मानव नेत्र तथा रंगबिरंगा संसार: पाठ, हल किए गए प्रश्न और अभ्यास

आँख, रोशनी और आसमान के रंग

जेठ की दोपहर में धूप से तपकर जब आप घर के भीतर वाले कमरे में आते हैं, तो कुछ पल सब कुछ अँधेरा-सा लगता है। थोड़ी देर में चौकी, बक्सा और दीवार पर टँगा कैलेंडर साफ़ दिखने लगते हैं। दादाजी अख़बार को हाथ भर दूर पकड़कर पढ़ते हैं, और पीछे की बेंच पर बैठा कोई साथी श्यामपट्ट के अक्षर पढ़ने के लिए आँखें सिकोड़ता है। इन सब बातों के पीछे आँख की बनावट और उसके लेंस का खेल है।

आसमान भी रोज़ कुछ न कुछ दिखाता है। छठ के घाट पर डूबता और उगता सूरज लाल-नारंगी दिखता है, जबकि दोपहर में वही सूरज सफ़ेद चमकता है। बरसात के बाद धूप निकले, तो सूरज की उलटी ओर इंद्रधनुष बन जाता है। रात को छत पर लेटकर देखिए, तारे टिमटिमाते हैं, पर ग्रहों की रोशनी स्थिर रहती है।

अध्याय का पहला हिस्सा मानव नेत्र, उसके समंजन, दृष्टि दोषों और चश्मे के लेंसों के बारे में है। दूसरे हिस्से में प्रिज़्म, वर्णों का विक्षेपण, इंद्रधनुष, वायुमंडलीय अपवर्तन और प्रकाश का प्रकीर्णन है। पिछले अध्याय के लेंस सूत्र $\frac{1}{v}-\frac{1}{u}=\frac{1}{f}$ और लेंस की क्षमता $P=\frac{1}{f}$ यहाँ बार-बार काम आएँगे।

मानव नेत्र की बनावट

मानव नेत्र एक कैमरे की तरह है। इसका लेंस-निकाय एक प्रकाश-सुग्राही परदे पर प्रतिबिंब बनाता है, जिसे दृष्टिपटल या रेटिना (retina) कहते हैं। नेत्र गोलक लगभग गोल होता है और इसका व्यास लगभग 2.3 cm होता है।

चित्र में नेत्र का बीच से काटा हुआ भाग दिखाया गया है: सबसे आगे उभरी हुई पारदर्शी झिल्ली, उसके पीछे परितारिका और बीच में पुतली, फिर क्रिस्टलीय लेंस जिसे पक्ष्माभी पेशियाँ थामे रहती हैं, और सबसे पीछे दृष्टिपटल, जिससे दृक् तंत्रिका निकलती है।

चित्र के नामांकन: 1. कॉर्निया (स्वच्छ मंडल), 2. परितारिका, 3. पुतली, 4. क्रिस्टलीय लेंस (अभिनेत्र लेंस), 5. पक्ष्माभी पेशियाँ, 6. नेत्रोद, 7. काचाभ द्रव, 8. दृष्टिपटल (रेटिना), 9. दृक् तंत्रिका

अभिनेत्र लेंस रेटिना पर वस्तु का उलटा और वास्तविक प्रतिबिंब बनाता है। मस्तिष्क सिग्नलों की व्याख्या करता है, और हम वस्तु को वैसा ही देखते हैं जैसी वह है।

पुतली एक परिवर्ती द्वार है। तेज़ धूप से अँधेरे कमरे में आने पर कुछ देर न दिखने की वजह यही है। बहुत चमकीले प्रकाश में परितारिका सिकुड़कर पुतली को छोटा कर देती है, ताकि कम प्रकाश अंदर जाए। मंद प्रकाश में परितारिका फैलकर पुतली को बड़ा कर देती है। अँधेरे कमरे में पहुँचने पर पुतली अभी छोटी ही होती है, और उसे बड़ा होने में थोड़ा समय लगता है।

दृष्टि तंत्र का कोई भी भाग, चाहे वह कॉर्निया, पुतली, लेंस, नेत्रोद, काचाभ द्रव, रेटिना हो या दृक् तंत्रिका, क्षतिग्रस्त हो जाए, तो देखने की क्षमता में कमी आ सकती है।

समंजन, निकट-बिंदु और दूर-बिंदु

अभिनेत्र लेंस की वक्रता को पक्ष्माभी पेशियाँ कुछ सीमा तक बदल सकती हैं। वक्रता बदलते ही लेंस की फोकस दूरी भी बदल जाती है।

अभिनेत्र लेंस की वह क्षमता, जिसके कारण वह अपनी फोकस दूरी को समायोजित कर लेता है, समंजन कहलाती है। इसी के कारण पास और दूर, दोनों तरह की वस्तुओं का प्रतिबिंब रेटिना पर बनता है।

लेंस की फोकस दूरी एक निश्चित न्यूनतम सीमा से कम नहीं हो सकती। छपे पन्ने को आँख से सटाकर पढ़ने की कोशिश कीजिए, अक्षर धुँधले लगेंगे और आँखों पर तनाव पड़ेगा।

• वह न्यूनतम दूरी, जिस पर रखी वस्तु बिना तनाव के सबसे स्पष्ट दिखती है, सुस्पष्ट दर्शन की अल्पतम दूरी या नेत्र का निकट-बिंदु कहलाती है। सामान्य दृष्टि वाले तरुण वयस्क के लिए यह लगभग 25 cm है।
• वह दूरतम बिंदु, जहाँ तक नेत्र वस्तुओं को सुस्पष्ट देख सकता है, नेत्र का दूर-बिंदु (far point) है। सामान्य नेत्र के लिए यह अनंत पर होता है।

तो सामान्य नेत्र 25 cm से अनंत तक की सभी वस्तुएँ साफ़ देख सकता है।

मोतियाबिंद (cataract): अधिक आयु के कुछ लोगों में क्रिस्टलीय लेंस दूधिया और धुँधला हो जाता है। इससे दृष्टि कम हो जाती है या पूरी तरह चली जाती है। शल्य चिकित्सा (ऑपरेशन) के बाद दृष्टि वापस आ सकती है।

क्या आप जानते हैं: हमारे दो नेत्र क्यों हैं

एक की जगह दो नेत्र होने के कई लाभ हैं:

• दृष्टि-क्षेत्र बड़ा हो जाता है। एक नेत्र का क्षैतिज दृष्टि क्षेत्र लगभग 150° है, दोनों नेत्रों से यह लगभग 180° हो जाता है।
• मंद प्रकाश वाली वस्तु को पहचानने की क्षमता एक की बजाय दो संसूचकों से बढ़ जाती है।
• हिरण और खरगोश जैसे शिकार होने वाले जंतुओं के नेत्र प्रायः सिर पर विपरीत दिशाओं में होते हैं, ताकि उन्हें सबसे चौड़ा दृष्टि-क्षेत्र मिले। (हिंदी पुस्तक में यहाँ 'शिकार करने वाले' छपा है, सही बात शिकार होने वाले जंतुओं की है।) हमारे दोनों नेत्र सामने की ओर हैं। इससे दृष्टि-क्षेत्र थोड़ा कम होता है, पर त्रिविम चाक्षुकी का लाभ मिलता है।

एक आँख बंद करके देखिए, संसार चपटा और द्विविम लगेगा। दोनों आँखें खोलते ही वस्तुओं में गहराई दिखने लगती है। दोनों नेत्रों के बीच कुछ सेंटीमीटर की दूरी है, इसलिए हर नेत्र किसी वस्तु का थोड़ा अलग प्रतिबिंब देखता है। मस्तिष्क दोनों को जोड़कर एक प्रतिबिंब बनाता है, और इसी अतिरिक्त सूचना से हम समझते हैं कि वस्तु कितनी पास या दूर है।

दृष्टि दोष और निकट-दृष्टि दोष

कभी-कभी नेत्र धीरे-धीरे अपनी समंजन क्षमता खो देते हैं, और व्यक्ति वस्तुओं को आराम से साफ़ नहीं देख पाता। नेत्र के अपवर्तन दोषों के कारण दृष्टि धुँधली हो जाती है। मुख्य रूप से तीन अपवर्तन दोष हैं: निकट-दृष्टि (Myopia), दीर्घ-दृष्टि (Hypermetropia) और जरा-दूरदृष्टिता (Presbyopia)। इन्हें उपयुक्त गोलीय लेंस से संशोधित किया जाता है।

निकट-दृष्टि दोष को निकटदृष्टिता (Near-sightedness) भी कहते हैं। ऐसा व्यक्ति पास की वस्तुएँ साफ़ देख लेता है, पर दूर की वस्तुएँ साफ़ नहीं देख पाता। उसका दूर-बिंदु अनंत पर न होकर नेत्र के पास आ जाता है, और वह कुछ मीटर तक की वस्तुएँ ही साफ़ देख पाता है।

• क्या होता है: दूर रखी वस्तु का प्रतिबिंब रेटिना पर न बनकर रेटिना के सामने बनता है।
• कारण: (i) अभिनेत्र लेंस की वक्रता का अत्यधिक होना, या (ii) नेत्र गोलक का लंबा हो जाना।
• संशोधन: उपयुक्त क्षमता का अवतल लेंस (अपसारी लेंस)। यह लेंस किरणों को थोड़ा फैला देता है, जिससे प्रतिबिंब वापस रेटिना पर आ जाता है।

चित्र को शब्दों में समझिए: (a) दोषयुक्त नेत्र का दूर-बिंदु O, जो अनंत से पास है। (b) अनंत से आती समांतर किरणें लेंस से मुड़कर रेटिना से पहले ही एक बिंदु पर मिल जाती हैं। (c) नेत्र के आगे अवतल लेंस रखा है। समांतर किरणें इससे फैलकर ऐसे निकलती हैं जैसे दूर-बिंदु O से आ रही हों, और अब नेत्र उन्हें रेटिना पर फोकस कर देता है।

अवतल लेंस की फोकस दूरी इतनी चुनी जाती है कि अनंत पर रखी वस्तु का प्रतिबिंब दोषयुक्त नेत्र के दूर-बिंदु पर बने। इसलिए फोकस दूरी का परिमाण दूर-बिंदु की दूरी के बराबर होता है।

दीर्घ-दृष्टि दोष

दीर्घ-दृष्टि दोष को दूर-दृष्टिता (Far-sightedness) भी कहते हैं। ऐसा व्यक्ति दूर की वस्तुएँ साफ़ देख लेता है, पर पास की वस्तुएँ साफ़ नहीं देख पाता। उसका निकट-बिंदु सामान्य निकट-बिंदु (25 cm) से दूर हट जाता है, इसलिए उसे किताब 25 cm से काफ़ी दूर रखकर पढ़नी पड़ती है।

• क्या होता है: पास रखी वस्तु से आने वाली किरणें रेटिना के पीछे फोकस होती हैं।
• कारण: (i) अभिनेत्र लेंस की फोकस दूरी का अत्यधिक हो जाना, या (ii) नेत्र गोलक का छोटा हो जाना।
• संशोधन: उपयुक्त क्षमता का उत्तल लेंस (अभिसारी लेंस)। उत्तल लेंस वाले चश्मे प्रतिबिंब को रेटिना पर लाने के लिए ज़रूरी अतिरिक्त क्षमता देते हैं।

चित्र को शब्दों में समझिए: (a) सामान्य निकट-बिंदु N (25 cm) और दोषयुक्त नेत्र का निकट-बिंदु N', जो इससे दूर है। (b) N पर रखी वस्तु से आती किरणें रेटिना के पीछे मिलती हैं। (c) नेत्र के आगे उत्तल लेंस रखा है। N से आती किरणें इससे मुड़कर ऐसे निकलती हैं जैसे N' से आ रही हों, और अब प्रतिबिंब रेटिना पर बनता है।

जरा-दूरदृष्टिता, द्विफोकसी लेंस और संशोधक लेंस की गणना

उम्र बढ़ने के साथ ज़्यादातर लोगों की समंजन क्षमता घट जाती है और उनका निकट-बिंदु दूर हट जाता है। चश्मे के बिना उन्हें पास की चीज़ें आराम से पढ़ने में कठिनाई होती है। इस दोष को जरा-दूरदृष्टिता कहते हैं। इसके कारण हैं पक्ष्माभी पेशियों का धीरे-धीरे दुर्बल होना और क्रिस्टलीय लेंस के लचीलेपन में कमी।

कुछ लोगों में निकट-दृष्टि और दूर-दृष्टि, दोनों दोष एक साथ होते हैं। उन्हें द्विफोकसी लेंस (Bi-focal lens) की ज़रूरत होती है। सामान्य द्विफोकसी लेंस में:

• ऊपरी भाग अवतल लेंस होता है, जो दूर की वस्तुएँ देखने में मदद करता है।
• निचला भाग उत्तल लेंस होता है, जो पास की वस्तुएँ पढ़ने में मदद करता है।

आजकल संस्पर्श लेंस (Contact lens) या शल्य हस्तक्षेप से भी दृष्टि दोषों का संशोधन संभव है।

संशोधक लेंस की गणना: लेंस की क्षमता $P=\frac{1}{f}$ है, जिसमें $f$ मीटर में लेनी होती है। क्षमता का मात्रक डाइऑप्टर (D) है। अवतल लेंस की फोकस दूरी और क्षमता ऋणात्मक, उत्तल लेंस की धनात्मक होती है।

1. निकट-दृष्टि: अनंत पर रखी वस्तु ($u=-\infty$) का आभासी प्रतिबिंब दूर-बिंदु पर बनना चाहिए। इसलिए लेंस की फोकस दूरी, दूर-बिंदु की दूरी के बराबर और ऋणात्मक होती है। दूर-बिंदु 80 cm हो तो $f=-80$ cm।
2. दीर्घ-दृष्टि: 25 cm पर रखी वस्तु ($u=-25$ cm) का आभासी प्रतिबिंब दोषयुक्त निकट-बिंदु पर बनना चाहिए ($v$ = उस दूरी का ऋणात्मक मान)। फिर लेंस सूत्र $\frac{1}{f}=\frac{1}{v}-\frac{1}{u}$ से $f$ निकालिए।

अंत में $f$ को मीटर में बदलकर $P$ निकालिए और चिह्न के साथ उत्तर लिखिए।

ज़रा सोचिए: नेत्रदान

हमारे नेत्र हमारी मृत्यु के बाद भी कुछ समय तक जीवित रहते हैं। मृत्यु के बाद नेत्रदान करके हम किसी नेत्रहीन व्यक्ति का जीवन रोशनी से भर सकते हैं। विकासशील देशों में लगभग 3.5 करोड़ लोग दृष्टिहीन हैं, और उनमें से अधिकांश की दृष्टि ठीक हो सकती है। कॉर्निया-अंधता से पीड़ित लगभग 45 लाख लोगों को दान में मिले कॉर्निया के प्रत्यारोपण से ठीक किया जा सकता है, और इनमें 60% बच्चे 12 वर्ष से कम आयु के हैं।

नेत्रदान से जुड़ी बातें:

• दान करने वाला किसी भी आयु या लिंग का हो सकता है। चश्मा पहनने वाले, मोतियाबिंद का ऑपरेशन करा चुके, मधुमेह या उच्च रक्तचाप वाले, दमे के रोगी और बिना संक्रामक रोग वाले लोग भी नेत्रदान कर सकते हैं।
• मृत्यु के बाद 4-6 घंटे के भीतर नेत्र निकाल लेने चाहिए, इसलिए पास के नेत्र बैंक को तुरंत ख़बर देनी चाहिए।
• नेत्र बैंक की टीम घर या अस्पताल में आकर नेत्र निकालती है। इसमें 10-15 मिनट लगते हैं, यह सरल प्रक्रिया है और चेहरा नहीं बिगड़ता।
• एड्स, हेपेटाइटिस B या C, जलभीति (रेबीज़), तीव्र लूकीमिया, धनुस्तंभ (टिटनेस), हैज़ा, तानिका शोध (मेनिंजाइटिस) या मस्तिष्क शोध (एन्सेफ़लाइटिस) से संक्रमित लोग, या जिनकी मृत्यु इनसे हुई हो, नेत्रदान नहीं कर सकते।

नेत्र बैंक दान किए गए नेत्र इकट्ठा करता है, उनकी जाँच करता है और उन्हें बाँटता है। प्रत्यारोपण के लायक न निकले नेत्र अनुसंधान और चिकित्सा-शिक्षा में काम आते हैं। दानकर्ता और लेने वाले, दोनों की पहचान गुप्त रखी जाती है। नेत्रों का एक जोड़ा कॉर्निया-अंधता वाले दो लोगों को दृष्टि दे सकता है।

प्रिज़्म से प्रकाश का अपवर्तन

काँच के आयताकार स्लैब में निर्गत किरण, आपतित किरण के समांतर होती है, बस थोड़ी खिसक जाती है। प्रिज़्म में ऐसा नहीं होता। काँच के त्रिभुज प्रिज़्म में दो त्रिभुजाकार आधार और तीन आयताकार पार्श्व-पृष्ठ होते हैं, जो एक-दूसरे पर झुके रहते हैं। दो पार्श्व फलकों के बीच के कोण को प्रिज़्म कोण कहते हैं।

क्रियाकलाप:

1. ड्राइंग बोर्ड पर सफ़ेद कागज़ लगाकर प्रिज़्म को उसके त्रिभुजाकार फलक के बल रखिए और पेंसिल से उसकी सीमा रेखा खींचिए।
2. अपवर्तक पृष्ठ AB पर कोई कोण बनाती रेखा PE खींचकर उस पर दो पिनें P और Q गाड़िए।
3. फलक AC की ओर से P और Q के प्रतिबिंब देखते हुए दो और पिनें R और S ऐसे गाड़िए कि चारों एक सीधी रेखा में दिखें।
4. पिनें और प्रिज़्म हटाकर R, S को मिलाने वाली रेखा को AC पर बिंदु F तक बढ़ाइए, और E तथा F को मिलाइए।
5. E और F पर अभिलंब खींचकर आपतन कोण (∠i), अपवर्तन कोण (∠r) और निर्गत कोण (∠e) चिह्नित कीजिए।

यहाँ PE आपतित किरण, EF अपवर्तित किरण और FS निर्गत किरण है।

क्या दिखता है: पहले पृष्ठ AB पर किरण वायु से काँच में जाती है और अभिलंब की ओर मुड़ती है। दूसरे पृष्ठ AC पर वह काँच से वायु में आती है और अभिलंब से दूर मुड़ती है। प्रिज़्म की विशेष आकृति के कारण निर्गत किरण, आपतित किरण की दिशा से एक कोण बनाती है। इस कोण को विचलन कोण (∠D) कहते हैं। आपतित किरण PE को आगे और निर्गत किरण FS को पीछे बढ़ाने पर दोनों जहाँ मिलती हैं, वहाँ बना कोण ही विचलन कोण है।

काँच के प्रिज़्म द्वारा श्वेत प्रकाश का विक्षेपण

क्रियाकलाप: गत्ते की मोटी शीट के बीच में पतली झिरी बनाकर उस पर सूर्य का प्रकाश पड़ने दीजिए। इससे श्वेत प्रकाश का पतला किरण पुंज मिलता है। इसे काँच के प्रिज़्म के एक फलक पर डालिए और प्रिज़्म को धीरे से घुमाइए, ताकि निकलने वाला प्रकाश पास रखे परदे पर दिखे। परदे पर वर्णों की एक सुंदर पट्टी दिखती है।

वर्णों का क्रम है: बैंगनी (violet), जामुनी (indigo), नीला (blue), हरा (green), पीला (yellow), नारंगी (orange) और लाल (red)। अंग्रेज़ी नामों के पहले अक्षरों से बना शब्द VIBGYOR यह क्रम याद रखने में मदद करता है।

• प्रकाश के अवयवी वर्णों के इस बैंड को स्पेक्ट्रम कहते हैं।
• प्रकाश के अवयवी वर्णों में विभाजन को विक्षेपण कहते हैं।

ऐसा क्यों होता है: प्रिज़्म से गुज़रने के बाद प्रकाश के अलग-अलग वर्ण, आपतित किरण के सापेक्ष अलग-अलग कोणों पर मुड़ते हैं। लाल प्रकाश सबसे कम और बैंगनी सबसे अधिक मुड़ता है। इसलिए हर वर्ण की किरणें अलग रास्ते से निकलती हैं और अलग-अलग दिखती हैं।

न्यूटन का प्रयोग: आइज़क न्यूटन ने सबसे पहले काँच के प्रिज़्म से सूर्य का स्पेक्ट्रम प्राप्त किया। दूसरे समान प्रिज़्म से उन्होंने वर्णों को और बाँटने की कोशिश की, पर कोई नया वर्ण नहीं मिला। फिर उन्होंने दूसरा सर्वसम प्रिज़्म पहले के सापेक्ष उलटी स्थिति में रखा। स्पेक्ट्रम के सभी वर्ण दूसरे प्रिज़्म से गुज़रे और उससे श्वेत प्रकाश का किरण पुंज निकला। इससे न्यूटन ने समझा कि सूर्य का प्रकाश सात वर्णों से मिलकर बना है। जो भी प्रकाश सूर्य के प्रकाश जैसा स्पेक्ट्रम बनाए, उसे प्रायः श्वेत प्रकाश कहते हैं।

इंद्रधनुष

इंद्रधनुष वर्षा के बाद आकाश में दिखने वाला प्राकृतिक स्पेक्ट्रम है। यह वायुमंडल में मौजूद पानी की सूक्ष्म बूँदों द्वारा सूर्य के प्रकाश के विक्षेपण से बनता है। जल की हर बूँद एक छोटे प्रिज़्म की तरह काम करती है:

1. बूँद में घुसते समय सूर्य का प्रकाश अपवर्तित और विक्षेपित होता है।
2. फिर बूँद के भीतर उसका आंतरिक परावर्तन होता है।
3. बूँद से बाहर निकलते समय प्रकाश फिर से अपवर्तित होता है।

विक्षेपण और आंतरिक परावर्तन के कारण अलग-अलग वर्ण देखने वाले की आँखों तक पहुँचते हैं। चित्र में एक बूँद पर बाईं ओर से सूर्य का प्रकाश आता है, बूँद की पिछली दीवार से लौटता है और नीचे की ओर लाल और बैंगनी किरणें अलग-अलग होकर निकलती हैं।

इंद्रधनुष हमेशा सूर्य के विपरीत दिशा में बनता है। धूप वाले दिन सूर्य को पीठ की ओर रखकर किसी झरने या पानी के फव्वारे की ओर देखिए, आपको इंद्रधनुष दिख सकता है। गर्मी में खेत में पाइप से पानी की फुहार उड़ाते समय भी यही दिखता है।

वायुमंडलीय अपवर्तन: टिमटिमाते तारे और जल्दी उगता सूरज

आग, भट्टी या किसी गरम चीज़ के ऊपर से देखने पर उसके पार की चीज़ें हिलती-झिलमिलाती दिखती हैं। आग के ठीक ऊपर की वायु, उसके ऊपर की वायु से अधिक गरम होती है। गरम वायु हलकी (कम सघन) होती है और उसका अपवर्तनांक ठंडी वायु से थोड़ा कम होता है। वायु की भौतिक अवस्था स्थिर नहीं रहती, इसलिए उसके पार वस्तु की आभासी स्थिति बदलती रहती है। पृथ्वी के वायुमंडल के कारण प्रकाश के इस अपवर्तन को वायुमंडलीय अपवर्तन कहते हैं।

तारों का टिमटिमाना: तारे का प्रकाश वायुमंडल में घुसने के बाद पृथ्वी की सतह तक लगातार अपवर्तित होता रहता है, क्योंकि वायुमंडल का अपवर्तनांक नीचे की ओर धीरे-धीरे बढ़ता जाता है। वायुमंडल तारे के प्रकाश को अभिलंब की ओर झुका देता है, इसलिए:

• तारे की आभासी स्थिति उसकी वास्तविक स्थिति से थोड़ी अलग दिखती है। क्षितिज के पास देखने पर तारा अपनी वास्तविक स्थिति से कुछ ऊँचाई पर दिखता है।
• वायुमंडल की भौतिक अवस्था बदलती रहती है, इसलिए यह आभासी स्थिति भी थोड़ी-थोड़ी बदलती रहती है।
• तारे बहुत दूर हैं, इसलिए वे लगभग बिंदु-स्रोत हैं। उनसे आने वाली किरणों का पथ थोड़ा बदलते ही आँख में पहुँचने वाले प्रकाश की मात्रा घटती-बढ़ती है। तारा कभी चमकीला और कभी धुँधला दिखता है, यही टिमटिमाना है।

ग्रह क्यों नहीं टिमटिमाते: ग्रह तारों की अपेक्षा पृथ्वी के बहुत पास हैं, इसलिए वे विस्तृत स्रोत जैसे हैं। ग्रह को बहुत से बिंदु-स्रोतों का समूह मानिए। सभी बिंदुओं से आने वाले प्रकाश की मात्रा में होने वाले बदलावों का औसत शून्य हो जाता है, इसलिए टिमटिमाने का प्रभाव ख़त्म हो जाता है।

अग्रिम सूर्योदय और विलंबित सूर्यास्त: वायुमंडलीय अपवर्तन के कारण सूर्य वास्तविक सूर्योदय से लगभग 2 मिनट पहले दिखने लगता है और वास्तविक सूर्यास्त के लगभग 2 मिनट बाद तक दिखता रहता है। वास्तविक सूर्योदय का अर्थ है सूर्य का सचमुच क्षितिज को पार करना। चित्र में सूर्य क्षितिज से नीचे है, पर उसकी किरणें वायुमंडल में मुड़कर प्रेक्षक तक पहुँचती हैं, और प्रेक्षक को सूर्य क्षितिज से ऊपर दिखता है। इसी परिघटना से सूर्योदय और सूर्यास्त के समय सूर्य की चक्रिका चपटी दिखती है।

प्रकाश का प्रकीर्णन और टिंडल प्रभाव

आकाश का नीला रंग, गहरे समुद्र के जल का रंग और सूर्योदय-सूर्यास्त के समय सूर्य का रक्ताभ दिखना, ये सब प्रकाश और आसपास के कणों के बीच की अन्योन्यक्रिया से होते हैं। कक्षा 9 में आपने पढ़ा था कि वास्तविक विलयन से गुज़रते प्रकाश किरण पुंज का मार्ग नहीं दिखता, पर कोलॉइडी विलयन में, जहाँ कण अपेक्षाकृत बड़े होते हैं, यह मार्ग दिख जाता है।

पृथ्वी का वायुमंडल सूक्ष्म कणों का विषमांगी मिश्रण है। इसमें धुआँ, पानी की सूक्ष्म बूँदें, धूल के निलंबित कण और वायु के अणु होते हैं। जब प्रकाश का किरण पुंज ऐसे महीन कणों से टकराता है, तो उसका मार्ग दिखाई देने लगता है, क्योंकि कणों से विसरित प्रकाश परावर्तित होकर हमारी आँखों तक पहुँचता है। कोलॉइडी कणों द्वारा प्रकाश के प्रकीर्णन की यह परिघटना टिंडल प्रभाव कहलाती है।

टिंडल प्रभाव कहाँ दिखता है:

• धुएँ से भरे कमरे में किसी छोटे छेद से आती प्रकाश की पतली किरण में।
• घने जंगल के वितान (canopy) से छनकर आती धूप में, जहाँ कुहासे की सूक्ष्म बूँदें प्रकाश का प्रकीर्णन करती हैं।
• खपरैल या छप्पर की दरार से कमरे में आती धूप की लकीर में, जिसमें धूल के कण चमकते दिखते हैं।

प्रकीर्णित प्रकाश का वर्ण कणों के साइज़ पर निर्भर करता है:

स्वच्छ आकाश नीला क्यों, और ख़तरे का सिग्नल लाल क्यों

वायुमंडल में वायु के अणुओं और दूसरे सूक्ष्म कणों का साइज़ दृश्य प्रकाश की तरंगदैर्घ्य से छोटा है। ऐसे कण अधिक तरंगदैर्घ्य वाले प्रकाश की अपेक्षा नीले सिरे के कम तरंगदैर्घ्य वाले प्रकाश को प्रकीर्ण करने में अधिक प्रभावी होते हैं। लाल प्रकाश की तरंगदैर्घ्य नीले प्रकाश की लगभग 1.8 गुनी है।

सूर्य का प्रकाश वायुमंडल से गुज़रता है, तो वायु के सूक्ष्म कण लाल की अपेक्षा नीले प्रकाश को अधिक प्रबलता से प्रकीर्ण करते हैं। यह बिखरा हुआ नीला प्रकाश चारों ओर से हमारी आँखों में आता है, और आकाश नीला दिखता है।

• वायुमंडल न होता तो: कोई प्रकीर्णन न होता और आकाश काला दिखता।
• बहुत ऊँचाई पर उड़ते यात्रियों और अंतरिक्षयात्रियों को आकाश काला दिखता है, क्योंकि उतनी ऊँचाई पर प्रकीर्णन सुस्पष्ट नहीं होता।

ख़तरे का सिग्नल लाल: रेल का सिग्नल हो या सड़क पर रुकने का संकेत, ख़तरे की बत्ती लाल रखी जाती है। लाल प्रकाश की तरंगदैर्घ्य सबसे अधिक है, इसलिए कुहरे या धुएँ से उसका प्रकीर्णन सबसे कम होता है। वह बिना ज़्यादा बिखरे दूर तक पहुँचता है और दूर से भी लाल ही दिखता है।

सूर्योदय और सूर्यास्त के समय सूर्य रक्ताभ क्यों

क्रियाकलाप: एक उत्तल लेंस $L_1$ के फोकस पर श्वेत प्रकाश का तीव्र स्रोत S रखिए, ताकि लेंस से समांतर किरण पुंज निकले। इसे साफ़ पानी से भरे काँच के पारदर्शी टैंक T से गुज़ारिए। फिर गत्ते के एक गोल छेद C से गुज़ारकर दूसरे उत्तल लेंस $L_2$ से छेद का साफ़ प्रतिबिंब परदे MN पर बनाइए।

अब टैंक के लगभग 2 L पानी में 200 g सोडियम थायोसल्फ़ेट (हाइपो) घोलिए और 1 से 2 mL सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल डालिए। सांद्र अम्ल शिक्षक की देखरेख में ही डालिए, यह त्वचा को जला देता है।

क्या दिखता है:

• लगभग 2-3 मिनट बाद सल्फ़र के सूक्ष्म कण बनने लगते हैं।
• टैंक के तीन पार्श्वों से नीला प्रकाश दिखता है। यह सल्फ़र के सूक्ष्म कोलॉइडी कणों द्वारा कम तरंगदैर्घ्य वाले प्रकाश के प्रकीर्णन से है।
• चौथे पार्श्व की ओर, जहाँ छेद और परदा है, पहले नारंगी-लाल और फिर चमकीला किरमिजी-लाल रंग दिखता है।

आकाश में यही होता है: क्षितिज के पास वाले सूर्य का प्रकाश हमारी आँखों तक आने से पहले वायुमंडल की मोटी परत से होकर लंबी दूरी तय करता है। रास्ते में नीले और कम तरंगदैर्घ्य वाले प्रकाश का अधिकांश भाग कणों द्वारा प्रकीर्ण होकर हट जाता है। आँखों तक अधिक तरंगदैर्घ्य वाला प्रकाश पहुँचता है, इसलिए सूर्य रक्ताभ दिखता है।

दोपहर में सूर्य सिर के ठीक ऊपर (ऊर्ध्वस्थ) होता है। उसका प्रकाश अपेक्षाकृत कम दूरी तय करता है और नीले-बैंगनी का बहुत थोड़ा भाग ही प्रकीर्ण होता है, इसलिए सूर्य श्वेत दिखता है।

मानव नेत्र का नामांकित चित्र

प्रश्न 1. मानव नेत्र का नामांकित चित्र बनाइए और इसके मुख्य भागों के कार्य लिखिए। (6 अंक)

उत्तर:

मानव नेत्र एक कैमरे की तरह है, जिसका लेंस-निकाय प्रकाश-सुग्राही परदे (रेटिना) पर प्रतिबिंब बनाता है।

चित्र में क्या बनाइए: एक बड़ा, लगभग गोल नेत्र गोलक। उसके अगले भाग पर थोड़ा बाहर उभरी पारदर्शी परत, उसके पीछे बीच में छेद वाला पर्दा, फिर दोनों ओर उभरा उत्तल लेंस, जिसे ऊपर और नीचे से पेशियाँ पकड़े हों। गोलक की भीतरी पिछली दीवार पर एक परत और पीछे से निकलती तंत्रिका।

नामांकन: कॉर्निया (स्वच्छ मंडल), परितारिका, पुतली, क्रिस्टलीय लेंस, पक्ष्माभी पेशियाँ, नेत्रोद, काचाभ द्रव, दृष्टिपटल, दृक् तंत्रिका।

चित्र के नामांकन: 1. कॉर्निया (स्वच्छ मंडल), 2. परितारिका, 3. पुतली, 4. क्रिस्टलीय लेंस (अभिनेत्र लेंस), 5. पक्ष्माभी पेशियाँ, 6. नेत्रोद, 7. काचाभ द्रव, 8. दृष्टिपटल (रेटिना), 9. दृक् तंत्रिका

मुख्य भागों के कार्य:

1. कॉर्निया: आगे की पारदर्शी झिल्ली। प्रकाश इसी से अंदर आता है और अधिकांश अपवर्तन इसके बाहरी पृष्ठ पर होता है।
2. परितारिका: गहरा पेशीय डायफ्राम, जो पुतली का साइज़ घटाता-बढ़ाता है।
3. पुतली: नेत्र में जाने वाले प्रकाश की मात्रा नियंत्रित करती है।
4. अभिनेत्र लेंस: उत्तल लेंस, जो रेटिना पर वस्तु का उलटा और वास्तविक प्रतिबिंब बनाता है और अपनी फोकस दूरी बदल सकता है।
5. पक्ष्माभी पेशियाँ: लेंस की वक्रता बदलकर उसकी फोकस दूरी बदलती हैं।
6. दृष्टिपटल (रेटिना): इसकी प्रकाश-सुग्राही कोशिकाएँ प्रकाश पड़ने पर विद्युत सिग्नल बनाती हैं।
7. दृक् तंत्रिका: इन सिग्नलों को मस्तिष्क तक ले जाती है, जहाँ उनकी व्याख्या होती है।

तेज़ धूप से अँधेरे कमरे में

प्रश्न 2. तेज़ धूप से किसी मंद प्रकाश वाले कमरे में जाने पर कुछ देर तक चीज़ें क्यों नहीं दिखतीं? (2 अंक)

उत्तर:

आँख की पुतली एक परिवर्ती द्वार की तरह काम करती है, जिसका साइज़ परितारिका बदलती है। तेज़ धूप में परितारिका सिकुड़कर पुतली को छोटा कर देती है, ताकि कम प्रकाश अंदर जाए। मंद प्रकाश वाले कमरे में पहुँचने पर छोटी पुतली से बहुत कम प्रकाश अंदर जाता है, इसलिए कुछ नहीं दिखता। कुछ समय में परितारिका शिथिल होकर पुतली को बड़ा कर देती है, अधिक प्रकाश अंदर आने लगता है और चीज़ें दिखने लगती हैं।

25 cm से पास की वस्तु

प्रश्न 3. सामान्य नेत्र 25 cm से निकट रखी वस्तुओं को सुस्पष्ट क्यों नहीं देख पाते? (2 अंक)

उत्तर:

पास की वस्तु देखने के लिए पक्ष्माभी पेशियाँ सिकुड़कर अभिनेत्र लेंस को मोटा करती हैं, जिससे उसकी फोकस दूरी घटती है। पर लेंस की फोकस दूरी एक निश्चित न्यूनतम सीमा से कम नहीं हो सकती। 25 cm से पास रखी वस्तु के लिए इससे भी छोटी फोकस दूरी चाहिए, जो लेंस नहीं बना पाता। इसलिए प्रतिबिंब रेटिना पर साफ़ नहीं बनता, वस्तु धुँधली दिखती है और आँखों पर तनाव पड़ता है।

वस्तु दूर हो, तो प्रतिबिंब-दूरी

प्रश्न 4. जब हम नेत्र से किसी वस्तु की दूरी को बढ़ा देते हैं, तो नेत्र में प्रतिबिंब-दूरी का क्या होता है? (2 अंक)

उत्तर:

प्रतिबिंब-दूरी नहीं बदलती। नेत्र में प्रतिबिंब हमेशा रेटिना पर बनता है, और अभिनेत्र लेंस से रेटिना की दूरी स्थिर है।

वस्तु दूर जाने पर पक्ष्माभी पेशियाँ शिथिल होती हैं, लेंस पतला होता है और उसकी फोकस दूरी बढ़ जाती है। फोकस दूरी के इस समायोजन (समंजन) से प्रतिबिंब फिर भी रेटिना पर ही बनता है।

पीछे की बेंच वाला विद्यार्थी

प्रश्न 5. अंतिम पंक्ति में बैठे किसी विद्यार्थी को श्यामपट्ट पढ़ने में कठिनाई होती है। यह विद्यार्थी किस दृष्टि दोष से पीड़ित है? इसे किस प्रकार संशोधित किया जा सकता है? (2 अंक)

उत्तर:

विद्यार्थी को दूर रखा श्यामपट्ट साफ़ नहीं दिखता, इसलिए वह निकट-दृष्टि दोष (मायोपिया) से पीड़ित है। उसका दूर-बिंदु अनंत पर न होकर पास आ गया है, और दूर की वस्तु का प्रतिबिंब रेटिना के सामने बनता है।

इसे उपयुक्त क्षमता के अवतल लेंस (अपसारी लेंस) वाले चश्मे से ठीक किया जाता है। यह लेंस प्रतिबिंब को वापस रेटिना पर ले आता है।

1.2 m से आगे धुँधला

प्रश्न 6. निकट-दृष्टि दोष का कोई व्यक्ति 1.2 m से अधिक दूरी पर रखी वस्तुओं को सुस्पष्ट नहीं देख सकता। इस दोष को दूर करने के लिए प्रयुक्त संशोधक लेंस किस प्रकार का होना चाहिए? उसकी क्षमता भी निकालिए। (2 अंक)

हल:

संशोधक लेंस अवतल लेंस होना चाहिए, जो अनंत पर रखी वस्तु का आभासी प्रतिबिंब व्यक्ति के दूर-बिंदु (1.2 m) पर बना दे।

$u=-\infty$, $v=-1.2$ m

$\frac{1}{f}=\frac{1}{v}-\frac{1}{u}=\frac{1}{-1.2}-0$

$f=-1.2$ m

$P=\frac{1}{f}=\frac{1}{-1.2}\approx-0.83$ D

उत्तर: अवतल लेंस, फोकस दूरी -1.2 m, क्षमता लगभग -0.83 D

दूर-बिंदु 80 cm

प्रश्न 7. किसी निकट-दृष्टि दोष से पीड़ित व्यक्ति का दूर-बिंदु नेत्र के सामने 80 cm दूरी पर है। इस दोष को संशोधित करने के लिए आवश्यक लेंस की प्रकृति तथा क्षमता क्या होगी? (2 अंक)

हल:

निकट-दृष्टि दोष के लिए अवतल लेंस चाहिए। यह अनंत पर रखी वस्तु का प्रतिबिंब 80 cm पर, यानी दूर-बिंदु पर बनाएगा।

$u=-\infty$, $v=-80$ cm

$\frac{1}{f}=\frac{1}{v}-\frac{1}{u}=-\frac{1}{80}$, इसलिए $f=-80$ cm $=-0.8$ m

$P=\frac{1}{f}=\frac{1}{-0.8}=-1.25$ D

उत्तर: अवतल लेंस, क्षमता -1.25 D

ऋण चिह्न बताता है कि लेंस अपसारी है। उत्तर में चिह्न छोड़ने पर अंक कट सकते हैं।

क्षमता से फोकस दूरी

प्रश्न 8. किसी व्यक्ति को अपनी दूर की दृष्टि को संशोधित करने के लिए -5.5 डाइऑप्टर क्षमता के लेंस की आवश्यकता है। अपनी निकट की दृष्टि को संशोधित करने के लिए उसे +1.5 डाइऑप्टर क्षमता के लेंस की आवश्यकता है। संशोधित करने के लिए आवश्यक लेंस की फोकस दूरी क्या होगी: (i) दूर की दृष्टि के लिए (ii) निकट की दृष्टि के लिए? (2 अंक)

हल:

सूत्र: $f=\frac{1}{P}$ ($f$ मीटर में)

(i) दूर की दृष्टि के लिए, $P=-5.5$ D

$f=\frac{1}{-5.5}\approx-0.182$ m $=-18.2$ cm

यह अवतल लेंस है।

(ii) निकट की दृष्टि के लिए, $P=+1.5$ D

$f=\frac{1}{1.5}\approx+0.667$ m $=+66.7$ cm

यह उत्तल लेंस है।

उत्तर: (i) लगभग -18.2 cm (अवतल) (ii) लगभग +66.7 cm (उत्तल)। ऐसे व्यक्ति के लिए द्विफोकसी लेंस बनेगा, जिसके ऊपरी भाग में अवतल और निचले भाग में उत्तल लेंस होगा।

दीर्घ-दृष्टि दोष का संशोधन: चित्र और गणना

प्रश्न 9. चित्र बनाकर दर्शाइए कि दीर्घ-दृष्टि दोष कैसे संशोधित किया जाता है। एक दीर्घ-दृष्टि दोषयुक्त नेत्र का निकट-बिंदु 1 m है। इस दोष को संशोधित करने के लिए आवश्यक लेंस की क्षमता क्या होगी? सामान्य नेत्र का निकट-बिंदु 25 cm मानिए। (6 अंक)

हल:

दोष: दीर्घ-दृष्टि दोष में व्यक्ति दूर की वस्तुएँ साफ़ देखता है, पर पास की नहीं। उसका निकट-बिंदु 25 cm से दूर हट जाता है, और पास की वस्तु से आती किरणें रेटिना के पीछे फोकस होती हैं। इसके कारण हैं अभिनेत्र लेंस की फोकस दूरी का अत्यधिक हो जाना या नेत्र गोलक का छोटा हो जाना।

चित्र में क्या बनाइए (तीन भाग):

1. (a) नेत्र और उसके सामने दो बिंदु: N (25 cm पर, सामान्य निकट-बिंदु) और N' (और दूर, दोषयुक्त निकट-बिंदु)। N' से दो किरणें नेत्र में जाकर ठीक रेटिना पर मिलती दिखाइए।
2. (b) N से दो किरणें नेत्र में जाकर रेटिना के पीछे मिलती दिखाइए (बिंदीदार रेखा से)।
3. (c) नेत्र के आगे उत्तल लेंस बनाइए। N से चली किरणें लेंस से मुड़कर ऐसे निकलें जैसे N' से आ रही हों (पीछे की ओर बिंदीदार रेखाएँ N' तक), और अब रेटिना पर मिलें।

नामांकन: N, N', उत्तल लेंस, रेटिना।

गणना: उत्तल लेंस को 25 cm पर रखी वस्तु का आभासी प्रतिबिंब 1 m (100 cm) पर बनाना है।

$u=-25$ cm, $v=-100$ cm

$\frac{1}{f}=\frac{1}{v}-\frac{1}{u}=-\frac{1}{100}+\frac{1}{25}=\frac{-1+4}{100}=\frac{3}{100}$

$f=\frac{100}{3}$ cm $\approx+33.3$ cm $=\frac{1}{3}$ m

$P=\frac{1}{f}=+3$ D

उत्तर: +3.0 D क्षमता का उत्तल (अभिसारी) लेंस।

निकट-दृष्टि दोष: कारण और संशोधन

प्रश्न 10. निकट-दृष्टि दोष क्या है? इसके दो कारण लिखिए और किरण आरेख की सहायता से इसका संशोधन समझाइए। (6 अंक)

उत्तर:

जिस दोष में व्यक्ति पास की वस्तुएँ साफ़ देख लेता है, पर दूर की वस्तुएँ साफ़ नहीं देख पाता, उसे निकट-दृष्टि दोष (Myopia) या निकटदृष्टिता कहते हैं। ऐसे व्यक्ति का दूर-बिंदु अनंत पर न होकर नेत्र के पास आ जाता है, और दूर रखी वस्तु का प्रतिबिंब रेटिना के सामने बनता है।

कारण:

1. अभिनेत्र लेंस की वक्रता का अत्यधिक होना।
2. नेत्र गोलक का लंबा हो जाना।

किरण आरेख में क्या बनाइए:

1. (a) दोषयुक्त नेत्र और उसके सामने दूर-बिंदु O। O से चली किरणें रेटिना पर मिलती हैं।
2. (b) अनंत से आती दो समांतर किरणें नेत्र में जाकर रेटिना से पहले एक बिंदु पर मिलती हैं।
3. (c) नेत्र के आगे अवतल लेंस। अनंत से आती समांतर किरणें लेंस से फैलकर निकलती हैं। पीछे की ओर बढ़ाने पर ये बिंदीदार रेखाएँ O पर मिलती हैं, और नेत्र इन्हें रेटिना पर फोकस कर देता है।

संशोधन: उपयुक्त क्षमता के अवतल लेंस (अपसारी लेंस) से यह दोष ठीक होता है। लेंस की फोकस दूरी, नेत्र से दूर-बिंदु की दूरी के बराबर ली जाती है, ताकि अनंत पर रखी वस्तु का आभासी प्रतिबिंब दूर-बिंदु पर बने। तब नेत्र उसे रेटिना पर देख लेता है। उदाहरण के लिए, दूर-बिंदु 2 m हो तो $f=-2$ m और $P=-0.5$ D।

जरा-दूरदृष्टिता और द्विफोकसी लेंस

प्रश्न 11. जरा-दूरदृष्टिता क्या है? इसे दूर करने के लिए द्विफोकसी लेंस का उपयोग कब किया जाता है? (2 अंक)

उत्तर:

उम्र बढ़ने पर नेत्र की समंजन क्षमता घट जाती है और निकट-बिंदु दूर हट जाता है। व्यक्ति चश्मे के बिना पास की चीज़ें आराम से नहीं पढ़ पाता। इस दोष को जरा-दूरदृष्टिता कहते हैं। यह पक्ष्माभी पेशियों के धीरे-धीरे दुर्बल होने और क्रिस्टलीय लेंस का लचीलापन घटने से होता है।

जब किसी व्यक्ति में निकट-दृष्टि और दूर-दृष्टि, दोनों दोष हों, तो द्विफोकसी लेंस लगता है। इसका ऊपरी भाग अवतल लेंस होता है, जो दूर देखने में, और निचला भाग उत्तल लेंस होता है, जो पास पढ़ने में मदद करता है।

प्रिज़्म से अपवर्तन और विचलन कोण

प्रश्न 12. काँच के त्रिभुज प्रिज़्म से प्रकाश के अपवर्तन को नामांकित चित्र की सहायता से समझाइए। विचलन कोण किसे कहते हैं? (6 अंक)

उत्तर:

काँच के त्रिभुज प्रिज़्म में दो त्रिभुजाकार आधार और तीन आयताकार पार्श्व-पृष्ठ होते हैं, जो एक-दूसरे पर झुके रहते हैं। दो पार्श्व फलकों के बीच के कोण को प्रिज़्म कोण (∠A) कहते हैं।

चित्र में क्या बनाइए: एक त्रिभुज ABC (ऊपर का शीर्ष A)। फलक AB पर बिंदु E पर तिरछी आती किरण PE, प्रिज़्म के अंदर E से F तक किरण EF, और फलक AC के बिंदु F से निकलती किरण FS। E और F पर बिंदीदार अभिलंब। PE को आगे और FS को पीछे बढ़ाइए, ताकि दोनों मिलें।

नामांकन: PE आपतित किरण, EF अपवर्तित किरण, FS निर्गत किरण, ∠i आपतन कोण, ∠r अपवर्तन कोण, ∠e निर्गत कोण, ∠A प्रिज़्म कोण, ∠D विचलन कोण।

व्याख्या:

1. पहले पृष्ठ AB पर किरण वायु से काँच (विरल से सघन) में जाती है, इसलिए अभिलंब की ओर मुड़ती है।
2. दूसरे पृष्ठ AC पर किरण काँच से वायु (सघन से विरल) में जाती है, इसलिए अभिलंब से दूर मुड़ती है।
3. काँच के स्लैब की तरह यहाँ निर्गत किरण आपतित किरण के समांतर नहीं रहती, क्योंकि दोनों अपवर्तक पृष्ठ एक-दूसरे पर झुके हैं।

विचलन कोण: प्रिज़्म की विशेष आकृति के कारण निर्गत किरण, आपतित किरण की दिशा से जो कोण बनाती है, उसे विचलन कोण (∠D) कहते हैं।

श्वेत प्रकाश का विक्षेपण

प्रश्न 13. प्रकाश का विक्षेपण क्या है? काँच के प्रिज़्म द्वारा श्वेत प्रकाश के विक्षेपण का वर्णन कीजिए। यह कैसे सिद्ध होता है कि श्वेत प्रकाश सात वर्णों से बना है? (6 अंक)

उत्तर:

श्वेत प्रकाश का उसके अवयवी वर्णों में विभाजन विक्षेपण कहलाता है।

प्रयोग: गत्ते की शीट में पतली झिरी बनाकर उस पर सूर्य का प्रकाश डालिए। झिरी से निकले पतले किरण पुंज को काँच के प्रिज़्म के एक फलक पर डालिए और प्रिज़्म को इतना घुमाइए कि निकलता प्रकाश परदे पर पड़े। परदे पर वर्णों की एक पट्टी दिखती है।

वर्णों का क्रम: बैंगनी, जामुनी, नीला, हरा, पीला, नारंगी, लाल (VIBGYOR)। वर्णों के इस बैंड को स्पेक्ट्रम कहते हैं।

चित्र में क्या बनाइए: त्रिभुजाकार प्रिज़्म, बाईं ओर से आता श्वेत प्रकाश-पुंज और दाईं ओर से निकलती रंगीन पट्टी, जिसमें सबसे ऊपर लाल (R) और सबसे नीचे बैंगनी (V) हो। नामांकन: श्वेत प्रकाश-पुंज, काँच का प्रिज़्म, श्वेत प्रकाश का स्पेक्ट्रम।

कारण: प्रिज़्म से गुज़रते समय अलग-अलग वर्ण, आपतित किरण के सापेक्ष अलग-अलग कोणों पर मुड़ते हैं। लाल सबसे कम और बैंगनी सबसे अधिक मुड़ता है। इसलिए सभी वर्ण अलग रास्तों से निकलकर अलग-अलग दिखते हैं।

सात वर्णों का प्रमाण (न्यूटन का प्रयोग): न्यूटन ने पहले प्रिज़्म से बने स्पेक्ट्रम के रास्ते में एक दूसरा सर्वसम प्रिज़्म उलटी स्थिति में रखा। सभी वर्ण दूसरे प्रिज़्म से गुज़रे और उससे फिर श्वेत प्रकाश निकला। पहला प्रिज़्म वर्णों को अलग करता है और उलटा प्रिज़्म उन्हें फिर से मिला देता है। इससे सिद्ध होता है कि सूर्य का श्वेत प्रकाश सात वर्णों से मिलकर बना है।

इंद्रधनुष कैसे बनता है

प्रश्न 14. इंद्रधनुष कैसे बनता है? यह किस दिशा में दिखता है? (3 अंक)

उत्तर:

इंद्रधनुष वर्षा के बाद आकाश में दिखने वाला प्राकृतिक स्पेक्ट्रम है। वायुमंडल में पानी की सूक्ष्म बूँदें छोटे प्रिज़्मों की तरह काम करती हैं:

1. बूँद में घुसते समय सूर्य का प्रकाश अपवर्तित और विक्षेपित होता है।
2. बूँद के भीतर उसका आंतरिक परावर्तन होता है।
3. बूँद से निकलते समय प्रकाश फिर अपवर्तित होता है।

विक्षेपण और आंतरिक परावर्तन के कारण अलग-अलग वर्ण देखने वाले की आँखों तक पहुँचते हैं और रंगीन धनुष दिखता है।

इंद्रधनुष हमेशा सूर्य के विपरीत दिशा में बनता है। इसलिए उसे देखने के लिए सूर्य पीठ की ओर होना चाहिए।

तारे क्यों टिमटिमाते हैं

प्रश्न 15. तारे क्यों टिमटिमाते हैं? (2 अंक)

उत्तर:

तारे का प्रकाश पृथ्वी के वायुमंडल में घुसने के बाद सतह तक पहुँचने तक लगातार अपवर्तित होता रहता है। इसे वायुमंडलीय अपवर्तन कहते हैं। वायुमंडल की भौतिक अवस्थाएँ (ताप, घनत्व) स्थिर नहीं रहतीं, इसलिए तारे की आभासी स्थिति थोड़ी-थोड़ी बदलती रहती है।

तारे बहुत दूर हैं, इसलिए वे लगभग बिंदु-स्रोत हैं। उनके प्रकाश का पथ थोड़ा बदलते ही आँख में आने वाले प्रकाश की मात्रा घटती-बढ़ती है। तारा कभी चमकीला और कभी धुँधला दिखता है, यही टिमटिमाना है।

सूर्य 2 मिनट पहले क्यों दिखता है

प्रश्न 16. अग्रिम सूर्योदय और विलंबित सूर्यास्त से क्या समझते हैं? इसका कारण लिखिए। (2 अंक)

उत्तर:

सूर्य हमें वास्तविक सूर्योदय से लगभग 2 मिनट पहले दिखने लगता है और वास्तविक सूर्यास्त के लगभग 2 मिनट बाद तक दिखता रहता है। इसे अग्रिम सूर्योदय और विलंबित सूर्यास्त कहते हैं।

इसका कारण वायुमंडलीय अपवर्तन है। जब सूर्य अभी क्षितिज से थोड़ा नीचे होता है, तब भी उसकी किरणें वायुमंडल की परतों में मुड़कर हम तक पहुँच जाती हैं, और सूर्य क्षितिज से ऊपर दिखता है। इसी कारण सूर्योदय और सूर्यास्त के समय सूर्य की चक्रिका चपटी दिखती है।

अंतरिक्षयात्री को काला आकाश

प्रश्न 17. किसी अंतरिक्षयात्री को आकाश नीले की अपेक्षा काला क्यों प्रतीत होता है? (2 अंक)

उत्तर:

पृथ्वी से आकाश नीला इसलिए दिखता है कि वायुमंडल के सूक्ष्म कण सूर्य के प्रकाश में से कम तरंगदैर्घ्य वाले नीले प्रकाश को अधिक प्रकीर्ण करते हैं, और यह बिखरा प्रकाश चारों ओर से हमारी आँखों में आता है।

अंतरिक्षयात्री जितनी ऊँचाई पर होता है, वहाँ वायुमंडल लगभग नहीं होता। प्रकाश को बिखेरने वाले कण ही न होने से प्रकीर्णन नहीं होता, और आँख तक कोई बिखरा प्रकाश नहीं पहुँचता। इसलिए उसे आकाश काला दिखता है।

क्विज़ से पहले

इस अध्याय में अंक तीन जगह से आते हैं: नेत्र के भागों और दोषों की पहचान, लेंस की क्षमता वाली छोटी गणना, और आकाश की परिघटनाओं के कारण। गणना वाले प्रश्न में हर बार चिह्न देखिए: अवतल लेंस की क्षमता ऋणात्मक और उत्तल की धनात्मक होती है, और $P$ निकालने से पहले $f$ को मीटर में बदलना होता है।

"क्यों" वाले प्रश्न में एक ही ढाँचा काम करता है: पहले परिघटना का नाम (अपवर्तन, विक्षेपण या प्रकीर्णन), फिर कारण, फिर एक पंक्ति का नतीजा। जैसे तारों का टिमटिमाना वायुमंडलीय अपवर्तन है, इंद्रधनुष विक्षेपण और आंतरिक परावर्तन है, और नीला आकाश प्रकीर्णन है। इन तीनों को आपस में मिलाना सबसे आम गलती है।

किरण आरेख एक-दो बार कॉपी में बनाकर देखिए, खासकर दोनों दृष्टि दोषों के तीन-तीन भाग वाले चित्र।