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प्रतिबिंब, समतल दर्पण

अब हम सभी जानते हैं कि कोई वस्तु हमें तभी दिखाई देती है जब उसके द्वारा परावर्तित या उत्सर्जित प्रकाश हमारी आंखों तक पहुंचता है। आइए हम प्रकाश के परावर्तन की घटना को समझते हैं।
इस पाठ में हम सीखेंगे:

1. प्रतिबिंब क्या है
2. प्रतिबिंब के नियम
3. प्रतिबिंब का प्रकार
4. समतल दर्पण

क्या आपने एक अंधेरे कमरे में एक समतल दर्पण या दीवार से टकराते हुए टॉर्च की रोशनी देखी है? प्रकाश क्या होता है। आप देखेंगे कि कुछ प्रकाश किरणें वापस उछलती हैं। इस घटना को प्रकाश का परावर्तन कहते हैं।

जब प्रकाश की किरण हवा और कांच जैसे दो माध्यमों की सीमा से टकराती है, तो प्रकाश का एक हिस्सा वापस उसी माध्यम में बदल जाता है। इसे "प्रकाश का परावर्तन" कहा जाता है। अत्यधिक पॉलिश की गई सतह जैसे दर्पण अपने ऊपर पड़ने वाले अधिकांश प्रकाश को परावर्तित कर देता है।

परावर्तन के नियम

एक समतल दर्पण के पृष्ठ पर आपतित प्रकाश-किरण पर विचार कीजिए,


आपतित किरण सतह पर पड़ने वाली प्रकाश की किरण है।
परावर्तित किरण वह किरण है जो परावर्तित सतह से टकराने के बाद उसी माध्यम में वापस उछलती है।
घटना का बिंदु , जो यहां 'पी' है, परावर्तित सतह पर वह बिंदु है जहां आपतित किरण टकराती है और परावर्तित किरण उछलती है।
अभिलंब आपतन बिंदु पर परावर्तक सतह के लंबवत खींची गई रेखा है।
आपतन कोण (i) अभिलंब और आपतित किरण के बीच का कोण है।
परावर्तन कोण (r) अभिलंब और परावर्तित किरण के बीच का कोण है।

प्रकाश के परावर्तन के नियम बताते हैं कि,

• आपतित किरण, परावर्तित किरण और आपतन बिंदु पर दर्पण का अभिलंब, सभी एक ही तल में होते हैं।
• आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है, अर्थात \(\angle i = \angle r\)
  ये गोलाकार सतहों सहित सभी प्रकार की परावर्तक सतह के लिए सही हैं।

प्रतिबिंब के प्रकार

नियमित परावर्तन: यदि समानांतर आपतित किरणें इस तरह परावर्तित होती हैं कि सभी परावर्तित किरणें भी एक दूसरे के समानांतर होती हैं तो ऐसे परावर्तन को नियमित परावर्तन या स्पेक्युलर परावर्तन कहा जाता है। उदाहरण के लिए, समतल दर्पण जैसे पॉलिश किए हुए चिकने पृष्ठ से परावर्तन नियमित परावर्तन को दर्शाता है। एक चिकनी सतह पर पड़ने वाली प्रकाश की सभी समानांतर किरणों के लिए आपतन कोण समान होता है और प्रकाश की सभी परावर्तित किरणों के लिए परावर्तन कोण भी समान होता है, इसलिए एक चिकनी सतह पर पड़ने वाली प्रकाश की समानांतर किरणें परावर्तित होती हैं समानांतर किरणों की किरण केवल एक दिशा में। इस गुण के कारण दर्पण, पॉलिश की हुई धातु की सतह और स्थिर जल के प्रतिबिम्ब बनते हैं। हम चमकदार सतह का उपयोग करके प्रकाश के नियमित परावर्तन द्वारा भी सूर्य के प्रकाश को अंधेरे स्थानों की ओर मोड़ सकते हैं।

अनियमित परावर्तन : जब आपतित प्रकाश की समानांतर किरण किसी अनियमित या खुरदरी सतह पर पड़ती है तो वे अलग-अलग दिशाओं में परावर्तित होती हैं, ऐसे परावर्तन को अनियमित परावर्तन या विसरित परावर्तन कहते हैं। आपतित किरणें परावर्तन के बाद समानांतर नहीं रहतीं, वे अलग-अलग दिशाओं में परावर्तित होती हैं। क्यों? इसका उत्तर यह है कि खुरदरी सतह के कण सभी अलग-अलग दिशाओं में उन्मुख होते हैं, इस कारण प्रकाश की सभी समानांतर किरणों के लिए आपतन कोण भिन्न होते हैं और इस प्रकार सभी किरणों के लिए परावर्तन कोण भी भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, दीवार और फर्श जैसी खुरदरी सतह पर पड़ने वाली किरणें। विसरित परावर्तन के कारण हम अदीप्त वस्तुओं को देखते हैं। मेज पर पड़ी एक किताब कमरे के सभी हिस्सों से उसकी सतह से प्रकाश के विसरित परावर्तन के कारण दिखाई देती है। पुस्तक की सतह खुरदरी होने से सभी दिशाओं में प्रकाश परावर्तित होता है, इसलिए पुस्तक को कमरे के सभी भागों से देखा जा सकता है।

नोट: किसी वस्तु की चमक आपतित प्रकाश किरणों की तीव्रता और वस्तु की परावर्तनशीलता पर भी निर्भर करती है।

प्रश्न: दर्पण से प्रतिबिम्ब क्यों बनता है लेकिन दीवार नहीं?
उत्तर दर्पण में, परावर्तक भाग बहुत सपाट होता है, इसलिए दर्पण से परावर्तित होने के बाद प्रकाश का पैटर्न पहले जैसा ही होता है और एक छवि बना सकता है। लेकिन दीवार की सतह खुरदरी है, इसलिए प्रकाश की किरणें सभी अलग-अलग दिशाओं में परावर्तित हो जाती हैं और इस प्रक्रिया में उलझ जाती हैं। यह एल्युमिनियम फॉयल की चिकनी शीट पर अपना प्रतिबिंब देखने जैसा ही है। पन्नी को ऊपर उठाएं और फिर अपनी छवि देखने की कोशिश करें, यह अब और दिखाई नहीं देगी।

समतल दर्पण

अब जैसा कि हम समझते हैं कि प्रतिबिंब क्या है, आइए हम समतल दर्पणों के बारे में और जानें कि वे कैसे प्रतिबिम्ब बनाते हैं।

समतल शीशे कांच के समतल टुकड़े के पीछे सिल्वर नाइट्रेट या एल्युमिनियम की पतली परत लगाकर बनाए जाते हैं । वे एक सपाट परावर्तक सतह वाले दर्पण हैं।

समतल दर्पण द्वारा प्रतिबिम्ब कैसे बनता है

नीचे दिया गया किरण आरेख दिखाता है कि हम एक समतल दर्पण में एक छवि कैसे देखते हैं। वस्तु से आने वाली प्रकाश किरणें दर्पण से टकराती हैं और परावर्तन के नियम के अनुसार परावर्तित होती हैं। जब कुछ प्रकाश किरणें हमारी आंख में प्रवेश करती हैं, तो हमारी आंख और मस्तिष्क इन किरणों की व्याख्या एक सीधी रेखा में यात्रा करने के रूप में करते हैं। इसलिए, हमारी आंखें और मस्तिष्क प्रकाश किरणों को पीछे की ओर उस स्थिति में ट्रैक करते हैं, जहां से वे आती हुई प्रतीत होती हैं। इस स्थिति में, हम एक छवि देखते हैं।

आपतित किरणें 1 (मोमबत्ती की नोक से शुरू होकर) और 2 (मोमबत्ती के सिरे से शुरू होकर) दर्पण की सतह से टकराती हैं, परावर्तन के नियमों का पालन करते हुए वापस उछलती हैं और प्रेक्षक की आंख तक पहुंचती हैं। यदि परावर्तित किरणें दर्पण के पीछे पीछे की ओर फैली हुई हैं (धराशायी रेखाएँ 5 और 6 देखें), तो वे बिंदु A' और B' से निकलती प्रतीत होती हैं। बिंब के सभी बिन्दुओं के प्रतिबिम्ब बनाकर हमें दर्पण के पीछे बिंब का सीधा प्रतिबिम्ब प्राप्त होता है।

आभासी चित्र

समतल दर्पण एक आभासी प्रतिबिम्ब बनाता है। यहां हम देखते हैं कि प्रकाश किरणें परावर्तन के बाद अलग हो जाती हैं या फैल जाती हैं, इसलिए जब किसी स्रोत से प्रकाश किरणें एक छवि बनाने के लिए पार नहीं करती हैं। इसके बजाय, उन्हें दर्पण के पीछे एक बिंदु पर 'वापस खोजा' जा सकता है। आभासी छवियों को प्रक्षेपण के लिए स्क्रीन का उपयोग किए बिना सीधे देखा जा सकता है। आभासी प्रतिबिम्ब दर्पण के पीछे बनते हैं जहाँ प्रकाश कभी नहीं पहुँचता। आभासी प्रतिबिम्ब सीधे प्रतिबिम्ब होते हैं।

समतल दर्पण द्वारा बनने वाले प्रतिबिम्ब की स्थिति एवं विशेषताएँ

• दर्पण से प्रतिबिम्ब की दूरी दर्पण से वस्तु की दूरी के बराबर होती है, अर्थात l = l1 (ऊपर चित्र की जाँच करें)

• प्रतिबिम्ब वस्तु के आकार के समान होगा।

• समतल दर्पण से बनने वाला प्रतिबिम्ब आभासी और सीधा होता है।

• छवि आयामों और वस्तु आयामों के अनुपात को आवर्धन कहा जाता है। समतल दर्पण ऐसे चित्र उत्पन्न करते हैं जिनका आवर्धन 1 होता है।

• समतल दर्पण में प्रतिबिम्ब क्षैतिज रूप से पलटता हुआ प्रतीत होता है। दर्पण के सामने खड़े होकर अपने बाएं हाथ पर फूल पकड़े हुए, आप अपने समान छवि देख पाएंगे सिवाय इसके कि छवि दाहिने हाथ पर फूलों को पकड़े हुए है, इसे पार्श्व उलटा कहा जाता है। क्या आप जानते हैं कि ऐसा क्यों होता है? एक कागज़ के टुकड़े पर 'IF' शीशे को दिखाओ, यही आप देखेंगे -

यह एक बहुत ही सरल अवधारणा पर होता है कि एक समतल दर्पण में दर्पण से वस्तु की दूरी दर्पण से छवि की दूरी के बराबर होगी, इसलिए जब आपके पास 'IF' लिखा हो और छवि निर्माण होता है, तो F की दूरी दर्पण से दर्पण में बने F के समान है।

समतल दर्पण के उपयोग

समतल दर्पण का आविष्कार वास्तव में मानव जाति के लिए सबसे बड़ा योगदान है। अब हम जानते हैं कि समतल दर्पण का उपयोग मुख्य रूप से किसी वस्तु के प्रतिबिंब को देखने के लिए किया जाता है। समतल दर्पण के कुछ उपयोग इस प्रकार हैं:

1. समतल दर्पण का उपयोग दिखने वाले कांच के रूप में किया जाता है।

2. इनका उपयोग सौर कुकर में भोजन पकाने के लिए सूर्य की शक्ति को फंसाने और केंद्रित करने के लिए अधिकांश सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के लिए किया जाता है।

3. इनका उपयोग पेरिस्कोप के निर्माण में भी किया जाता है जिसका उपयोग पनडुब्बियों में किया जाता है। पेरिस्कोप में उपयोग किए जाने वाले समतल दर्पण पानी की सतह पर मौजूद सभी जहाजों की छवि को दर्शाते हैं। नीचे दिया गया चित्र उस सिद्धांत को दर्शाता है जिस पर पेरिस्कोप डिजाइन किया गया है।

4. उनका उपयोग बहुरूपदर्शक बनाने के लिए भी किया जाता है, एक खिलौना जो सुंदर पैटर्न बनाता है। अपने लिए एक बनाने के इच्छुक हैं?

5. इनका उपयोग सूक्ष्मदर्शी जैसे विभिन्न वैज्ञानिक उपकरणों में भी किया जाता है।

6. ऑटोमोबाइल में समानांतर प्रकाश की एक शक्तिशाली किरण को प्रतिबिंबित करने के लिए उपयोग किया जाता है, वाहन व्यापक रूप से अपने हेडलाइट्स में दर्पण का उपयोग करते हैं।

7. मशाल की रोशनी में प्रयुक्त - प्रकाश पुंजों को प्रतिबिंबित करने के लिए मशाल की रोशनी और फ्लैशलाइट में समतल दर्पण का उपयोग किया जाता है।

8. दंत चिकित्सकों द्वारा दांतों की छवियों को देखने और उनकी जांच करने के लिए उपयोग किया जाता है।

आपके लिए प्रयोग करने का प्रयास - आइए देखें कि कैसे हम एक बहुरूपदर्शक बनाकर एक समतल दर्पण द्वारा प्रकाश के परावर्तन का उपयोग करके सुंदर चित्र बना सकते हैं।

सामग्री की आवश्यकता:
लगभग एक ही आकार के तीन छोटे दर्पण। पतला कार्डबोर्ड। ओवरहेड पारदर्शिता या प्लास्टिक पेज रक्षक, रंगीन कांच के टुकड़े, टेप।

क्या करें:
1. दर्पणों के लंबे किनारों को एक साथ टेप करें ताकि वे एक पिरामिड आकार का निर्माण करें, जिसमें सभी दर्पणों के परावर्तक पक्ष अंदर की ओर हों।
2. इसके बाद, बहुरूपदर्शक के एक सिरे को फिट करने के लिए पतले कार्डबोर्ड के एक त्रिभुज को काट लें और उस पर टेप लगा दें। एक पीपहोल के रूप में काम करने के लिए, कार्डबोर्ड के केंद्र में एक छेद पोक करने के लिए एक तेज पेंसिल का प्रयोग करें।
3. दूसरे सिरे को फिट करने के लिए एक पारदर्शी पदार्थ के दो त्रिकोण काटें, जैसे प्लास्टिक ओवरहेड पारदर्शिता; तीन-तरफा लिफाफा बनाने के लिए दो किनारों को टेप करें, और रंगीन कांच के टुकड़ों को अंदर रखें। टेप के तीसरे पक्ष को बंद कर दें, फिर टेप का उपयोग करके लिफाफा को बहुरूपदर्शक के अंत में संलग्न करें।
4. अब, उस सिरे को देखें जिसमें झाँक है और बहुरूपदर्शक को प्रकाश स्रोत पर लक्षित करें। दूसरे छोर पर रंगीन वस्तुएं दर्पणों से तारे के आकार के पैटर्न में दिखाई देंगी।

चुनौती: क्या है 4 फीट लंबे लड़के की पूरी छवि देखने के लिए एक समतल दर्पण की न्यूनतम लंबाई आवश्यक है?

उपाय : किसी व्यक्ति का पूर्ण प्रतिबिम्ब देखने के लिए दर्पण का न्यूनतम आकार व्यक्ति की ऊंचाई का आधा होना चाहिए। आइए एक किरण आरेख का उपयोग करके इसे सिद्ध करने का प्रयास करें।

पैर से किरण बिंदु Y पर दर्पण से टकराती है, वापस उछलती है, और आपकी आँखों तक पहुँचती है। आपके सिर से शुरू होने वाली प्रकाश किरण बिंदु X पर दर्पण से टकराती है और आपकी आँखों को परावर्तित करती है। लड़के की पूरी छवि देखने के लिए आवश्यक दर्पण की न्यूनतम लंबाई XY है।

आपतन कोण को परावर्तन कोण के बराबर बनाने के लिए, सामान्य रेखा N को प्रेक्षण बिंदु और पैरों के बीच बिल्कुल आधा बैठना चाहिए। इसलिए, XY = लड़के की लंबाई का आधा।
उत्तर: मिरर की न्यूनतम ऊंचाई 2 फीट होनी चाहिए।