অপটিক্স হল পদার্থবিদ্যার প্রাচীনতম শাখাগুলির মধ্যে একটি। প্রাচীন গ্রীস থেকে, অনেক দার্শনিক জল, কাচ, হীরা এবং বাতাসের মতো বিভিন্ন স্বচ্ছ পদার্থে আলোর গতি এবং প্রচারের নিয়ম সম্পর্কে আগ্রহী ছিলেন। এই নিবন্ধটি আলোর প্রতিসরণের ঘটনা নিয়ে আলোচনা করে, বায়ুর প্রতিসরণ সূচকের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।
আলোক রশ্মির প্রতিসরণের প্রভাব
তার জীবনে প্রত্যেকে এই প্রভাবের প্রকাশের সাথে শত শতবার মুখোমুখি হয়েছিল যখন সে একটি জলাধারের নীচে বা একটি গ্লাস জলের দিকে তাকায় যাতে কিছু জিনিস রাখা হয়। একই সময়ে, জলাধারটি প্রকৃতপক্ষে যতটা গভীর ছিল বলে মনে হচ্ছে না, এবং এক গ্লাস জলের বস্তুগুলিকে বিকৃত বা ভাঙা দেখাচ্ছিল৷
একটি আলোক রশ্মির প্রতিসরণের ঘটনাটি দুটি স্বচ্ছ পদার্থের মধ্যে ইন্টারফেস অতিক্রম করার সময় এটির রেকটিলাইন ট্রাজেক্টোরিতে একটি বিরতি। বিপুল সংখ্যক পরীক্ষামূলক তথ্যের সংক্ষিপ্তসারে, 17 শতকের শুরুতে, ডাচম্যান উইলেব্রর্ড স্নেল একটি গাণিতিক অভিব্যক্তি পেয়েছিলেন,যা সঠিকভাবে এই ঘটনাটি বর্ণনা করেছে। এই অভিব্যক্তিটি সাধারণত নিম্নলিখিত আকারে লেখা হয়:
1sin(θ1)=n2sin(θ 2)=কন্সট।
এখানে n1, n2 হল সংশ্লিষ্ট উপাদানের আলোর পরম প্রতিসরণকারী সূচক, θ1এবং θ2 - ঘটনা এবং প্রতিসৃত বিমের মধ্যে কোণ এবং ইন্টারফেস সমতলের লম্ব, যা বিম এবং এই সমতলের ছেদ বিন্দু দিয়ে আঁকা হয়।
এই সূত্রটিকে বলা হয় স্নেলের বা স্নেল-ডেসকার্টসের আইন (এটি ফরাসী ব্যক্তি যিনি এটিকে উপস্থাপিত আকারে লিখেছিলেন, যখন ডাচম্যান সাইন ব্যবহার করেননি, কিন্তু দৈর্ঘ্যের একক ব্যবহার করেছিলেন)।
এই সূত্রটি ছাড়াও, প্রতিসরণের ঘটনাটি অন্য একটি নিয়ম দ্বারা বর্ণিত হয়েছে, যা প্রকৃতিতে জ্যামিতিক। এটি এই সত্য যে সমতলে চিহ্নিত লম্ব এবং দুটি রশ্মি (প্রতিসৃত এবং ঘটনা) একই সমতলে অবস্থিত৷
পরম প্রতিসরণ সূচক
এই মানটি স্নেল সূত্রে অন্তর্ভুক্ত, এবং এর মান একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। গাণিতিকভাবে, প্রতিসরণ সূচক n সূত্রের সাথে মিলে যায়:
n=c/v.
গ প্রতীকটি ভ্যাকুয়ামে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের গতি। এটি আনুমানিক 3108মি/সেকেন্ড। মান v হল মাধ্যমের আলোর গতি। এইভাবে, প্রতিসরণকারী সূচক বায়ুবিহীন স্থানের ক্ষেত্রে একটি মাধ্যমের আলোর ধীরগতির পরিমাণ প্রতিফলিত করে৷
উপরের সূত্র থেকে দুটি গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব রয়েছে:
- মান n সর্বদা 1 এর চেয়ে বেশি (শূন্যতার জন্য এটি একটির সমান);
- এটি একটি মাত্রাহীন পরিমাণ৷
উদাহরণস্বরূপ, বায়ুর প্রতিসরণ সূচক হল 1.00029, যেখানে জলের জন্য এটি 1.33।
প্রতিসৃত সূচক একটি নির্দিষ্ট মাধ্যমের জন্য একটি ধ্রুবক মান নয়। এটা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। তদুপরি, একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের প্রতিটি কম্পাঙ্কের জন্য, এর নিজস্ব অর্থ রয়েছে। সুতরাং, উপরের পরিসংখ্যানগুলি 20 oC তাপমাত্রা এবং দৃশ্যমান বর্ণালীর হলুদ অংশের সাথে মিলে যায় (তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় 580-590 nm)।
আলোর কম্পাঙ্কের উপর n-এর মানের নির্ভরতা প্রিজম দ্বারা সাদা আলোর পচন ধরে বিভিন্ন রঙে, সেইসাথে ভারী বৃষ্টির সময় আকাশে একটি রংধনু তৈরিতে প্রকাশ পায়।
বায়ুতে আলোর প্রতিসরণকারী সূচক
এর মান ইতিমধ্যে উপরে দেওয়া হয়েছে (1, 00029)। যেহেতু বায়ুর প্রতিসরাঙ্ক সূচকটি শূন্য থেকে চতুর্থ দশমিক স্থানে পৃথক, তাই ব্যবহারিক সমস্যা সমাধানের জন্য এটিকে একের সমান বিবেচনা করা যেতে পারে। একতা থেকে বাতাসের জন্য n-এর একটি ছোট পার্থক্য নির্দেশ করে যে আলো কার্যত বায়ুর অণু দ্বারা ধীর হয় না, যা এর অপেক্ষাকৃত কম ঘনত্বের সাথে যুক্ত। সুতরাং, বাতাসের গড় ঘনত্ব হল 1.225 kg/m3, অর্থাৎ, এটি তাজা জলের চেয়ে 800 গুণ বেশি হালকা৷
বায়ু একটি অপটিক্যালি পাতলা মাধ্যম। একটি পদার্থে আলোর গতি কমানোর প্রক্রিয়াটি একটি কোয়ান্টাম প্রকৃতির এবং পদার্থের পরমাণু দ্বারা ফোটনের শোষণ এবং নির্গমনের সাথে জড়িত।
বাতাসের সংমিশ্রণে পরিবর্তন (উদাহরণস্বরূপ, এতে জলীয় বাষ্পের পরিমাণ বৃদ্ধি) এবং তাপমাত্রার পরিবর্তন সূচকে উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন ঘটায়প্রতিসরণ একটি আকর্ষণীয় উদাহরণ হল মরুভূমিতে মরীচিকার প্রভাব, যা বিভিন্ন তাপমাত্রার সাথে বায়ু স্তরের প্রতিসরাঙ্ক সূচকের পার্থক্যের কারণে ঘটে।
গ্লাস-এয়ার ইন্টারফেস
কাঁচ বাতাসের চেয়ে অনেক বেশি ঘন মাধ্যম। কাচের ধরণের উপর নির্ভর করে এর পরম প্রতিসরাঙ্ক সূচক 1.5 থেকে 1.66 পর্যন্ত। যদি আমরা গড় মান 1.55 নিই, তাহলে এয়ার-গ্লাস ইন্টারফেসে রশ্মির প্রতিসরণ সূত্রটি ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:
sin(θ1)/পাপ(θ2)=n2/ n1=n21=1, 55.
মান n21কে বলা হয় বাতাসের আপেক্ষিক প্রতিসরণ সূচক - কাচ। যদি রশ্মি কাচের বাইরে বাতাসে চলে যায়, তাহলে নিম্নলিখিত সূত্রটি ব্যবহার করতে হবে:
sin(θ1)/পাপ(θ2)=n2/ n1=n21=1/1, 55=0, 645.
পরবর্তী ক্ষেত্রে প্রতিসৃত রশ্মির কোণ যদি 90o এর সমান হয়, তবে এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ আপতন কোণটিকে ক্রিটিকাল বলা হয়। বর্ডার গ্লাসের জন্য - বাতাস হল:
θ1=arcsin(0, 645)=40, 17o.
যদি রশ্মিটি 40, 17o এর চেয়ে বেশি কোণে কাচ-বাতাসের সীমানায় পড়ে, তবে এটি সম্পূর্ণরূপে কাঁচে প্রতিফলিত হবে। এই ঘটনাটিকে বলা হয় "সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন"।
গুরুত্বপূর্ণ কোণটি তখনই বিদ্যমান থাকে যখন রশ্মি একটি ঘন মাধ্যম থেকে সরে যায় (কাঁচ থেকে বাতাসে, কিন্তু উল্টো নয়)।
