (299,792,458 m/s) इतका आहे. तर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर प्रकाश किरण पोहोचण्यास साधारणपणे 8 मिनिट 19 सेकंद (499 सेकंद) इतका वेळ लागतो. घनतेनुसार प्रकाशाच्या वेगावर परिणाम होतो.पाण्यात प्रकाशाचा वेग 2 * 108 (225,400,000 m/s) इतका असतो.

प्रकाशाचे स्वरूप :

प्रकाश विद्युत – चुंबकीय प्रारणांचे एक स्वरूप असून त्यामुळे आपल्या डोळ्यांना दृश्य संवेदना प्राप्त होते. प्रकाशाप्रमाणेच रेडिओ लहरी, अवरक्त किरणे, अल्फा आणि बीटा किरणे, गॅमा किरणे आणि क्ष-किरणे हे देखील विद्युत-चुंबकीय वर्णपटाचे घटक आहेत. जो प्रकाश आपल्या डोळ्यांना दिसतो त्यास दृश्य प्रकाश (Visible Light) असे म्हणतात. या प्रकाश किरणांची तरंगलांबी 4 * 10 m ते 7 * 10 m या दरम्यान असते. प्रकाशाचे प्रसारण सरळ रेषेत होत असते. यालाच प्रकाशाचे विवर्तन असे म्हणतात. तर प्रकाशाच्या प्रसारणाच्या मार्गाला प्रकाश किरण असे म्हणतात. अनेक प्रकाश किरण एकत्र येऊन प्रकाश शलाका तयार करतात.

विद्युत चुंबकीय वर्णपटल (Electro – magnetic Spectrum) :

प्रकाशाचे परावर्तन

एखाद्या अपारदर्शक पृष्ठभागावरून प्रकाशकिरणांच्या परत फिरण्याला प्रकाशाचे परावर्तन असे म्हणतात. ज्या वस्तूवरून प्रकाशाचे परावर्तन होते त्या वस्तूची छाया/ सावली तयार होते.

महत्वाच्या संज्ञा :

  1. आपाती किरण (Incident Ray) :कोणत्याही पृष्ठभागावर पडलेल्या प्रकाशकिरणाला आपाती किरण असे म्हणतात

2)  आपात बिंदू (Point of Incidence) : पृष्ठभागावर प्रकाश किरण ज्या ठिकाणी पडतो त्याला आपात बिंदू असे म्हणतात.

3) परावर्तित किरण (Reflected Ray) :  अपारदर्शक पृष्ठभागावरून परत फिरणाऱ्या प्रकाशकिरणाला परावर्तित किरण असे म्हणतात.

4) स्तंभिका (Normal) : आपात बिंदूजवळ पृष्ठभागावर काढलेल्या लंब रेषेला स्तंभिका असे म्हणतात.

5) आपाती कोन (Angle of Incidence) : आपाती किरणाने स्तंभिकाजवळ केलेल्या कोणाला आपाती कोन असे म्हणतात

6) परावर्तित कोन (Angle of Reflection) : परावर्तित किरणाने स्तंभिकाजवळ केलेल्या कोनाला परावर्तित कोन असे म्हणतात.

परावर्तनाचे नियम (Laws of Reflection) :

1) आपाती किरण, परावर्तित किरण आणि स्तंभिका नेहमी एकाच प्रतलात असतात.

2) आपाती किरण आणि परावर्तित किरण हे नेहमीच स्तंभिकेच्या विरुद्ध बाजूस असतात.

3) आपाती कोन आणि परावर्तीत कोन नेहमी समान मापाचे असतात.

परावर्तनाचे प्रकार (Types of Reflection) :

  1. नियमित परावर्तन (Regular Reflection) :

सपाट व गुळगुळीत पृष्ठभागावरून होणारे परावर्तन

     2) अनियमित परावर्तन (Irregular Reflection):

खडबडीत पृष्ठभागावरून होणारे परावर्तन

प्रकाशाचे अपवर्तन (Refraction of Light)

जेव्हा प्रकाश किरण एका पारदर्शक माध्यमातून दुसऱ्या पारदर्शक माध्यमात तिरकस जातात तेव्हा त्यांच्या प्रसारणाच्या दिशेत बदल होतो यालाच प्रकाशाचे अपवर्तन असे म्हणतात.

महत्वाच्या संज्ञा

1) आपाती किरण (Incident Ray) : कोणत्याही पृष्ठभागावर पडलेल्या प्रकाशकिरणाला आपाती किरण असे म्हणतात

2) आपात बिंदू (Point of Incidence) : पृष्ठभागावर प्रकाशकिरण ज्या ठिकाणी पडतो त्यास आपात बिंदू असे म्हणतात.

3) अपवर्तित किरण (Refracted Ray) : एका माध्यमातून दुसऱ्या माध्यमात प्रसारित झालेल्या किंवा प्रवेश केलेल्या प्रकाशकिरणाला अपवर्तित किरण असे म्हणतात.

4) निर्गत किरण (Emerging Ray) : एका पारदर्शक माध्यमातून दुसऱ्या पारदर्शक माध्यमात प्रसारित होऊन पुढे पुन्हा मूळ माध्यमात प्रसारित होणाऱ्या प्रकाशकिरणाला निर्गत किरण असे म्हणतात.

5) स्तंभिका (Normal) : आपात बिंदूजवळ पृष्ठभागावर काढलेल्या लंब रेषेला स्तंभिका असे म्हणतात.

6) आपाती कोन (Angle of Incidence) : आपाती किरणाने स्तंभिकेजवळ केलेल्या कोनाला आपाती कोन असे म्हणतात.

7) अपवर्तित कोन (Angle of Refraction) :अपवर्तित किरणाने स्तंभिकेजवळ केलेल्या कोनाला अपवर्तित कोन असे म्हणतात.

अपवर्तन संकल्पना (Refraction – Concept) :

  • प्रकाश किरणांचा वेग वेगवेगळ्या पारदर्शक माध्यमात वेगवेगळा असतो.
  • ज्या पारदर्शक माध्यमात प्रकाशकिरणाच्या मार्गात कमी अडथळा असतो म्हणजेच प्रकाशाचा वेग जास्त असतो त्याच प्रकाशाचे विरल माध्यम (Rarer Medium) असे म्हणतात.
  • ज्या पारदर्शक माध्यमात प्रकाशकिरणाच्या मार्गात थोडा अधिक अडथळा असतो म्हणजेच तेथे प्रकाशाचा वेग थोडा कमी असतो त्यास प्रकाशाचे घन माध्यम (Denser Medium) असे म्हणतात.
  • पारदर्शक माध्यमाच्या घनतेवरून प्रकाशाच्या प्रसारणाच्या दिशेत बदल कसा होणार हे ठरते.

टीप : जेव्हा प्रकाश किरण विरल माध्यमातून घन माध्यमात प्रवेश करतात तेव्हा अपवर्तित किरण स्तंभिकेकडे झुकतो. म्हणजेच आपाती कोन मोठा तर

अपवर्तित कोन लहान मापाचा असतो.

जेव्हा प्रकाश किरण घन माध्यमातून विरल माध्यमात

प्रवेश करतात तेव्हा अपवर्तित किरण स्तंभिकेपासून दूर जातो. म्हणजेच आपाती कोन लहान तर अपवर्तित कोन मोठ्या मापाचा असतो.

अपवर्तनाचे नियम (Laws Of Refraction) :

  1. आपाती किरण, अपवर्तित किरण आणि स्तंभिका नेहमी एकाच प्रतलात असतात.

     2) आपाती किरण आणि अपवर्तित किरण हे नेहमी स्तंभिकेच्या विरूद्ध बाजूस असतात.

     3) दिलेल्या दोन माध्यमांसाठी आपाती कोन आणि अपवर्तित कोन यांचे गुणोत्तर एका ठराविक रंगाच्या प्रकाशासाठी नेहमी स्थिर असते.

या स्थिर गुणोत्तरालाच पहिल्या माध्यमाच्या तुलनेत दुसर्‍या माध्यमाचा अपवर्तनांक (Refractive Index) असे म्हणतात.

काही पदार्थांचे अपवर्तनांक ( निर्वात पोकळीच्या तुलनेत )

अपवर्तनाची दैनंदिन जीवनातील उदाहरणे (Examples of Refraction) :

  1. काचेच्या ग्लासमध्ये तळाशी ठेवलेले नाणे  वर आल्या सारखे जाणवते.
  1. स्थिर पाण्याचा पृष्ठभाग वर आल्यासारखा जाणवतो.
  1. काचेच्या ग्लासमध्ये पाण्यात अर्धवट बुडालेल्या पेन्सिलचा पाण्यातील भाग जाड दिसतो तर पाण्या बाहेरील भाग तिरपा / वाकडा झाल्यासारखा दिसतो.
  1. रात्री आकाशात तारे लुकलुकताना दिसतात कारण हवेतील धूलिकणांची सतत होणारी हालचाल आणि वातावरणात होणाऱ्या बदलामुळे प्रकाश किरण विरल माध्यमातून घन माध्यमात जातांना तारे आहेत त्या जागेपेक्षा थोडे उंचावर असल्याचा भास होतो.
  1. वेळेच्या आधी होणारा सूर्योदय आणि उशिरा होणारा सूर्यास्त हेदेखील अपवर्तनाचे परिणाम आहेत. कारण हवेची व तापमानाची स्थिती सतत बदलत असल्याने सूर्योदय दोन मिनिटे अगोदर तर सूर्यास्त दोन मिनिटे उशिरा झाल्याचा निरीक्षकाला क्षितिजावर भास होतो.
  1. होळीच्या अग्नीतून बाहेर पडणाऱ्या गरम हवेमुळे त्यापलीकडील वस्तू थरथरल्याचा भास होतो किंवा वस्तू लुकलुकताना दिसतात.
  1. उन्हाळ्यामध्ये जमिनीलगत मृगजळ (Mirage) तयार होण्याचा भास होतो. मृगजळ हा निरीक्षकाच्या दृष्टीचा भास असतो. उन्हाळ्यात जमीन तापल्यामुळे पृष्टभागावरची हवा तापते व त्यावरील हवा मात्र थंड असते त्यामुळे प्रकाश किरण घन माध्यमातून विरल माध्यमात येतांना त्यांचे अपवर्तन तसेच संपूर्ण आंतरिक परावर्तन होऊन अपवर्तित किरणे वरच्या दिशेने वक्र झाली आहेत असा भास होतो यालाच मृगजळ म्हणतात

संपूर्ण आंतरिक परावर्तन (Total Internal Reflection) :

हा परावर्तनाचा एक प्रकार असून अपवर्तनाच्या वेळेस काही ठिकाणी दिसून येतो. जेव्हा प्रकाश किरण धन माध्यमातून विरल माध्यमात जातात तेव्हा अपवर्तित किरण स्तंभिकेपासून दूर जातो. आपाती कोनासाठी तयार झालेल्या अपवर्तित कोनाला क्रांतिक कोन (Critical Angle) असेही म्हणतात. जेव्हा आपाती कोन क्रांतिक कोना पेक्षा थोडासा मोठा असतो तेव्हा अपवर्तित किरणे मूळ माध्यमात परत येतात. म्हणजेच त्यांचे वरच्या दिशेने मूळ घन माध्यमातच परावर्तन होते. या क्रियेलाच संपूर्ण आंतरिक परावर्तन असे म्हणतात. संपूर्ण आंतरिक परावर्तनासाठी प्रकाश किरणांचे घन माध्यमातून विरल माध्यमात अपवर्तन होणे आवश्यक असते. तसेच आपाती कोनाचे माप क्रांतीक कोनापेक्षा थोडेसे जास्त असावे लागते.

संपूर्ण आंतरिक परावर्तनाची उदाहरणे (Examples of Total Internal Reflection) :

  1. काजळीचा थर दिलेला धातुरूप गोळा पाण्यात बुडविल्यास तो चांदी सारखा चमकतो.

2) हिऱ्या मध्ये संपूर्ण आंतरिक परावर्तन झाल्यामुळे तो चमकताना दिसतो. त्यावेळी हिऱ्यातील कोण फक्त 24°  असतो.

3) प्रकाशीय तंतूमध्ये प्रकाशाचे संपूर्ण आंतरिक परावर्तन झाल्यामुळे प्रकाशाची तीव्रता कमी न होता तो एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी जाऊ शकतो.

4) उन्हाळ्यात वाळवंटात किंवा रस्त्यावर तयार होणारे मृगजळ सुद्धा आंतरिक परावर्तनामुळे दिसते.

5) उन्हाळ्यामध्ये जमीन तापल्यामुळे वस्तूच्या उलट प्रतिमा तयार झाल्याचा भास होतो. संपूर्ण आंतरिक परावर्तनामुळे प्रकाश किरण जमिनीखालून येत असल्याचा भास होतो. त्यामुळे झाडे उलटी दिसू लागतात तसेच जमिनीवर पाणी असल्याचा भास होतो.

प्रकाशाचे अपस्करण (Dispersion of Light)

एखाद्या पारदर्शक माध्यमातून प्रकाशकिरणांचे त्याच्या घटक रंगात पृथक्करण होण्याच्या प्रक्रियेला प्रकाशाचे अपस्करण असे म्हणतात.

प्रकाश सात मुलभुत रंगांचा बनलेला असतो असे प्रतिपादन न्यूटन या शास्त्रज्ञाने केले होते.

प्रकाशाचे अपस्करण होण्यासाठी विशिष्ट पारदर्शक माध्यमाची आवश्यकता असते. ज्या पदार्थात प्रकाशाचा वेग त्याच्या तरंगलांबी नुसार बदलतो. तो पदार्थ अपस्करणास करण्यास कारणीभूत ठरतो.

उदा.

प्रिझम – प्रिझम तीन आयताकृती काचेच्या पृष्ठभागापासून बनलेली असते. याच्या एका पृष्ठभागावर प्रकाश किरण पडल्यास विरुद्ध भागातून बाहेर पडणाऱ्या प्रकाश इंद्रधनुष्याच्या रंगीत पट्ट्यासारखा दिसतो. या पट्ट्यात तांबडा, नारिंगी, पिवळा, हिरवा, निळा, पारवा आणि जांभळा या रंगांचा समावेश होतो. या रंगांना संक्षिप्त रूपात तांनापिहिनिपाजां ( ViBGYOR ) असेही म्हणतात.

प्रिझममुळे होणारे प्रकाशाचे अपस्करण :

प्रिझममधुन प्रकाशकिरणांचे होणारे विचलन प्रिझमच्या अपवर्तनांकावर अवलंबून असते. आपाती कोनाच्या एका विशिष्ट मापानंतर विचलन कोन सुद्धा वाढतो.

जेव्हा विचलन कोनाचे माप सर्वात कमी असते त्यास विचलनाचा लघुत्तम / किमान कोन (Minimum Angle of Deviation) असे म्हणतात व तो dmin या चिन्हाने दर्शवितात.

जेव्हा विचलन कोनाचे माप सर्वात जास्त असते त्यास विचलनाचा महत्तम / कमाल कोन (Maximum Angle of Deviation) असे म्हणतात व तो dmax या चिन्हाने दर्शवितात.

जेव्हा विचलन कोन लहान असतो तेव्हा आपाती कोन आणि निर्गत कोन (Emerging Angle) सारख्याच मापाचे असतात. तांबड्या रंगाचे विचलन सर्वात कमी होते तर जांभळ्या रंगाचे विचलन सर्वात जास्त होते. वर्णपटातील इतर रंग तांबड्या व जांभळ्या रंगाच्या मध्ये असतात. या वर्णपटालाच वर्णपंक्ती (Spectrum) असेही म्हणतात. जांभळ्या रंगाचे विचलन सर्वात जास्त होते. तर त्यांची तरंगलांबी कमी आणि वारंवारता जास्त असते. याउलट तांबड्या रंगाचे विचलन सर्वात कमी होते व त्यांची तरंगलांबी जास्त आणि वारंवारता कमी असते. दोन भिन्न रंगांच्या प्रकाशाच्या विचलन कोनातील फरकाला कोनीय अपस्करण असे म्हणतात.

प्रिझमसमोर दुसरा एक प्रिझम विरुद्ध दिशेस ठेवल्यास पहिल्या प्रिझम मुळे झालेले अपस्करण दुसऱ्या प्रिझम मुळे नाहीसे होते म्हणजेच दुसऱ्या प्रिझममुळे वर्णपटलाचे पुन्हा एकत्रीकरण होऊन पांढरा प्रकाश बाहेर पडतो.

प्रकाशाचे अपस्करणाची उदाहरणे (Examples of Dispersion of Light) :

1)आकाशात पावसाळ्यामध्ये आपल्याला दिसणारे इंद्रधनुष्य हे प्रकाशाचे अपवर्तन,प्रकाशाचे अपस्करण तसेच संपूर्ण आंतरिक परावर्तन यांचा एकत्रित परिणाम असतो.

2 प्रकाशाच्या अपस्करणामुळे आपल्या डोळ्यांना रंग संवेदना प्राप्त होतात. प्रकाशकिरण ज्या वस्तूवर पडतो त्यावरून आपल्या डोळ्यावर प्रकाशाचा जो रंग परावर्तित होतो त्या रंगाची वस्तू आहे असे जाणवते.

उदा. वस्तूवरून प्रकाशाची सर्व रंग परावर्तीत होतात ती वस्तू पांढरी तर ज्या वस्तूवरून प्रकाशाचे रंग परावर्तित होत नाहीत म्हणजेच ती वस्तू सर्व रंग शोषून घेते तिचा रंग काळा असतो.

प्रकाशाचे विकिरण (Scattering of Light)

जेव्हा प्रकाशकिरण वातावरणातील अत्यंत सूक्ष्म कणांवर पडतात तेव्हा प्रकाशकिरण विविध दिशांना पसरतात/विक्षेपित होतात या प्रकाशाच्या विखुरण्यालाच

प्रकाशाचे विकिरण असे म्हणतात.

प्रकाशाच्या ज्या रंगांची तरंगलांबी सर्वात कमी असते त्याचे विकिरण सर्वात जास्त आणि ज्या रंगाची तरंगलांबी सर्वात जास्त असते त्याचे विकिरण सर्वात कमी होते. म्हणजेच निळ्या रंगाचे विकिरण सर्वात जास्त होते तर तांबड्या रंगाचे विकिरण सर्वात कमी होते.

प्रकाशाच्या विकिरणाची उदाहरणे (Examples of Scattering of Light) :

वातावरणातील प्रकाशाच्या विकिरणामुळे आकाश निळे दिसते कारण जांभळ्या रंगाचे विकिरण सर्वात जास्त होते.

सूर्योदय आणि सूर्यास्ताच्या वेळेस आकाश लालसर किंवा नारंगी दिसते कारण तांबड्या रंगाचे विकिरण सर्वात कमी होते.

कलील द्रावणामध्ये घडून येणारा टिंडाल परिणाम (Tyndall Effect) सुध्दा प्रकाशाच्या विकिरणाचे उदाहरण आहे.

प्रकाशाचे विकिरणामुळे आपल्याला दिवसा सभोवताली उजेड दिसतो

समुद्राच्या पाण्याचा रंग निळा दिसतो

सूर्यास्ताच्या वेळेस आपल्याला संधिप्रकाश दिसतो

रामन परिणाम (Raman Effect) :

डॉक्टर चंद्रशेखर व्यंकट रमण यांनी 1928 मध्ये द्रव्य माध्यमामुळे होणाऱ्या प्रकाशाच्या विकिरणामुळे प्रारणांची वारंवारता तसेच तरंगलांबी बदलते असा शोध लावला. म्हणजेच वारंवारतेमध्ये होणारा बदल द्रव्यमाध्यमावर  अवलंबून असतो. जेव्हा प्रकाश किरणांचे फोटाॅन्स कणांचे वातावरणातील अणु किंवा रेणूंमुळे विकिरण घडून येते तेव्हा बहुतेक फोटाॅन्स कणांमध्ये स्थितीस्थापक (Elasticity) विकिरण घडून येते. म्हणजेच विकिरण झालेल्या फोटाॅन्स कणांमध्ये असलेली ऊर्जा (तरंगलांबी आणि वारंवारता) ही मुळ आपाती फोटाॅन्स/ प्रकाश किरणाइतकीच असते.

या संशोधनाबद्दल सी व्ही रामन यांना 28 फेब्रुवारी 1930 ला भौतिकशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक मिळाले. त्यामुळेच भारतामध्ये 28 फेब्रुवारी हा दिवस राष्ट्रीय विज्ञान दिवस म्हणून साजरा करण्यात येतो.

रामन परिणामाचे उपयोग :

  1. रामन स्पेक्ट्रोस्कोपीमध्ये रामन परिणामाच्या आधारे पदार्थांचे पृथक्करण केले जाते.
  2. स्थायूरूप पदार्थांसाठी रामन परिणामाच्या साह्याने जास्त वारंवारता असलेल्या फोनॉन आणि मॅग्नाॅन यांचा शोध घेतला जातो.
  3. वातावरणीय भौतिकशास्त्रामध्ये पाण्याच्या वाफेचा अभ्यास करण्यासाठी रामन लिडारचा उपयोग होतो.
  4. रामन स्पेक्ट्रोस्कोपी चा उपयोग रेणूंमधील स्थिर बल आणि बंधांची लांबी ठरविण्यासाठी केला जातो.
  5. रामन अॅम्पिलीफीकेशन चा उपयोग ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायर्समध्ये केला जातो.

MPSC Current Affairs चे नियमित अपडेट मिळवण्यासाठी MPSC Today ला फेसबुक, ट्विटर आणि टेलिग्राम वर फॉलो करा.