TET DSC Science Paper 2 Light కాంతి Short Notes and Practice Test

1. కాంతి ప్రాథమిక అంశాలు – దృష్టి మరియు నీడలు

* మనం వస్తువులను ఎలా చూడగలం: కాంతి జనకాల ఆధారంగా వస్తువులు రెండు రకాలు:

* స్వయం ప్రకాశకాలు (Luminous objects): స్వయంగా కాంతిని విడుదల చేసేవి (ఉదా: సూర్యుడు, వెలుగుతున్న దీపం, నక్షత్రాలు).

* అస్వయం ప్రకాశకాలు (Non-luminous objects): కాంతిని స్వయంగా విడుదల చేయలేవు (ఉదా: చంద్రుడు, పుస్తకం, బల్ల). కాంతి వీటిపై పడి పరావర్తనం చెంది మన కంటి రెటీనాను చేరినప్పుడు మాత్రమే ఇవి కనిపిస్తాయి.

* నీడలు (Shadows): కాంతి సరళరేఖా మార్గంలో (రుజుమార్గం) ప్రయాణిస్తుంది. కాంతి మార్గంలో ఏదైనా అపారదర్శక వస్తువును ఉంచినప్పుడు దాని వెనుక చీకటి ప్రాంతం ఏర్పడుతుంది, దీనినే నీడ అంటారు.

* నీడ ఏర్పడటానికి కావలసినవి: కాంతి జనకం, అపారదర్శక వస్తువు, తెర.

* భాగాలు: పూర్తి చీకటి ప్రాంతాన్ని ప్రచ్ఛాయ (Umbra) అని, పాక్షిక చీకటి ప్రాంతాన్ని ఉపచ్ఛాయ (Penumbre) అని అంటారు.

2. కాంతి పరావర్తనం మరియు సమతల దర్పణాలు

కాంతి కిరణాలు ఏదైనా ఉపరితలాన్ని తాకి తిరిగి అదే యానకంలోకి వెనుకకు మళ్ళే దృగ్విషయాన్ని కాంతి పరావర్తనం (Reflection of Light) అంటారు.

పరావర్తన నియమాలు (Laws of Reflection)

* పతన కోణం (i) ఎల్లప్పుడూ పరావర్తన కోణం (r)కు సమానం:

* పతన కిరణం, పరావర్తన కిరణం మరియు పతన బిందువు వద్ద గీసిన లంబం మూడూ ఒకే తలంలో ఉంటాయి.

సమతల దర్పణం – ప్రతిబింబ లక్షణాలు

* ఏర్పడే ప్రతిబింబం ఎల్లప్పుడూ నిటారైన మిథ్యా ప్రతిబింబం.

* ప్రతిబింబ పరిమాణం వస్తు పరిమాణానికి సమానం (h_i = h_o).

* వస్తు దూరం (u) = ప్రతిబింబ దూరం (v).

* పార్శ్వ విలోమం (Lateral Inversion): వస్తువు యొక్క కుడి భాగం ఎడమగా, ఎడమ భాగం కుడిగా కనిపిస్తుంది.

నిజ ప్రతిబింబం vs మిథ్యా ప్రతిబింబం

| లక్షణం | నిజ ప్రతిబింబం (Real Image) | మిథ్యా ప్రతిబింబం (Virtual Image) |

|---|---|---|

| తెరపై పట్టడం | తెరపై పట్టవచ్చు | తెరపై పట్టలేము |

| కిరణాల కలయిక | పరావర్తన/వక్రీభవన కిరణాలు నిజంగా కేంద్రీకృతమవుతాయి | కిరణాలు వెనుకకు పొడిగించినప్పుడు కలుస్తున్నట్లు కనిపిస్తాయి |

| స్థితి | ఎల్లప్పుడూ తలక్రిందులుగా ఉంటుంది | ఎల్లప్పుడూ నిటారుగా ఉంటుంది |

3. ఆప్టికల్ పరికరాలు మరియు ఫెర్మాట్ సూత్రం

* పిన్‌హోల్ కెమెరా (Pinhole Camera): ఇది కాంతి రుజుమార్గ ప్రయాణం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. ఇందులో లెన్స్ ఉండదు; చిన్న రంధ్రం ద్వారా తెరపై తలక్రిందులైన నిజ ప్రతిబింబం ఏర్పడుతుంది.

* పెరిస్కోప్ (Periscope): 45^\circ కోణంలో సమాంతరంగా అమర్చిన రెండు సమతల దర్పణాల ద్వారా పనిచేస్తుంది. సబ్‌మెరైన్లలో పై ఉపరితలాన్ని చూడటానికి ఉపయోగిస్తారు.

* కెలిడోస్కోప్ (Kaleidoscope): ఒకదానితో ఒకటి 60^\circ కోణంలో అమర్చబడిన మూడు సమతల దర్పణాల మధ్య బహుళ పరావర్తనాల (Multiple Reflections) వల్ల సుందరమైన నమూనాలు ఏర్పడతాయి.

* ఫెర్మాట్ సూత్రం (Fermat's Principle): కాంతి ఒక బిందువు నుండి మరొక బిందువుకు ప్రయాణించేటప్పుడు అతి తక్కువ కాలం పట్టే మార్గాన్ని ఎంచుకుంటుంది (Principle of least time).

4. గోళాకార దర్పణాలు (Spherical Mirrors)

గోళాకార తలం నుండి కత్తిరించిన భాగాలను గోళాకార దర్పణాలు అంటారు.

* ముఖ్య పదాలు:

* ధ్రువం (P): దర్పణ జ్యామితీయ కేంద్రం.

* వక్రతా కేంద్రం (C): దర్పణం ఏ గోళంలోని భాగమో ఆ గోళ కేంద్రం.

* ప్రధాన నాభి (F): ప్రధానాక్షానికి సమాంతరంగా వచ్చే కిరణాలు పరావర్తనం చెందాక కేంద్రీకరించబడే (లేదా వికేంద్రీకరించబడినట్లు కనిపించే) బిందువు.

* నాభ్యాంతరం (f): ధ్రువానికి, నాభికి మధ్య దూరం (f = \frac{R}{2}, ఇక్కడ R వక్రతా వ్యాసార్థం).

* దర్పణ సూత్రం:

* ఆవర్ధనం (m):

దర్పణాల రకాలు మరియు అనువర్తనాలు

* పుటాకార దర్పణం (Concave Mirror - కేంద్రీకరణ దర్పణం):

* వస్తువు స్థానాన్ని బట్టి నిజ, మిథ్యా ప్రతిబింబాలను ఏర్పరుస్తుంది. వస్తువును P, F ల మధ్య ఉంచినప్పుడు మాత్రమే పెద్దదైన మిథ్యా ప్రతిబింబం ఏర్పడుతుంది.

* అనువర్తనాలు: దంత వైద్యుల దర్పణాలు, షేవింగ్ మిర్రర్లు, వాహనాల హెడ్‌లైట్లు, సౌర కుక్కర్లు.

* కుంభాకార దర్పణం (Convex Mirror - వికేంద్రీకరణ దర్పణం):

* వస్తువు ఎక్కడ ఉన్నా ఎల్లప్పుడూ చిన్నదైన, నిటారైన మిథ్యా ప్రతిబింబాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. దృశ్య క్షేత్రం (Field of view) ఎక్కువ.

* అనువర్తనాలు: వాహనాల రియర్ వ్యూ మిర్రర్లు (రహదారి భద్రతా దర్పణాలు), ATM ల వద్ద భద్రతా అద్దాలు.

5. కాంతి వక్రీభవనం – నియమాలు మరియు సూత్రాలు

కాంతి ఒక పారదర్శక యానకం నుండి మరొక పారదర్శక యానకంలోకి ప్రయాణించేటప్పుడు యానకాల సరిహద్దు వద్ద తన వేగం మారడం వల్ల ప్రయాణ దిశను మార్చుకోవడాన్ని కాంతి వక్రీభవనం (Refraction of Light) అంటారు.

* విరళ యానకం నుండి సాంద్రతర యానకంలోకి: కాంతి వేగం తగ్గుతుంది, కిరణం లంబం వైపు వంగుతుంది (i > r).

* సాంద్రతర యానకం నుండి విరళ యానకంలోకి: కాంతి వేగం పెరుగుతుంది, కిరణం లంబం నుండి దూరంగా జరుగుతుంది (i < r).

వక్రీభవన నియమాలు & స్నెల్ నియమం

* పతన కిరణం, వక్రీభవన కిరణం మరియు విభజన తలానికి పతన బిందువు వద్ద గీసిన లంబం ఒకే తలంలో ఉంటాయి.

* స్నెల్ నియమం (Snell's Law): పతన కోణ సైన్ విలువకు, వక్రీభవన కోణ సైన్ విలువకు గల నిష్పత్తి స్థిరాంకం.

* వక్రీభవన గుణకం (n): శూన్యంలో కాంతి వేగం (c) మరియు యానకంలో కాంతి వేగం (v) ల నిష్పత్తి:

* సాపేక్ష వక్రీభవన గుణకం (n_{21}):

6. సంపూర్ణ అంతర్గత పరావర్తనం (TIR)

కాంతి సాంద్రతర యానకం నుండి విరళ యానకంలోకి ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు, పతన కోణం విలువ సందిగ్ధ కోణం కంటే ఎక్కువైనప్పుడు కాంతి రెండవ యానకంలోకి వక్రీభవనం చెందకుండా తిరిగి మొదటి యానకంలోకే పూర్తిగా పరావర్తనం చెందుతుంది. దీనిని సంపూర్ణ అంతర్గత పరావర్తనం అంటారు.

* సందిగ్ధ కోణం (C): వక్రీభవన కోణం 90^\circ అయ్యే పతన కోణాన్ని సందిగ్ధ కోణం అంటారు.

* TIR జరగడానికి నిబంధనలు:

* కాంతి సాంద్రతర యానకం నుండి విరళ యానకంలోకి ప్రయాణించాలి.

* పతన కోణం సందిగ్ధ కోణం కంటే ఎక్కువగా ఉండాలి (i > C).

* అనువర్తనాలు:

* ఎండమావులు (Mirages) ఏర్పడటం.

* వజ్రం విపరీతంగా మెరవడం (C \approx 24.4^\circ).

* ఆప్టికల్ ఫైబర్స్ (Optical Fibers) ద్వారా సమాచార ప్రసారం, ఎండోస్కోపీ.

7. గాజు పలక, పట్టకం మరియు కటకాల ద్వారా వక్రీభవనం

* గాజు పలక (Glass Slab): పతన కిరణం, బహిర్గత కిరణాలు సమాంతరంగా ఉంటాయి. కాంతి మార్గంలో జరిగిన పక్క మార్పును పార్శ్వ విస్థాపనం (Lateral Shift) అంటారు.

* గాజు పట్టకం (Prism):

* పట్టక సూత్రం: n = \frac{\sin\left(\frac{A + D}{2}\right)}{\sin\left(\frac{A}{2}\right)} (ఇక్కడ A = పట్టక కోణం, D = కనిష్ట విచలన కోణం).

* వక్ర ఉపరితలాల వద్ద వక్రీభవన సూత్రం:

* కటక సూత్రం (Lens Formula):

* కటక తయారీదారుల సూత్రం (Lens Maker's Formula):

* కటక సామర్థ్యం (P): నాభ్యాంతర విలోమం. ప్రమాణం: డయాప్టర్ (D).

కటకాలు – ప్రతిబింబాలు

* కుంభాకార కటకం (Convex Lens - కేంద్రీకరణ కటకం): వస్తువు స్థానాన్ని బట్టి నిజ, మిథ్యా ప్రతిబింబాలు రెండింటినీ ఏర్పరుస్తుంది. వస్తువు F_1, O ల మధ్య ఉన్నప్పుడు మాత్రమే పెద్దదైన మిథ్యా ప్రతిబింబాన్ని ఇస్తుంది.

* పుటాకార కటకం (Concave Lens - వికేంద్రీకరణ కటకం): వస్తువు ఎక్కడ ఉన్నా ఎల్లప్పుడూ చిన్నదైన, నిటారైన మిథ్యా ప్రతిబింబాన్ని మాత్రమే ఏర్పరుస్తుంది.

8. మానవ కన్ను – నిర్మాణం మరియు దృష్టి లోపాలు

మానవ కన్ను ఒక సహజ కుంభాకార కటకం వలె పనిచేసి రెటీనాపై తలక్రిందులైన నిజ ప్రతిబింబాన్ని ఏర్పరుస్తుంది.

కంటి ముఖ్య భాగాలు

* కార్నియా (Cornea): కంటి ముందు భాగంలోని పారదర్శక పొర; కాంతి మొదటి వక్రీభవనం ఇక్కడే జరుగుతుంది.

* ఐరిస్ (Iris - కనుపాప): కంటి రంగును నిర్ణయిస్తుంది; ప్యూపిల్ పరిమాణాన్ని నియంత్రిస్తుంది.

* ప్యూపిల్ (Pupil): కంటిలోకి ప్రవేశించే కాంతి పరిమాణాన్ని క్రమబద్ధీకరిస్తుంది.

* సిలియరీ కండరాలు (Ciliary Muscles): కంటి కటక వక్రతను మార్చి నాభ్యాంతరాన్ని సర్దుబాటు చేస్తాయి (దీనిని సమన్వయ సామర్థ్యం / Accommodation అంటారు).

* రెటీనా (Retina): కాంతి గ్రాహక కణాలు (రాడ్స్ - వెలుతురు తీవ్రతకు, కోన్స్ - రంగులను గుర్తించడానికి) కలిగిన అంతర్గత తెర.

* దృష్టి నాడి (Optic Nerve): దృశ్య సంకేతాలను మెదడుకు చేరవేస్తుంది.

* కనిష్ట దృష్టి దూరం (Least Distance of Distinct Vision): కంటిపై ఎలాంటి ఒత్తిడి లేకుండా వస్తువులను స్పష్టంగా చూడగలిగే కనీస దూరం; ఆరోగ్యవంతమైన మానవునికి ఇది 25 సెం.మీ.

దృష్టి లోపాలు మరియు నివారణలు

* హ్రస్వదృష్టి (Myopia - Near-sightedness):

* దగ్గరి వస్తువులు స్పష్టంగా కనిపిస్తాయి, దూరపు వస్తువులు కనిపించవు.

* ప్రతిబింబం రెటీనాకు ముందే ఏర్పడుతుంది.

* నివారణ: తగిన నాభ్యాంతరం గల పుటాకార కటకం (Concave lens) వాడాలి.

* దీర్ఘదృష్టి (Hypermetropia - Far-sightedness):

* దూరపు వస్తువులు స్పష్టంగా కనిపిస్తాయి, దగ్గరి వస్తువులు కనిపించవు.

* ప్రతిబింబం రెటీనా వెనుక ఏర్పడుతుంది.

* నివారణ: తగిన నాభ్యాంతరం గల కుంభాకార కటకం (Convex lens) వాడాలి.

* చత్వారం (Presbyopia):

* వయస్సు పెరగడం వల్ల సిలియరీ కండరాలు బలహీనపడి సమన్వయ సామర్థ్యం తగ్గడం వల్ల వస్తుంది.

* నివారణ: ద్వినాభ్యాంతర కటకం (Bi-focal lens) (పై భాగం పుటాకారం, కింది భాగం కుంభాకారం) వాడాలి.

* అస్టిగ్మాటిజం (Astigmatism):

* కార్నియా లేదా కటకం అసమాన వక్రత వల్ల వస్తువులు ఒకే సమయంలో క్షితిజ సమాంతరంగా, లంబంగా స్పష్టంగా కనిపించవు.

* నివారణ: స్థూపాకార కటకం (Cylindrical lens) వాడాలి.

9. కాంతి విక్షేపణం మరియు ఇంద్రధనస్సు

* కాంతి విక్షేపణం (Dispersion of Light): తెల్లని కాంతి (సూర్యకాంతి) పట్టకం గుండా ప్రయాణించినప్పుడు దానిలోని 7 ప్రాథమిక రంగుల వర్ణపటంగా (VIBGYOR) విడిపోవడాన్ని విక్షేపణం అంటారు.

* కారణం: వేర్వేరు రంగులకు వేర్వేరు తరంగదైర్ఘ్యాలు (\lambda) మరియు వేగాలు ఉండటం వల్ల అవి వేర్వేరు కోణాల్లో వక్రీభవనం చెందుతాయి.

* ఎరుపు (Red): తరంగదైర్ఘ్యం ఎక్కువ \rightarrow విచలనం అతి తక్కువ.

* ఊదా (Violet): తరంగదైర్ఘ్యం తక్కువ \rightarrow విచలనం అత్యధికం.

* ఇంద్రధనస్సు ఏర్పడటం (Formation of Rainbow):

* వర్షం పడిన తర్వాత వాతావరణంలో తేలియాడే నీటి బిందువులు చిన్న పట్టకాలుగా పనిచేస్తాయి.

* సూర్యకాంతి నీటి బిందువులోకి ప్రవేశించినప్పుడు వరుసగా మూడు ప్రక్రియలు జరుగుతాయి:

* వక్రీభవనం మరియు విక్షేపణం (Refraction & Dispersion) – కాంతి 7 రంగులుగా విడిపోతుంది.

* అంతర్గత పరావర్తనం (Internal Reflection) – నీటి బిందువు లోపలి వెనుక తలం వద్ద కాంతి వెనుకకు మళ్ళుతుంది.

* పునః వక్రీభవనం (Refraction) – బిందువు నుండి బయటకు వచ్చేటప్పుడు కాంతి

విడివడి మన కంటికి ఇంద్రధనస్సుగా కనిపిస్తుంది.

* ఇంద్రధనస్సు ఎల్లప్పుడూ సూర్యునికి ఎదురుగా ఉన్న దిశలోనే ఏర్పడుతుంది.

Practice Test

Test