അപവർത്തനം
തരംഗത്തിന്റെ വേഗതയിൽ വരുന്ന മാറ്റം കൊണ്ട് ദിശയിൽ വരുന്ന വ്യതിയാനത്തെ അപവർത്തനം (Refraction) എന്നു വിളിക്കുന്നു. തരംഗം ഒരു മാദ്ധ്യമത്തിൽ നിന്നും മറ്റൊരു മാദ്ധ്യമത്തിൽ പ്രവേശിക്കുമ്പോഴാണ് ഇത് പ്രധാനമായും കണ്ടുവരുന്നത്. പ്രകാശത്തിന്റെ അപവർത്തനമാണ് ഇതിനു സാധാരണയായി കാണാറുള്ള ഒരു ഉദാഹരണം. സാന്ദ്രത കൂടിയ ഭാഗത്തുനിന്നും സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞ ഭാഗത്തേക്ക് കടക്കമ്പോൾ പ്രകാശതരംഗത്തിന്റെ പാതക്കുണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനത്തെ പ്രകാശത്തിന്റെ അപവർത്തനം എന്ന് പറയുന്നു.
പ്രകാശരശ്മി ഒരു മാധ്യമത്തിൽനിന്നു മറ്റൊന്നിലേക്ക് കടക്കുമ്പോൾ അതിന്റെ പാതയ്ക്കു വിചലനം (deviation) സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിഭാസം. ഘനത്വം വ്യത്യാസമുള്ള മാധ്യമങ്ങളിൽ പ്രകാശം വിവിധ വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നതുകൊണ്ടാണ് അപവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നത്. രണ്ടു മാധ്യമങ്ങളിലെയും വേഗത്തിന്റെ അനുപാത(ratio)ത്തെ അപവർത്തനാങ്കം (Refractive index) എന്നു പറയുന്നു. ജ, ഝ എന്നീ മാധ്യമങ്ങളിൽ (ചിത്രം 1) പ്രകാശം യഥാക്രമം p,q എന്നീ വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു എങ്കിൽ n = u/v എന്ന അനുപാതം p യ്ക്ക് ആപേക്ഷികമായ, Q ന്റെ അപവർത്തനാങ്കമാണ്. ഇവിടെ P നിർവാതമേഖല (vacuum) ആണെങ്കിൽ,n,Q-ന്റെ നിരപേക്ഷ (absolute) അപവർത്തനാങ്കമായിത്തീരുന്നു. ജലത്തിന്റെ നിരപേക്ഷ അപവർത്തനാങ്കം 1.33-ഉം, ഗ്ളാസിന്റേത് ഏകദേശം 1.5-ഉം ആണ്. പ്രകാശത്തിന്റെ വായുവിലെ വേഗം നിർവാതമേഖലയിലെ വേഗത്തിൽ നിന്നും അല്പമായി മാത്രം വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതിനാൽ സാധാരണയായി എല്ലാ പ്രായോഗികാവശ്യങ്ങൾക്കും ഒരു പദാർഥത്തിന്റെ, വായുവിനെ അപേക്ഷിച്ചുള്ള അപവർത്തനാങ്കത്തെ അതിന്റെ നിരപേക്ഷ അപവർത്തനാങ്കമായി കണക്കാക്കാറുണ്ട്.
RS എന്ന പ്രകാശരശ്മി P,Q എന്നീ മാധ്യമങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്ന തലത്തിൽ ട എന്ന ബിന്ദുവിൽ പതിക്കുന്നു. Qയിലേക്ക് കടക്കുന്നതോടെ അതിന്റെ പാതയ്ക്കു വിചലനം സംഭവിക്കുകയും, അത് ST എന്ന ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കാൻ നിർബന്ധിതമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. RS പതനരശ്മിയും ST അപവർത്തനരശ്മിയും NSN' പതനബിന്ദുവിൽ മാധ്യമങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്ന തലത്തിന്റെ ലംബവും ആണ്. പതനകോണം i, അപവർത്തനകോണം r, എന്നിവയെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന സ്നെൽ നിയമം (Snell's law 1621) അനുസരിച്ച് n = sin i / sin r; p-യ്ക്ക് ആപേക്ഷികമായ Q ന്റെ, അപവർത്തനാങ്കമാണ് n. Q ന്റെ പ്രകാശപരമായ ഘനത്വം (optical density), P യെ അപേക്ഷിച്ചു കൂടുതലാണെങ്കിൽ v < u ആണ്; അതിനാൽ n > 1. തന്മൂലം അപവർത്തനകോണം പതനകോണത്തിനേക്കാൾ കുറവായിരിക്കും. അങ്ങനെ ഒരു മാധ്യമത്തിൽനിന്നും ഘനത്വം കൂടിയ മറ്റൊരു മാധ്യമത്തിലേക്കു പ്രകാശരശ്മികൾ കടക്കുമ്പോൾ അവ ലംബത്തോടടുക്കുന്നു.പ്രകാശപരമായി ഘനത്വം കൂടിയ പദാർഥത്തിൽനിന്നു കുറഞ്ഞ പദാർഥത്തിലേക്കു കടക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മികൾ ലംബത്തിൽനിന്നകന്നു പോകുമെന്നുള്ളതുകൊണ്ട് ജലത്തിൽ മുങ്ങിയിരിക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെ ജലനിരപ്പിൽനിന്നുള്ള ആഴം യഥാർഥത്തിൽ ഉള്ളതിനേക്കാൾ കുറഞ്ഞു കാണപ്പെടുന്നു (ചിത്രം 2). ഇതേ കാരണത്താലാണ് ജലത്തിൽ ഭാഗികമായി മുക്കി നിർത്തിയിട്ടുള്ള വടിക്ക് വളവ് ഉള്ളതായി തോന്നുന്നത് (ചിത്രം 3).
പ്രകാശവിചലനം. ഘനത്വം കൂടിയ മാധ്യമത്തിൽ നിന്നു കുറഞ്ഞ മാധ്യമത്തിലേക്ക് പ്രകാശം അപവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ അപവർത്തനകോണം പതനകോണത്തിനെക്കാൾ കൂടിയിരിക്കുമെന്നു വ്യക്തമാക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. പതനകോണത്തിന്റെ അളവ് ക്രമാനുഗതം വർധിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ സ്വാഭാവികമായും അപവർത്തനകോണം വർധിക്കുന്നതാണ്. ഒരു പ്രത്യേക ഘട്ടമെത്തുമ്പോൾ അപവർത്തനകോണം 90° ആയിത്തീരുകയും അപവർത്തനത്തിനുശേഷം പ്രകാശരശ്മി മാധ്യമങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്ന തലത്തെ തഴുകി കടന്നുപോകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ഘട്ടത്തിലെ പതനകോണത്തിന്റെ അളവിനെ ക്രാന്തികകോണം (critical angle) എന്നു പറയുന്നു. ഒരു മാധ്യമത്തിന്റെ ക്രാന്തികകോണം അതിന്റെ അപവർത്തനാങ്കവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ക്രാന്തികകോണം C ആണെങ്കിൽ അപവർത്തനാങ്കം n = 1/sinC ആയിരിക്കും. പതനകോണം വീണ്ടും കൂട്ടുകയാണെങ്കിൽ അപവർത്തനകോണം 90°-ൽ കൂടണം. ഇത് അസാധ്യമായതിനാൽ അപവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നില്ല. മറിച്ച് പ്രകാശരശ്മി ആദ്യത്തെ മാധ്യമത്തിലേക്കുതന്നെ പ്രതിഫലിക്കുന്നു. ഈ പ്രതിഭാസം, പൂർണ-ആന്തരിക പ്രതിഫലനം (total internal reflection) എന്നറിയപ്പെടുന്നു.
പ്രിസം, ലെൻസ് എന്നിവയിലൂടെയുള്ള അപവർത്തനം പ്രകാശോപകരണങ്ങളുടെ നിർമിതിയിൽ ഉപയോഗപ്പെടുത്തി വരുന്നു. പ്രിസത്തിലൂടെയുള്ള അപവർത്തനഫലമായി പ്രകാശത്തിന് വിചലനം സംഭവിക്കുന്നതു കൂടാതെ, അതു പ്രകീർണനത്തിന് (dispersion) വിധേയമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. തന്മൂലം പ്രിസത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ധവളപ്രകാശം അതിന്റെ ഘടകവർണങ്ങളായി വേർതിരിയാനിടയാകുന്നു. പ്രകാശത്തെ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നതിനും വസ്തുക്കളുടെ പ്രതിബിംബങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുമാണ് ലെൻസ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഒരു വസ്തുവിലൂടെയുള്ള പ്രകാശവേഗം പ്രകാശത്തിന്റെ വർണത്തെ (തരംഗനീളത്തെ) ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ, ഒറ്റ വർണമുള്ള പ്രകാശമല്ല ഉപയോഗിക്കുന്നതെങ്കിൽ ലെൻസിലൂടെയുള്ള അപവർത്തനത്തിനുശേഷം വിവിധ വർണങ്ങളിലുള്ള പ്രകാശം പല ബിന്ദുക്കളിലായിരിക്കും കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്. ചുവപ്പുപ്രകാശം, നീല പ്രകാശത്തെക്കാൾ കൂടുതൽ വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു. ഇക്കാരണത്താൽ ഒരു പദാർഥത്തിന്റെ അപവർത്തനാങ്കം നീലപ്രകാശത്തിനു കൂടുതലും, ചുവപ്പു പ്രകാശത്തിനു കുറവും ആയിരിക്കുന്നു. നിർവാതമേഖലയിലാകട്ടെ എല്ലാ വർണങ്ങളിലുമുള്ള പ്രകാശം ഒരേ സ്ഥിരവേഗത്തിലാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നത്.
അപവർത്തനം ദൃശ്യപ്രകാശത്തിന്റെ മാത്രമായ ഗുണധർമം (property) അല്ല. അത് എല്ലാ വിദ്യുത്കാന്തിക വികിരണങ്ങളുടെയും (electromagnetic radiations) ഒരു സാമാന്യസ്വഭാവമാണ്. ശബ്ദതരംഗങ്ങളും അനുകൂലമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ അപവർത്തനത്തിനു വിധേയമാകുന്നു.
ഒരേ മാധ്യമത്തിൽ (medium) തന്നെയും ചിലപ്പോൾ അപവർത്തനം സംഭവിക്കാറുണ്ട്. മാധ്യമത്തിന്റെ ഭാഗങ്ങളിൽ താപനിലയ്ക്കോ മർദത്തിനോ ഉണ്ടാകുന്ന വിചരണ (variation) ങ്ങളുടെ ഫലമായി ഘനത്വവ്യത്യാസം ഉണ്ടായാൽ അതിലൂടെ പോകുന്ന തരംഗങ്ങൾ അപവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നതാണ്. നക്ഷത്രങ്ങളിൽനിന്നു പുറപ്പെടുന്ന പ്രകാശം താപനിലയുടെ വിചരണംമൂലം നിരന്തരം ഘനത്വവ്യത്യാസം അനുഭവപ്പെട്ടുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന അവയുടെ അന്തരീക്ഷങ്ങളിലൂടെ കടന്നുവരുമ്പോൾ അപവർത്തിതമാകുന്നു. നക്ഷത്രങ്ങൾ മിന്നിമിന്നിത്തിളങ്ങുന്നതിനുള്ള കാരണമിതാണ്.
ഇതും കാണുക
തിരുത്തുക
|
ഭൗതികശാസ്ത്രവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഈ ലേഖനം അപൂർണ്ണമാണ്‌. ഇതു വികസിപ്പിക്കുവാൻ സഹായിക്കുക. |