కాంతి

 

               న‌క్ష‌త్రాలు మినుకు మినుకుమ‌న‌డం, స్విమ్మింగ్‌పూల్ లోతు త‌క్కువ‌గా క‌నిపించ‌డం త‌దిత‌ర ఎన్నో విష‌యాల వెనుక సైన్స్ ఉంటుంది. నిత్య జీవితంలో క‌నిపించే ఇలాంటి అంశాల‌కు సంబంధించిన శాస్త్రీయ కార‌ణాల‌పై పోటీ ప‌రీక్షార్థుల‌కు అవ‌గాహ‌న ఉండాలి. ప‌రీక్ష‌ల్లో ప్ర‌శ్న‌లు వీటిపైనే వ‌స్తున్నాయి.

వక్రీభవనం
* కాంతి కిరణాలు ఒక యానకం నుంచి మరో యానకంలోకి ప్రయాణించినప్పుడు కాంతి వేగంలో వచ్చే మార్పు వల్ల యానకం లంబం వద్ద వంగి ప్రయాణిస్తుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని 'వక్రీభవనం' అంటారు.
అనువర్తనాలు:
* నీటి తొట్టెలో ఉంచిన కడ్డీ వంగినట్లుగా కనిపించడం.
* నీటి తొట్టెలో వేసిన నాణెం తక్కువ లోతులో ఉన్నట్లుగా, పెద్దదిగా కనిపించడం.
* వక్రీభవనం వల్ల జలాశయం, స్విమ్మింగ్ పూల్ లోతు అసలు లోతు కంటే తక్కువగా ఉన్నట్లు కనిపించడం.
* ఆకాశంలో ఎగురుతున్న పక్షికి నీటిలో ఉన్న చేపను చూసినప్పుడు ఆ చేప పరిమాణం పెద్దదిగా, తక్కువ లోతులో (దగ్గరగా) ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది.
* నీటిలో ఉన్న చేపకు ఆకాశంలో ఎగురుతున్న పక్షిని చూసినప్పుడు అది దూరంగా, చిన్నదిగా కనిపిస్తుంది.
* భూమి వాతావరణంలో వక్రీభవనం వల్ల ఆకాశంలోని నక్షత్రాలు మినుకు మినుకుమన్నట్లు కనిపిస్తాయి.

* అక్షరాలున్న పేపరుపై గాజు పలకను ఉంచినప్పుడు, పేపరులోని అక్షరాలు పెద్దవిగా, దగ్గరగా కనిపిస్తాయి.
* సూర్యోదయం సమయంలో కాంతి కిరణాలు భూమి వాతావరణంలో వక్రీభవనం చెందడం వల్ల వాస్తవ సూర్యోదయాని కంటే రెండు నిమిషాల ముందు వెలుతురు వస్తుంది. అదేవిధంగా వాస్తవ సూర్యాస్తమయం తర్వాత రెండు నిమిషాలు అదనంగా వెలుతురు కనిపిస్తుంది. 
వక్రీభవన గుణకం (μ)

* కాంతి కిరణాలు ఒక యానకం నుంచి మరో యానకంలోకి ప్రయాణించినప్పుడు యానక లంబం వద్ద చేసే పతనకోణం (i) సైన్ విలువకు, వక్రీభవన కోణం (r) సైన్ విలువకు మధ్య ఉన్న నిష్పత్తిని 'వక్రీభవన గుణకం' అంటారు. 

  

ఇక్కడ = i పతన కోణం r = వక్రీభవన కోణం
* వక్రీభవన గుణకానికి ప్రమాణాలుండవు. పదార్థ స్వభావాన్ని బట్టి దీని విలువలు మారుతుంటాయి.
* గాజు, నీరు వక్రీభవన గుణకం విలువలు దాదాపు సమానంగా ఉండటం వల్ల గాజు పలకను నీటిలో వేసినప్పుడు అది అదృశ్యమైనట్లు కనిపిస్తుంది.

కటకాలు - రకాలు
* ప్రకాశపారదర్శకమైన కాంతిని వక్రీభవనం చెందించగల ఒక జత వక్ర ఉపరితలాలున్న యానకాన్ని 'కటకం' అంటారు.
* కటకం రెండు ఉపరితలాల్లో కనీసం ఒకటి వక్రతలమవుతుంది.

1. కుంభాకార కటకం: ఈ కటకానికి రెండు వైపులా ఉబ్బెత్తయిన ఉపరితాలు ఉంటాయి. దీని మధ్య భాగం మందంగా, అంచుల భాగం పల్లంగా ఉంటుంది. 
* కటకం మధ్య బిందువును 'కటక కేంద్రం' అంటారు. కటకానికి ఒక వైపున పతనమైన సమాంతర కాంతి కిరణాలు వక్రీభవనం చెంది, రెండో వైపున ఏదో ఒక బిందువు వద్ద కేంద్రీకృతం అవుతాయి. ఈ బిందువును 'ప్రధాన నాభి' అంటారు. ఈ ప్రధాన నాభి నుంచి కటక కేంద్రానికి మధ్య ఉన్న దూరాన్ని 'నాభ్యాంతరం' (f) అంటారు.
* ఈ కటకంలో కాంతి కిరణాలన్నీ ప్రధాన నాభి వద్ద కేంద్రీకృతమవడం వల్ల దీన్ని 'కేంద్రీకరణ కటకం' లేదా 'అభిసారి కటకం' అంటారు. ఈ కటకం నాభ్యాంతరాన్ని ధనాత్మకంగా (+) తీసుకుంటారు.

2. పుటాకార కటకం: ఈ కటకానికి రెండు వైపులా వాలుగా ఉన్న ఉపరితలాలు ఉంటాయి. దీని మధ్య భాగం పల్లంగా, అంచుల భాగం మందంగా ఉంటుంది. 
* కటకానికి ఒక వైపున పతనమైన సమాంతర కాంతి కిరణాలు వక్రీభవనం చెంది, రెండో వైపున 'వికేంద్రీకృతం అవుతాయి. అందువల్ల ఈ కటకాన్ని 'వికేంద్రీకరణ కటకం' లేదా 'అపసారి కటకం' అని అంటారు.
* కుంభాకార కటకాన్ని దాని వక్రీభవన గుణకం కంటే ఎక్కువ వక్రీభవన గుణకం ఉన్న యానకంలో ఉంచినప్పుడు అది వికేంద్రీకరణ కటకంలా పనిచేస్తుంది.
ఉదా: నీటిలో ఉండే గాలి బుడగ వికేంద్రీకరణ కటకంలా పనిచేస్తుంది.
కటక సామర్థ్యం:
* ఒక కటకం కాంతి కిరణాలను కేంద్రీకరించే స్థాయి లేదా వికేంద్రీకరించే స్థాయిని కటక సామర్థ్యంగా వ్యక్తపరుస్తారు.
* కటక నాభ్యాంతర విలోమాన్ని 'కటక సామర్థ్యం అని అంటారు.
   
     

* కటక సామర్థ్యానికి ప్రమాణం 'డయాప్టర్' (Dioptre) దీన్ని 'D' తో సూచిస్తారు.
* కుంభాకార కటకం నాభ్యాంతరం ధనాత్మకంగా ఉండటం వల్ల దాని కటక సామర్థ్యాన్ని '+D' గా తీసుకుంటారు.
* పుటాకార కటకం నాభ్యాంతరం రుణాత్మకంగా ఉండటంవల్ల దాని కటక సామర్థ్యాన్ని '-D' గా పరిగణిస్తారు.
* సమతల గాజు పలకకు రెండు వైపులా సమతలంగా ఉన్న ఉపరితలాలు ఉంటాయి. దీనికి ఒక వైపు పతనమైన సమాంతర కాంతి కిరణాలు వక్రీభవనం చెందిన తర్వాత రెండో వైపున కూడా సమాంతరంగా ప్రయాణిస్తాయి. కాబట్టి సమతల గాజుపలక నాభ్యాంతరాన్ని అనంతంగా తీసుకుంటారు.
దాని కటక   

దృష్టి లోపాలు

1) హ్రస్వ దృష్టి (Myopia)
* ఈ దృష్టి లోపం ఉన్నవాళ్లు దగ్గరలోని వస్తువులను మాత్రమే చూడగలరు. దూరంగా ఉన్న వస్తువులు కనిపించవు.
* ఈ దోషం ఉన్న వ్యక్తుల్లో దూరంగా ఉన్న వస్తువుల నుంచి వచ్చే కాంతి కిరణాలు కంటి కటకం ద్వారా వక్రీభవనం పొందాక, రెటీనాకు ముందు కొంత దూరంలో ప్రతిబింబాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.
* తగిన పుటాకార కటకాన్ని ఉపయోగించి హ్రస్వ దృష్టిని సవరించవచ్చు.

2) దీర్ఘ దృష్టి (Hypermetropia)
* ఈ దృష్టి దోషం ఉన్న వాళ్లు దూరపు వస్తువులను మాత్రమే చూడగలరు. దగ్గరగా ఉన్న వస్తువులు కనిపించవు.
* ఈ దోషం ఉన్న వ్యక్తులకు దగ్గరలోని వస్తువుల నుంచి వచ్చే కాంతి కిరణాలు కంటి కటకం ద్వారా వక్రీభవనం పొందాక, రెటీనాకు ఆవల ప్రతిబింబం ఏర్పడుతుంది.
* తగిన కుంభాకార కటకాన్ని ఉపయోగించి దీర్ఘదృష్టిని నివారించవచ్చు.

 

రామన్ ఫలితం

పారదర్శకమైన ద్రవ పదార్థాల ద్వారా కాంతి కిరణాలు ప్రయాణించేటప్పుడు ద్రవ కణాలను ఢీకొని పరిక్షేపణం చెందుతాయి. కాబట్టి పరిక్షేపణం చెందిన కాంతి కిరణం శక్తి మూడు విధాలుగా మారుతుందని సర్ సి.వి.రామన్ నిరూపించారు. ఇందుకు గానూ ఆయనకు 1930లో భౌతికశాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి వచ్చింది.
వివరణ: ఒక కాంతి కిరణం ద్రవ కణాన్ని ఢీకొనే సమయంలో ఆ కణం నుంచి కొంత శక్తిని పొందుతుంది. కాబట్టి పరిక్షేపణం చెందిన తర్వాత ఆ కాంతి కిరణం ఫలిత శక్తి (E'= E + △E) పెరుగుతుంది.

• కాంతి కిరణం ద్రవ కణాలను ఢీకొనే సమయంలో తనలో ఉన్న కొంతశక్తిని ఆ ద్రవకణాలకు కోల్పోతుంది.
• ఈ సందర్భంలో పరిక్షేపణం చెందిన కాంతి కిరణం ఫలిత శక్తి (E' = E - △E) తగ్గుతుంది.

కాంతి కిరణాలు ద్రవకణాలను ఢీకొనే సమయంలో శక్తిని పొందడం కానీ కోల్పోవడం కానీ జరగదు. కాబట్టి పరిక్షేపణం తర్వాత దాని ఫలిత శక్తిలో ఎటువంటి మార్పు ఉండదు.
కాంతి వ్యతికరణం
రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కాంతి కిరణాలు ఒకదానిపై మరొకటి అధ్యారోపణం చెందినపుడు ఫలిత కాంతి కంపన పరిమితి, తరంగదైర్ఘ్యం మార్పు చెందుతాయి. దీన్ని కాంతి వ్యతికరణం అని అంటారు. ఈ ధర్మాన్ని థామస్ యంగ్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు.
అనువర్తనాలు: నీటిపై నూనెను వెదజల్లినపుడు అనేక రంగులు కనిపించడానికి కాంతి వ్యతికరణమే కారణం.

• సబ్బు బుడగ లేదా సబ్బునీటి ఉపరితలంపై విభిన్న రంగులు కనిపించడానికి కారణం కాంతి వ్యతికరణం.

కాంతి వివర్తనం
రుజుమార్గంలో ప్రయాణిస్తున్న కాంతి కిరణాలు ఎదురుగా ఉన్న చిన్న వస్తువులపై పతనమైనపుడు వాటి అంచుల చుట్టూ వంగి ప్రయాణిస్తాయి. దీన్నే కాంతి వివర్తనం అంటారు. ఈ ధర్మాన్ని గ్రిమాల్డి అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు.
కాంతి వివర్తనం ఆధారపడే అంశాలు..
1. కాంతి కిరణాల కోణం
2. కాంతి కిరణాల తరంగదైర్ఘ్యం
3. అడ్డుతలాల పరిమాణం
అనువర్తనాలు: సంపూర్ణ సూర్యగ్రహణ సమయంలో సూర్యుడిలోని మూడో పొరయిన కరోనా కనిపిస్తుంది. సూర్య కిరణాలు చంద్రుడి అంచుల వద్ద వివర్తనం చెందడమే దీనికి కారణం.

• వస్త్రానికి ఉండే సూక్ష్మరంధ్రాల ద్వారా కొంత దూరంలో ఉన్న వస్తువులను చూసినపుడు కాంతి వివర్తనం ఫలితంగా అనేక రంగులు ఉన్నట్లు కనిపిస్తాయి.
• సగం మూసిన కన్నులతో వెలుగుతోన్న కొవ్వొత్తి లేదా దీపాన్ని చూసినపుడు కాంతి వివర్తనం వల్ల అనేక రంగులు ఉన్నట్లు కనిపిస్తాయి.
• సి.డి., డి.వి.డి., గ్రామ్‌ఫోన్ ప్లేట్లపై కాంతి కిరణాలు పతనమైనపుడు వివర్తనం చెందడం వల్ల అనేక రంగులు కనిపిస్తాయి.
• మేఘాలు, చెట్ల కొమ్మల ద్వారా కాంతి కిరణాలు చొచ్చుకొని వస్తున్నపుడు వివర్తనం చెందుతాయి. కాబట్టి ఈ సమయంలో కాంతి కిరణాలు వెండి చారల వలె కనిపిస్తాయి.

కాంతి ధ్రువణం
కాంతి కిరణాల్లో ఉన్న విద్యుత్, అయస్కాంత అంశాలను ఒకదాని నుంచి మరొక దాన్ని వేరుచేయడాన్ని ధ్రువణం అంటారు. ఈ ధర్మాన్ని బర్తోలినస్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు.
అనువర్తనాలు: వేసవిలో ధరించే సన్‌గ్లాస్‌లను విలియం క్రూక్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు. కాంతి ధ్రువణం ఆధారంగా పనిచేసే ఈ కళ్లద్దాలు సూర్యుడి నుంచి వచ్చే అతినీలలోహిత కిరణాలు, పరారుణ కిరణాలను వేరుచేసి శోషించుకుంటాయి. మామూలు కాంతి కిరణాలను మాత్రమే మన కంటిలోకి పంపిస్తాయి.
హాలోగ్రఫీ
ఒక వస్తువును త్రీ-డీలో ఫొటో తీయడాన్ని హాలోగ్రఫీ అంటారు. ఈ విధానాన్ని కనుగొన్న గేబర్‌కు 1972లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. ఈ పద్ధతిలో తక్కువ శక్తి ఉన్న లేజర్ కిరణాలను ఉపయోగిస్తారు.

• త్రీ-డీ సినిమాలను చూడటానికి ఉపయోగించే పోలరాయిడ్ అనే కళ్లద్దాలు లేదా పోలరోగ్రాఫ్‌లు కాంతి ధ్రువణం ఆధారంగా పనిచేస్తాయి.

దృక్ సాధనాలు

1. స్పష్ట దృష్టి/కనిష్ట దూరం: ఏదైనా ఒక వస్తువును స్పష్టంగా చూడాలంటే ఆ వస్తువు నుంచి కంటికి ఉండాల్సిన కనీస దూరాన్ని స్పష్ట దృష్టి లేదా కనిష్ట దూరం అంటారు. ట్రాఫిక్ సిగ్నల్స్ పనిచేయడంలో ఈ ధర్మాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
2. ఆప్టికల్ ఫైబర్ (దృశ్యతంతువు): ఆప్టికల్ ఫైబర్ కాంతి సంపూర్ణాంతర పరావర్తనం అనే ధర్మం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. దీన్ని గాజుతో తయారుచేస్తారు.
   • ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లో రెండు గాజు నాళాలు ఉంటాయి.
   • లోపల ఉన్న గాజు నాళాన్ని కోర్ అంటారు. దీని వ్యాసం 2-3 మైక్రాన్లు ఉంటుంది. (ఒక మైక్రాన్ = 10-6 మీటర్లు). దీన్ని కొంచెం ఎక్కువ వ్యాసం ఉన్న మరో గాజు నాళంలో బిగిస్తారు. ఈ విధంగా బయటి వైపు ఉన్న గాజునాళాన్ని క్లడ్డింగ్ అంటారు. ఈ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లోకి ప్రవేశపెట్టిన కాంతి కిరణాలు లేదా వికిరణాలు లేదా లేజర్ కిరణాలు అత్యధిక దూరం ప్రయాణిస్తాయి. అందువల్ల ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ను సమాచార రంగంలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు.
   • మనదేశంలో మొదటిసారిగా ఆప్టికల్ ఫైబర్ వ్యవస్థను 1988లో ముంబైలో ప్రవేశపెట్టారు. తర్వాత దేశమంతటా విస్తృతపరిచారు.
   • ఆప్టికల్ ఫైబర్ వ్యవస్థపై నరేందర్‌సింగ్ కపాని అనే శాస్త్రవేత్త పరిశోధనలు చేశారు.
     గమనిక: ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లోని గాజు నాళాలను చాలా తక్కువ వ్యాసం ఉండేలా నిర్మించడం వల్ల దీన్ని గ్లాస్ ఊల్ అని కూడా అంటారు.
   • కాంతిని కొలిచే శాస్త్రాన్ని ఫొటోమెట్రి అంటారు.

కాంతి తీవ్రత
ప్రమాణ వైశాల్యంపై పతనమయ్యే కాంతి కిరణాల సంఖ్యను కాంతి తీవ్రత అంటారు. దీనికి అంతర్జాతీయ ప్రమాణం క్యాండిలా.

• కాంతి తీవ్రత.. దూర వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. అందువల్ల కాంతి జనకం నుంచి దూరంగా వెళ్లే కొద్దీ కాంతి తీవ్రత క్రమంగా తగ్గుతుంది.

కాంతి విశ్లేషణం (లేదా) విక్షేపణం

• గాజుతో తయారుచేసిన పటకం ద్వారా ఒక తెల్లటి కాంతి పుంజం ప్రయాణించినపుడు అది VIBGYOR అనే ఏడు రంగులుగా విడిపోతుంది. దీన్ని కాంతి విశ్లేషణం అంటారు.
• నలుపు రంగు మంచి శోషణకారి, ఉద్గారి. కాబట్టి మనకు లభిస్తున్న రంగుల్లో నలుపు రంగు గరిష్ట శక్తిని కలిగి ఉంటుంది.
• నలుపు రంగులో ఉన్న తారురోడ్లు సూర్యకిరణాల వల్ల మధ్యాహ్నం సమయంలో చాలా వేడెక్కుతాయి. అవి గ్రహించిన ఉష్ణరాశిని సాయంత్రానికి బయటకు విడుదల చేసి చల్లబడతాయి.
• నలుపు రంగు లేదా నలుపు వస్తువు నిర్వచనం ప్రకారం సౌరకుటుంబంలో ఉన్న సూర్యుడిని అత్యుత్తమ నలుపు వస్తువుగా పరిగణిస్తారు. ఈ కారణం వల్ల విశ్వంలో ఉన్న ప్రతి నక్షత్రాన్ని ఒక నలుపు రంగు వస్తువులా పరిగణించవచ్చు.

తెలుపు రంగు
ఈ రంగు తనపై పతనమైన కాంతి మొత్తాన్ని పరావర్తనం చెందిస్తుంది. కాబట్టి తెలుపు రంగు కనిష్ట శక్తిని కలిగి ఉంటుంది.

• గోడలపై తెల్ల సున్నంతో వెల్ల వేయడం వల్ల ఇంటి లోపల తగినంత వెలుతురు ఉంటుంది.
• వేసవిలో తెల్లటి వస్త్రాలను ధరించడం వల్ల సూర్యుడి ఉష్ణ తీవ్రత నుంచి కాపాడుకోవచ్చు.
• ఇంటి పైభాగంలో నిర్మించిన నీటి ట్యాంక్ బయటివైపు తెల్లటి పూతపూస్తారు. దీనివల్ల సూర్య కిరణాలు ట్యాంక్‌పై పతనమై పరావర్తనం చెందుతాయి. ఫలితంగా ఆవిరయ్యే నీటి పరిమాణాన్ని తగ్గించవచ్చు.
• కాంతి విశ్లేషణంలో ఏర్పడిన ఏడు రంగుల్లో ఊదారంగు తరంగదైర్ఘ్యం 4000 Å. ఇది క్రమంగా పెరిగి ఎరుపు రంగు వచ్చేసరికి 7500 Åగా మారుతుంది. ఈ ఏడు రంగుల్లో ‘ఇండిగో’ తప్ప మిగతా రంగులను మనం చూడగలం. ఈ రంగులన్నింటిని కలిపి దృశ్యవర్ణపటం అంటారు.