আলোর মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন: বর্ণনা, শর্ত এবং আইন

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

বিভিন্ন মিডিয়াতে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের প্রচার প্রতিফলন এবং প্রতিসরণের নিয়ম মেনে চলে। এই আইনগুলি থেকে, নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, একটি আকর্ষণীয় প্রভাব অনুসরণ করে, যাকে পদার্থবিজ্ঞানে আলোর সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন বলা হয়। আসুন এই প্রভাবটি কী তা ঘনিষ্ঠভাবে দেখে নেওয়া যাক৷

প্রতিফলন এবং প্রতিসরণ

আলোর অভ্যন্তরীণ মোট প্রতিফলনের বিবেচনায় সরাসরি এগিয়ে যাওয়ার আগে, প্রতিফলন এবং প্রতিসরণ প্রক্রিয়াগুলির একটি ব্যাখ্যা দেওয়া প্রয়োজন৷

প্রতিফলন একটি ইন্টারফেসের মুখোমুখি হলে একই মাধ্যমের আলোর রশ্মির দিকের পরিবর্তন হিসাবে বোঝা যায়। উদাহরণস্বরূপ, যদি আপনি একটি আয়নায় একটি লেজার পয়েন্টার থেকে একটি হালকা রশ্মি নির্দেশ করেন, আপনি বর্ণিত প্রভাবটি পর্যবেক্ষণ করতে পারেন৷

প্রতিসরণ হল, প্রতিফলনের মতো, আলোর গতিপথের পরিবর্তন, তবে প্রথমটিতে নয়, দ্বিতীয় মাধ্যমে। এই ঘটনার ফলাফল বস্তুর রূপরেখা এবং তাদের বিকৃতি হবেস্থানিক অবস্থান। প্রতিসরণের একটি সাধারণ উদাহরণ হল একটি পেন্সিল বা কলম ভেঙ্গে যাওয়া যদি তাকে এক গ্লাস জলে রাখা হয়।

প্রতিসরণ এবং প্রতিফলন একে অপরের সাথে সম্পর্কিত। তারা প্রায় সবসময় একসাথে উপস্থিত থাকে: মরীচির শক্তির একটি অংশ প্রতিফলিত হয়, এবং অন্য অংশ প্রতিসৃত হয়।

দুটি ঘটনাই ফার্মাটের নীতির ফলাফল। তিনি দাবি করেন যে আলো দুটি বিন্দুর মধ্যে পথ ধরে ভ্রমণ করে যা তাকে সবচেয়ে কম সময় নেয়।

যেহেতু প্রতিফলন একটি প্রভাব যা একটি মাধ্যমে ঘটে এবং প্রতিসরণ দুটি মাধ্যমে ঘটে, তাই পরবর্তীটির জন্য এটি গুরুত্বপূর্ণ যে উভয় মাধ্যম ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের কাছে স্বচ্ছ৷

প্রতিসরাঙ্কের ধারণা

বিবেচনাধীন ঘটনার গাণিতিক বর্ণনার জন্য প্রতিসরণ সূচক একটি গুরুত্বপূর্ণ পরিমাণ। একটি নির্দিষ্ট মাধ্যমের প্রতিসরণ সূচক নিম্নরূপ সংজ্ঞায়িত করা হয়:

n=c/v.

যেখানে c এবং v হল যথাক্রমে ভ্যাকুয়াম এবং পদার্থে আলোর গতি। v-এর মান সবসময় c-এর থেকে কম, তাই সূচক n একের চেয়ে বড় হবে। মাত্রাবিহীন সহগ n দেখায় যে একটি পদার্থে (মাঝারি) কতটা আলো একটি শূন্যস্থানে আলোর থেকে পিছিয়ে থাকবে। এই গতির মধ্যে পার্থক্য প্রতিসরণের ঘটনা ঘটায়।

পদার্থে আলোর গতি পরেরটির ঘনত্বের সাথে সম্পর্কযুক্ত। মাঝারিটি যত ঘন হবে, তাতে আলোর চলাচল তত কঠিন। উদাহরণস্বরূপ, বায়ু n=1.00029, অর্থাৎ প্রায় ভ্যাকুয়ামের মতো, জলের জন্য n=1.333।

প্রতিফলন, প্রতিসরণ এবং তাদের আইন

আলোর প্রতিসরণ এবং প্রতিফলনের মৌলিক নিয়মগুলি নিম্নরূপ লেখা যেতে পারে:

1. যদি আপনি দুটি মাধ্যমের মধ্যবর্তী সীমানায় আলোর রশ্মির ঘটনার বিন্দুতে স্বাভাবিককে পুনরুদ্ধার করেন, তবে এই স্বাভাবিক ঘটনা, প্রতিফলিত এবং প্রতিসৃত রশ্মি একই সমতলে পড়ে থাকবে।
2. যদি আমরা আপতনের কোণ, প্রতিফলন এবং প্রতিসরণকে θ₁, θ₂ এবং θ _{হিসাবে চিহ্নিত করি 3, এবং 1ম এবং 2য় মাধ্যমের প্রতিসরণকারী সূচকগুলি n}1 _{এবং n}2_{, তারপর নিম্নলিখিত দুটি সূত্র হবে বৈধ হতে হবে:}

• প্রতিফলিত করতে θ₁=θ₂;
• প্রতিসরণ পাপের জন্য(θ₁)n₁ =পাপ(θ₃)n₂.

প্রতিসরণের ২য় সূত্রের সূত্রের বিশ্লেষণ

আলোর অভ্যন্তরীণ সম্পূর্ণ প্রতিফলন কখন ঘটবে তা বোঝার জন্য, প্রতিসরণের নিয়মটি বিবেচনা করা উচিত, যাকে স্নেলের আইনও বলা হয় (একজন ডাচ বিজ্ঞানী যিনি 17 শতকের শুরুতে এটি আবিষ্কার করেছিলেন)। আসুন আবার সূত্রটি লিখি:

sin(θ₁)n₁ =পাপ(θ₃) n₂.

এটা দেখা যায় যে রশ্মি কোণের সাইনের গুণফল স্বাভাবিক এবং যে মাধ্যমের প্রতিসরণকারী সূচকটি এই রশ্মি প্রচার করে তার একটি ধ্রুবক মান। এর মানে হল যদি n₁>n₂, তাহলে সমতা পূরণের জন্য পাপ (θ₁₎)<sin(θ₃)। অর্থাৎ, যখন একটি ঘন মাধ্যম থেকে কম ঘনত্বে (অর্থাৎ অপটিক্যালঘনত্ব), মরীচি স্বাভাবিক থেকে বিচ্যুত হয় (সাইন ফাংশন 0^o থেকে 90^o পর্যন্ত কোণের জন্য বৃদ্ধি পায়)। যেমন একটি রূপান্তর ঘটে, উদাহরণস্বরূপ, যখন আলোর রশ্মি জল-বাতাসের সীমানা অতিক্রম করে।

প্রতিসরণের ঘটনাটি বিপরীতমুখী, অর্থাৎ, যখন কম ঘন থেকে ঘনত্বে চলে যায় (n₁<n₂) মরীচি স্বাভাবিকের কাছে যাবে (sin(θ1_)>sin(θ3_))।

অভ্যন্তরীণ মোট আলোর প্রতিফলন

এবার মজার অংশে আসা যাক। পরিস্থিতি বিবেচনা করুন যখন আলোক রশ্মি একটি ঘন মাধ্যম থেকে চলে যায়, অর্থাৎ n₁>n₂। এই ক্ষেত্রে, θ₁<θ₃। এখন আমরা ধীরে ধীরে আপতনের কোণ θ₁ বাড়াব। প্রতিসরণ কোণ θ₃ও বাড়বে, কিন্তু যেহেতু এটি θ₁ এর চেয়ে বড় তাই এটি 90 ^{এর সমান হবে o আগের} . শারীরিক দৃষ্টিকোণ থেকে θ₃=90^o মানে কী? এর মানে হল যে রশ্মির সমস্ত শক্তি, যখন এটি ইন্টারফেসে আঘাত করে, এটি বরাবর প্রচার করবে। অন্য কথায়, প্রতিসরণকারী মরীচি বিদ্যমান থাকবে না।

θ₁ এর আরও বৃদ্ধির ফলে সমগ্র রশ্মিটি পৃষ্ঠ থেকে প্রথম মাধ্যমটিতে প্রতিফলিত হবে। এটি আলোর অভ্যন্তরীণ মোট প্রতিফলনের ঘটনা (প্রতিসরণ সম্পূর্ণ অনুপস্থিত)।

কোণ θ1_{, যেখানে θ}3₌₉₀o^{, বলা হয় মিডিয়া এই জোড়া জন্য সমালোচনামূলক. এটি নিম্নলিখিত সূত্র অনুযায়ী গণনা করা হয়:}

θ_c =আর্কসিন(n₂/n₁)।

এই সমতা সরাসরি প্রতিসরণের ২য় সূত্র থেকে অনুসরণ করে।

যদি উভয় স্বচ্ছ মিডিয়াতে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশনের প্রচারের বেগ v₁ এবং v₂ জানা যায়, তাহলে সমালোচনা কোণটি হল নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা গণনা করা হয়:

θ_c =আর্কসিন(v₁/v₂)।

এটা বোঝা উচিত যে অভ্যন্তরীণ মোট প্রতিফলনের প্রধান শর্ত হল এটি কেবলমাত্র একটি কম ঘন দ্বারা বেষ্টিত একটি অপটিক্যালি ঘনত্বের মাধ্যমে বিদ্যমান। সুতরাং, নির্দিষ্ট কোণে, সমুদ্রতল থেকে আসা আলো জলের পৃষ্ঠ থেকে সম্পূর্ণরূপে প্রতিফলিত হতে পারে, তবে বায়ু থেকে আপতনের যে কোনও কোণে, মরীচিটি সর্বদা জলের কলামে প্রবেশ করবে।

সমগ্র প্রতিফলনের প্রভাব কোথায় পরিলক্ষিত হয় এবং প্রয়োগ করা হয়?

অভ্যন্তরীণ মোট প্রতিফলনের ঘটনাটি ব্যবহারের সবচেয়ে বিখ্যাত উদাহরণ হল ফাইবার অপটিক্স। ধারণাটি হল মিডিয়ার পৃষ্ঠ থেকে আলোর 100% প্রতিফলনের কারণে, ক্ষতি ছাড়াই নির্বিচারে দীর্ঘ দূরত্বে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক শক্তি প্রেরণ করা সম্ভব। ফাইবার অপটিক তারের কার্যকারী উপাদান, যা থেকে এর অভ্যন্তরীণ অংশ তৈরি করা হয়, পেরিফেরাল উপাদানের চেয়ে বেশি অপটিক্যাল ঘনত্ব রয়েছে। ঘটনার বিস্তৃত কোণের জন্য মোট প্রতিফলনের প্রভাব সফলভাবে ব্যবহার করার জন্য এই ধরনের একটি রচনা যথেষ্ট।

চকচকে হীরার পৃষ্ঠগুলি সম্পূর্ণ প্রতিফলনের ফলাফলের একটি প্রধান উদাহরণ। একটি হীরার প্রতিসরণ সূচক হল 2.43, এত আলোর রশ্মি, একটি রত্ন পাথরকে আঘাত করা, অভিজ্ঞতাপ্রস্থান করার আগে একাধিক পূর্ণ প্রতিফলন।

হীরার জন্য সমালোচনামূলক কোণ θc নির্ধারণের সমস্যা

আসুন একটি সাধারণ সমস্যা বিবেচনা করা যাক, যেখানে আমরা প্রদত্ত সূত্রগুলি কীভাবে ব্যবহার করতে হয় তা দেখাব। একটি হীরাকে বাতাস থেকে জলে স্থাপন করা হলে মোট প্রতিফলনের সমালোচনামূলক কোণ কতটা পরিবর্তিত হবে তা গণনা করা প্রয়োজন৷

সারণীতে নির্দেশিত মিডিয়ার প্রতিসরণকারী সূচকগুলির মানগুলি দেখে, আমরা সেগুলি লিখি:

বাতাসের জন্য

: n₁=1, 00029;

জলের জন্য: n₂=1, 333;

হীরার জন্য

: n₃=2, 43.

একটি হীরা-এয়ার জোড়ার জন্য গুরুত্বপূর্ণ কোণ হল:

θ_c1=arcsin(n₁/n₃)=আর্কসিন(1, 00029/2, 43) ≈ 24, 31^o.

আপনি দেখতে পাচ্ছেন, এই জোড়া মিডিয়ার জন্য সমালোচনামূলক কোণটি বেশ ছোট, অর্থাৎ, শুধুমাত্র সেই রশ্মিগুলি হীরাকে বাতাসে ছেড়ে দিতে পারে যা 24, 31 এর চেয়ে স্বাভাবিকের কাছাকাছি হবে। o^।

জলে একটি হীরার ক্ষেত্রে, আমরা পাই:

θ_c2=আর্কসিন(n₂/n₃)=আর্কসিন(1, 333/2, 43) ≈ 33, 27^o.

গুরুত্বপূর্ণ কোণে বৃদ্ধি ছিল:

Δθ_c=θ_c2- θ_c1≈ 33, 27 ^o - 24, 31^o=8, 96^o.

একটি হীরাতে আলোর মোট প্রতিফলনের জন্য সমালোচনামূলক কোণে এই সামান্য বৃদ্ধির ফলে এটি জলে প্রায় বাতাসের মতোই আলোকিত হয়৷