సైన్స్ & టెక్నాలజీ (Science & Technology) / భౌతిక శాస్త్రం (Physics)

కాంతి (Light)

కాంతి ధర్మాలు, పరావర్తనం, వక్రీభవనం, దర్పణాలు, కటకాలు, కంటి లోపాలు, కాంతి వ్యతికరణ, వర్ణ విక్షేపణ, ఇంద్రధనస్సు – సులభమైన తెలుగు నోట్స్.

6 notes 60 questions

Notes in this chapter

  1. 1కాంతి స్వభావం & వేగం (Nature and Speed of Light)Read notePractice 9
  2. 2కాంతి పరావర్తనం & దర్పణాలు (Reflection and Mirrors)Read notePractice 9
  3. 3కాంతి వక్రీభవనం & పూర్ణాంతర పరావర్తనం (Refraction and TIR)Read notePractice 11
  4. 4కటకాలు & వాటి ఉపయోగాలు (Lenses and Uses)Read notePractice 10
  5. 5మానవ నేత్రం & దృష్టి లోపాలు (Human Eye and Defects)Read notePractice 11
  6. 6వర్ణ విక్షేపణం, ఇంద్రధనస్సు & కాంతి పరిక్షేపణం (Dispersion, Rainbow, Scattering)Read notePractice 10
By ExamBadi

1. కాంతి స్వభావం & వేగం (Nature and Speed of Light)

కాంతి (Light) అనేది మనకు వస్తువులు కనిపించేలా చేసే శక్తి రూపం. ఇది ఒక విద్యుదయస్కాంత తరంగం (Electromagnetic wave). కాంతి ప్రసరణకు మాధ్యమం అవసరం లేదు, శూన్యంలో కూడా ప్రయాణిస్తుంది.

ముఖ్య విషయాలు

  • కాంతి వేగం: శూన్యంలో ≈ 3 × 10⁸ m/s (కచ్చితంగా 299,792,458 m/s). ఇదే విశ్వంలో అత్యధిక వేగం.
  • కాంతి వేగం తగ్గడం: గాలి కంటే నీటిలో, గాజులో తక్కువ.
  • ఖగోళ దూరాలు:
    1. సూర్యుని నుండి భూమికి కాంతి రావడానికి సుమారు 8 నిమిషాల 20 సెకన్లు (≈ 500 సెకన్లు)
    2. చంద్రుని నుండి భూమికి సుమారు 1.3 సెకన్లు
  • కాంతి ధర్మాలు: సరళరేఖా ప్రసారం, పరావర్తనం, వక్రీభవనం, వ్యతికరణం, వివర్తనం, ధ్రువణం.
  • కాంతి ద్వంద్వ స్వభావం: కాంతి తరంగంగా, కణంగా (ఫొటాన్) రెండూ ప్రవర్తిస్తుంది. ఇది ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రం ఫలితం.
  • పారదర్శక, అపారదర్శక పదార్థాలు:
    1. పారదర్శకం: కాంతిని పూర్తిగా అనుమతిస్తుంది (గాజు, గాలి)
    2. పాక్షిక పారదర్శకం: కొంత కాంతి (పలుచని కాగితం)
    3. అపారదర్శకం: కాంతిని అనుమతించదు (చెక్క, లోహం)
  • నీడ: అపారదర్శక వస్తువు వల్ల కాంతి సరళరేఖలో ప్రయాణిస్తుందనడానికి నీడ ఋజువు. సూర్య, చంద్ర గ్రహణాలు కూడా ఇలాగే ఏర్పడతాయి.

సులభమైన ఉదాహరణ

ఉరుము శబ్దం కంటే ముందు మెరుపు కనిపిస్తుంది. ఎందుకంటే కాంతి వేగం (3 × 10⁸ m/s) ధ్వని వేగం (సుమారు 340 m/s) కంటే చాలా ఎక్కువ.

2. కాంతి పరావర్తనం & దర్పణాలు (Reflection and Mirrors)

కాంతి ఒక తలాన్ని తాకి వెనక్కి తిరిగి రావడాన్ని పరావర్తనం (Reflection) అంటారు. అద్దంలో మన ప్రతిబింబం కనిపించడానికి ఇదే కారణం.

ముఖ్య విషయాలు

  • పరావర్తన నియమాలు:
    1. పతన కోణం = పరావర్తన కోణం
    2. పతన కిరణం, పరావర్తన కిరణం, పతన బిందువు వద్ద లంబం – ఇవి ఒకే తలంలో ఉంటాయి
  • సమతల దర్పణం (Plane mirror):
    1. ప్రతిబింబం మిథ్యా (virtual), నిటారుగా, వస్తువు పరిమాణంతో సమానం
    2. దర్పణం వెనక అంతే దూరంలో ఏర్పడుతుంది
    3. పార్శ్వ విలోమం ఉంటుంది. (అంబులెన్స్ అనే పదం వెనక నుండి చూసేవారికి సరిగ్గా కనిపించడానికి అద్దం ప్రతిబింబంలా రాస్తారు.)
  • గోళాకార దర్పణాలు:
    1. పుటాకార దర్పణం (Concave): కాంతిని కేంద్రీకరిస్తుంది (అభిసారి)
    2. కుంభాకార దర్పణం (Convex): కాంతిని విస్తరింపజేస్తుంది (అపసారి)
  • ఉపయోగాలు:
    1. పుటాకార: షేవింగ్ అద్దం, డాక్టర్ల హెడ్ మిర్రర్, టార్చ్/వాహనాల హెడ్‌లైట్ రిఫ్లెక్టర్, సోలార్ కుక్కర్లు
    2. కుంభాకార: వాహనాల రియర్ వ్యూ అద్దం (విశాల దృశ్య పరిధి, ప్రతిబింబం ఎప్పుడూ నిటారుగా, చిన్నదిగా)
  • దర్పణ సూత్రం:
    1. 1/v + 1/u = 1/f
    2. ఇక్కడ f = R/2 (R వక్రతా వ్యాసార్ధం).
  • వ్యాప్త, నియమిత పరావర్తనం: గరుకు తలంపై వ్యాపిత పరావర్తనం, నునుపు తలంపై నియమిత పరావర్తనం.

సులభమైన ఉదాహరణ

మీరు అద్దంలో కుడిచేతితో చేయి ఎత్తితే ప్రతిబింబం ఎడమ చేయి ఎత్తినట్లు కనిపిస్తుంది. దీనిని పార్శ్వ విలోమం అంటారు.

3. కాంతి వక్రీభవనం & పూర్ణాంతర పరావర్తనం (Refraction and TIR)

కాంతి ఒక యానకం నుండి మరో యానకంలోకి వెళ్లేటప్పుడు తన దిశను మార్చుకోవడాన్ని వక్రీభవనం (Refraction) అంటారు. కారణం ఆ రెండు యానకాల్లో కాంతి వేగం వేర్వేరు కావడం.

ముఖ్య విషయాలు

  • వక్రీభవన నియమాలు: స్నెల్ నియమం: n = sin i / sin r. పతన కిరణం, వక్రీభవన కిరణం, లంబం ఒకే తలంలో ఉంటాయి.
  • వక్రీభవన గుణకం (Refractive index):
    1. n = శూన్యంలో కాంతి వేగం / యానకంలో కాంతి వేగం. వజ్రానికి అత్యధికం (≈ 2.42)
    2. నీరు ≈ 1.33
    3. గాజు ≈ 1.5.
  • కాంతి ఎటు వంగుతుంది?:
    1. విరళ యానకం నుండి సాంద్ర యానకంలోకి వెళ్తే లంబం వైపు వంగుతుంది
    2. సాంద్ర యానకం నుండి విరళంలోకి వెళ్తే లంబం నుండి దూరంగా వంగుతుంది
  • రోజువారీ ఉదాహరణలు:
    1. నీటిలో ఉన్న పెన్సిల్ వంగినట్లు కనిపించడం
    2. నీటి కొలను లోతు తక్కువగా కనిపించడం
    3. నక్షత్రాలు మిణుకుమిణుకుమనడం (వాతావరణ వక్రీభవనం)
    4. సూర్యోదయం ముందే, సూర్యాస్తమయం తర్వాత కూడా కొద్దిసేపు సూర్యుడు కనిపించడం
  • పూర్ణాంతర పరావర్తనం (Total Internal Reflection): సాంద్ర యానకం నుండి విరళ యానకంలోకి వెళ్లేటప్పుడు పతన కోణం సందిగ్ధ కోణం (critical angle) కంటే ఎక్కువైతే కాంతి పూర్తిగా లోపలికే పరావర్తనం చెందుతుంది.
  • ఉదాహరణలు: వజ్రం తళతళ మెరవడం, ఆప్టికల్ ఫైబర్లు, ఎండమావి (mirage), పెరిస్కోప్/బైనాక్యులర్లలో ప్రిజమ్
  • ఆప్టికల్ ఫైబర్లను ఇంటర్నెట్, టెలిఫోన్ లైన్లు, వైద్యంలో ఎండోస్కోపీకి వాడతారు

సులభమైన ఉదాహరణ

వేసవిలో రోడ్డుపై దూరంగా నీరు ఉన్నట్లు కనిపించడమే ఎండమావి. వేడిగాలి పొరల్లో కాంతి పూర్ణాంతర పరావర్తనం చెందడం వల్ల ఇది జరుగుతుంది.

4. కటకాలు & వాటి ఉపయోగాలు (Lenses and Uses)

కటకం (Lens) అనేది వక్రీభవనం ద్వారా కాంతిని కేంద్రీకరించే లేదా విస్తరించే పారదర్శక గాజు/ప్లాస్టిక్ ముక్క. కటకాలు కళ్లద్దాలు, కెమెరాలు, సూక్ష్మదర్శినులు వంటి వాటి ప్రాథమిక భాగం.

ముఖ్య విషయాలు

  • రకాలు:
    1. కుంభాకార కటకం (Convex lens): మధ్యలో మందంగా; కాంతిని అభిసరణ చేస్తుంది
    2. పుటాకార కటకం (Concave lens): మధ్యలో పలుచగా; కాంతిని అపసరణ చేస్తుంది
  • కటక సూత్రం: 1/v – 1/u = 1/f.
  • సామర్థ్యం (Power of lens): P = 1/f (f మీటర్లలో). ప్రమాణం డయాప్టర్ (D).
  • కుంభాకార కటక సామర్థ్యం ధనాత్మకం, పుటాకార కటకానిది ఋణాత్మకం
  • ఉపయోగాలు:
    1. కుంభాకార: భూతద్దం, కెమెరా, ప్రొజెక్టర్, సూక్ష్మదర్శిని, దూరదృష్టి లోప నివారణ కళ్లద్దాలు
    2. పుటాకార: హ్రస్వదృష్టి లోప నివారణ కళ్లద్దాలు, పీప్‌హోల్ (door viewer)
  • సూక్ష్మదర్శిని (Microscope):
    1. చిన్న వస్తువులను పెద్దవిగా చూపడానికి
    2. ఆంటోనీ వాన్ లీవెన్‌హుక్ దీని ఆవిష్కర్తగా పేరుపొందాడు.
  • టెలిస్కోప్:
    1. దూర వస్తువులను చూడటానికి
    2. గెలీలియో ఖగోళ పరిశీలనకు వాడాడు. ఆంగ్ల భాషలో 'రిఫ్లెక్టింగ్ టెలిస్కోప్'ను న్యూటన్ తయారుచేశాడు.
  • కెమెరా: కుంభాకార కటకం ఫిల్మ్/సెన్సర్‌పై నిజ, తలకిందుల ప్రతిబింబాన్ని ఏర్పరుస్తుంది.
  • భూతద్దం: వస్తువును కటకం ఫోకస్ దూరం లోపల ఉంచితే మిథ్యా, నిటారు, పెద్ద ప్రతిబింబం కనిపిస్తుంది.

సులభమైన ఉదాహరణ

ఎండలో భూతద్దంతో కాగితం మీద కాంతిని కేంద్రీకరిస్తే అక్కడ ఉష్ణం ఎక్కువై కాగితం కాలుతుంది.

5. మానవ నేత్రం & దృష్టి లోపాలు (Human Eye and Defects)

మానవ నేత్రం ఒక కెమెరా లాంటిది. బయటి నుండి కాంతి కటకం ద్వారా లోపలికి వెళ్లి, వెనక ఉన్న రెటీనాపై ప్రతిబింబాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఈ సమాచారం దృష్టి నాడి ద్వారా మెదడుకు చేరుతుంది.

ముఖ్య విషయాలు

  • నేత్ర భాగాలు:
    1. కార్నియా (Cornea): బయటి పారదర్శక పొర; కాంతి ఎక్కువగా ఇక్కడే వక్రీభవనం చెందుతుంది
    2. కనుపాప (Iris): కంటికి రంగు ఇస్తుంది; పాపను చిన్నదిగా/పెద్దదిగా చేస్తుంది
    3. పాప (Pupil): కాంతి లోపలికి వెళ్లే రంధ్రం
    4. కటకం (Lens): కుంభాకార; సిలియరీ కండరాలు దాని ఆకారాన్ని మారుస్తాయి (సర్దుబాటు, accommodation)
    5. రెటీనా (Retina): ప్రతిబింబం ఏర్పడే తెర; రెండు రకాల కణాలు: శలాక (Rods) – మసక కాంతిలో చూడటానికి; శంకువులు (Cones) – రంగులు చూడటానికి
  • స్పష్ట దృష్టి కనీస దూరం: సుమారు 25 సెం.మీ.
  • దృష్టి లోపాలు:
    1. హ్రస్వదృష్టి (Myopia): దగ్గరి వస్తువులు కనిపిస్తాయి, దూరం కనిపించవు; పుటాకార కటకంతో సరిచేస్తారు
    2. దూరదృష్టి (Hypermetropia): దూరం కనిపిస్తుంది, దగ్గర కనిపించదు; కుంభాకార కటకంతో సరిచేస్తారు
    3. ప్రెస్బయోపియా: వృద్ధాప్యంలో సర్దుబాటు శక్తి తగ్గడం; ద్విగుణ (bifocal) కటకాలు
    4. అసమదృష్టి (Astigmatism): స్థూపాకార కటకంతో సరిచేస్తారు
    5. వర్ణాంధత్వం (Colour blindness): శంకువుల లోపం; ఎక్కువగా పురుషుల్లో; జాన్ డాల్టన్ దీనిని వివరించాడు
  • రాత్రి అంధత్వం: విటమిన్ A లోపం వల్ల.
  • కంటి దానం:
    1. మరణానంతరం కార్నియాను దానం చేయవచ్చు
    2. కార్నియా మార్పిడి ద్వారా చూపు తిరిగి వస్తుంది.

సులభమైన ఉదాహరణ

సినిమా థియేటర్‌లో చీకటిలోకి వెళ్లగానే మొదట ఏమీ కనిపించదు. కొంతసేపటికి కనుపాప పెద్దదై, శలాకలు పనిచేయడం మొదలుపెట్టడంతో మెల్లగా కనిపిస్తుంది.

6. వర్ణ విక్షేపణం, ఇంద్రధనస్సు & కాంతి పరిక్షేపణం (Dispersion, Rainbow, Scattering)

తెల్లటి కాంతి నిజానికి ఏడు రంగుల మిశ్రమం. ప్రిజం గుండా వెళ్లినప్పుడు అది వేర్వేరు రంగులుగా విడిపోతుంది. ఆకాశం నీలంగా, సూర్యాస్తమయం ఎర్రగా కనిపించడానికి కారణాలు ఈ భావనల్లోనే ఉన్నాయి.

ముఖ్య విషయాలు

  • వర్ణ విక్షేపణం (Dispersion): తెల్లని కాంతి రంగులుగా విడిపోవడం. 1666లో న్యూటన్ ప్రిజంతో ప్రయోగం చేసి చూపించాడు.
  • ఏడు రంగులు (VIBGYOR): వైలెట్, ఇండిగో, బ్లూ, గ్రీన్, ఎల్లో, ఆరెంజ్, రెడ్.
  • ఎరుపు రంగు తరంగదైర్ఘ్యం అత్యధికం, వంగుట అత్యల్పం
  • వైలెట్ తరంగదైర్ఘ్యం అత్యల్పం, వంగుట అత్యధికం
  • ఇంద్రధనస్సు (Rainbow): వర్షం తర్వాత గాలిలోని నీటి బిందువుల్లో కాంతి వక్రీభవనం, అంతర పరావర్తనం, వర్ణ విక్షేపణం జరగడం వల్ల ఏర్పడుతుంది. సూర్యుడు వీక్షకుడి వెనుక ఉండాలి.
  • కాంతి పరిక్షేపణం (Scattering): కణాల వల్ల కాంతి అన్ని దిశల్లో చెల్లాచెదురవడం.
  • రేలీ పరిక్షేపణం: తరంగదైర్ఘ్యం తక్కువైన రంగులు ఎక్కువగా చెదురుతాయి
  • ఆకాశం నీలంగా కనిపించడానికి కారణం: నీలి కాంతి ఎక్కువ చెదురుతుంది
  • సూర్యోదయ, సూర్యాస్తమయ సమయాల్లో కాంతి వాతావరణంలో ఎక్కువ దూరం ప్రయాణించి నీలి కాంతి చెదిరిపోతుంది
  • మిగిలే ఎరుపు కాంతి వల్ల ఎర్రగా కనిపిస్తుంది
  • ప్రమాద సూచికలు (danger signals) ఎరుపు రంగులో ఉంటాయి, ఎందుకంటే ఎరుపు కాంతి తక్కువగా చెదురుతుంది కాబట్టి దూరం నుండి కనిపిస్తుంది
  • అంతరిక్షంలో వాతావరణం లేనందున ఆకాశం నల్లగా కనిపిస్తుంది
  • ప్రాథమిక రంగులు:
    1. కాంతికి: ఎరుపు, ఆకుపచ్చ, నీలం (RGB)
    2. వర్ణద్రవ్యాలకు: ఎరుపు, పసుపు, నీలం (సంప్రదాయ)

సులభమైన ఉదాహరణ

ఇంట్లో గాజు గ్లాసులోని నీటిపై సూర్యకాంతి పడి గోడపై రంగుల చారలు కనిపించడం వర్ణ విక్షేపణమే.