వివర్తనం విశదీకరణ

పటంలో 'S' ఒక కాంతి తరంగాగ్రం. 'P' అనే బిందువు వద్ద తరంగాగ్రం వల్ల కలిగే ఫలిత కంపన పరిమితిని కనుక్కోవడానికి 'dS' వైశాల్యం ఉన్న తరంగాగ్ర భాగాన్ని తీసుకుందాం. హ్యూజీన్ - ఫ్రెనల్ సూత్రం ప్రకారం

• తరంగాగ్రాన్ని కొంతమేరకు అవరోధిస్తే వివర్తనం జరుగుతుంది.
• అవరోధం కల్పించకముందు ఉన్న తరంగాగ్రంలోని ప్రతి బిందువు ద్వితీయ జనకంలా పనిచేస్తుంది.
• ఈ జనకాల నుంచి వెలువడే గౌణతరంగాలు సంబద్ధంగా ఉంటాయి.
• 'dS' వైశాల్యం ఉన్న తరంగాగ్ర భాగం వల్ల 'P' అనే బిందువు వద్ద కంపన పరిమితి 'dA', దూరం 'r' పైన, తరంగాగ్ర లంబం 'n'కు 'dS'ను 'P' బిందువు కలిపే సరళరేఖకు మధ్య ఉండే కోణం 'θ' పైనా ఆధారపడి ఉంటాయి.
• తరంగాగ్రం వల్ల 'P'వద్ద ఫలిత కంపన పరిమితి 'A', తరంగాగ్రం మొత్తం వైశాల్యం 'S' ను సమాకలనం చేస్తే వస్తుంది.

సైను తరంగం

కాంతి వివర్తనాలను రెండు విధాలుగా అధ్యయనం చేయవచ్చు.

1. ఫ్రెనల్ వివర్తనం
2. ఫ్రాన్‌హోపర్ వివర్తనం

ఫ్రెనల్ వివర్తనం

ఈ అమరికలో కాంతి నిరోధకం లేదా రంధ్రానికి పరిమిత దూరంలో కాంతి జనకం, తెర ఉంటాయి. అందువల్ల అక్కడి నుంచి వెలువడి తెరపై పడే తరంగాగ్రాలు కాంతి నిరోధకంపై సమతలంగా ఉండవు. ఫ్రెనల్ వివర్తనాన్ని పరిశీలించడానికి కటకాలు అవసరం లేదు. ఇక్కడ కాంతి కిరణాలు సమాంతరంగా ఉండవు.

ఫ్రాన్‌హోపర్ వివర్తనం

ఈ అమరికలో కాంతిజనకం, తెర వివర్తనం కలిగించే కాంతి నిరోధకం లేదా రంధ్రం నుంచి అనంత దూరంలో ఉంటాయి. అందువల్ల తరంగాగ్రాలు సమతలంగా ఉంటాయి. కుంభాకార కటకాలను కాంతి నిరోధకానికి చెరోవైపు అమర్చడం ద్వారా సమతల తరంగాగ్రాలను పొందొచ్చు.

సాధారణ షరతులు

తెరకు, కాంతి నిరోధకానికి ఉన్న మధ్య దూరం 'L', కాంతినిరోధక పరిమాణం 'b', కాంతి తరంగ దైర్ఘ్యం 'λ' అనుకుందాం.

< < 1 అయితే, ఫ్రాన్‌హోపర్ వివర్తనాన్ని గమనించవచ్చు.

= 1 అయితే, ఫ్రెనల్ వివర్తనాన్ని గమనించవచ్చు

> > 1 అయితే, జ్యామితీయ దృశాశాస్త్రం (Geometrical Optics) ఉజ్జాయింపులను గమనించవచ్చు.

వివర్తనం అనువర్తనాలు

1. కాంతి కిరణాల (ఏకవర్ణ Monochromatic) లేదా అనేక వర్ణ) తరంగదైర్ఘ్యాలను 'గ్రేటింగ్' లను ఉపయోగించి వివర్తన పద్ధతిలో కనుక్కోవచ్చు. ఒక గాజు పలకపై అతి దగ్గరగా ఉండే సన్నటి సమాంతర రేఖలను ఆకురాయితో గీస్తే రెండు గీతలకు మధ్య అతి తక్కువగా ఉండే దూరం ఒక చీలిక (slit) లా పనిచేస్తుంది. అనేకమైన ఈ చీలికల మధ్య పయనించే కాంతి వివర్తనం చెందుతుంది. ఈ చీలికలను కలిగిన గాజుపలకను 'గ్రేటింగ్' అంటారు
2. X - కిరణ తరంగదైర్ఘ్యాలను, X - కిరణాల వివర్తనం ద్వారా కొలవచ్చు.
3. స్ఫటికాల నిర్మాణాన్ని X - కిరణాలు, ఎలక్ట్రాన్, న్యూట్రాన్ కిరణాల వివర్తనాల ద్వారా నిర్ధారించవచ్చు.
4. అతిధ్వని (Ultrasonic Sound) వివర్తనాల ద్వారా ద్రవపదార్థాల్లో 'ధ్వని' వేగాన్ని కనుక్కోవచ్చు.
5. వివర్తన సూత్రాన్ని 'స్కానింగ్' ప్రక్రియలో ఉపయోగించి (అతిధ్వని తరంగాల ద్వారా) శరీరంలో ఏర్పడిన అల్సర్లు, ట్యూమర్లను, వాటి పరిమాణాలను కనుక్కోవచ్చు.

ధ్రువణం (Polarization)

తరంగాలు అనుదైర్ఘ్య ( Longitudinal) తరంగాలు, తిర్యక్ ( Transverse) తరంగాలు అని రెండు రూపాల్లో ఉంటాయి.

వ్యతికరణం, వివర్తనం కాంతి తరంగ రూపంలో ఉంటుందని నిర్ణయించాయి కానీ, ఏ తరంగ రూపమో నిర్ణయించలేదు. హ్యూజీన్ మొదట్లో కాంతి అనుదైర్ఘ్య తరంగమని ఊహించారు. కానీ 'ధ్రువణం' అనే కాంతి ధర్మం కాంతితరంగాలు తిర్యక్ తరంగాల రూపంలోనే ఉండాలని నిర్ధారించింది.

ఈ నిజాన్ని కింది ప్రయోగం వివరిస్తుంది.

ధ్రువణం (Polarization)

వ తరంగాలు అనుదైర్ఘ్య ( Longitudinal) తరంగాలు, తిర్యక్ ( Transverse) తరంగాలు అని రెండు రూపాల్లో ఉంటాయి. వ్యతికరణం, వివర్తనం కాంతి తరంగ రూపంలో ఉంటుందని నిర్ణయించాయి కానీ, ఏ తరంగ రూపమో నిర్ణయించలేదు. హ్యూజీన్ మొదట్లో కాంతి అనుదైర్ఘ్య తరంగమని ఊహించారు. కానీ 'ధ్రువణం' అనే కాంతి ధర్మం కాంతితరంగాలు తిర్యక్ తరంగాల రూపంలోనే ఉండాలని నిర్ధారించింది. ఈ నిజాన్ని కింది ప్రయోగం వివరిస్తుంది.

ప్రయోగం

ఈ ప్రయోగంలో ప్రధాన అక్షానికి సమాంతరంగా చేర్చిన టర్మోలిన్ ( tourmoline) స్ఫటికం (A) పై కాంతిజనకం (S) నుంచి వెలువడే కాంతి పతనమయ్యేలా చూడాలి. కాంతి స్ఫటికంలోంచి పయనించి కొంత తీవ్రతతో తెరపై పడుతుంది. ఇప్పుడు S ను దాని స్థానంలో గుండ్రంగా తిప్పినా స్ఫటికం నుంచి వెలువడే కాంతి తీవ్రతలో మార్పుండదు.

ఇప్పుడు అలాంటి మరో టర్మోలిన్ స్ఫటికం B ని A కి సమాంతరంగా ఉంచి కింది పరిశీలనలు చేస్తే కొన్ని విషయాలు వివరంగా తెలుస్తాయి.

• రెండు స్ఫటికాలను ఒకేసారి సమానంగా తిప్పితే, వాటి అక్షాలు ఎప్పుడూ సమాంతరంగానే ఉంటాయి. బహిర్గతమైన కాంతి తీవ్రతలో ఏ మార్పూ ఉండదు.
• A ని నిలువుగా, స్థిరంగా ఉంచి B ని మాత్రమే తిప్పితే, B నుంచి బయటకు వచ్చే కాంతి క్రమంగా క్షీణిస్తుంది. A, B లు పరస్పరం లంబ దిశలో ఉంటే, కాంతి బహిర్గతం కాదు, అంటే కాంతి తీవ్రత శూన్యం. B ని ఇంకా ముందుకు తిప్పితే, దాని ద్వారా కాంతి మళ్లీ బహిర్గతమై, A, B లు సమాంతరమైనప్పుడు కాంతి తీవ్రత గరిష్ఠ స్థాయికి చేరుకుంటుంది.
• ఈ ప్రయోగం కాంతి తిర్యక్ తరంగంలా ప్రవర్తిస్తుందని కచ్చితంగా నిర్ధారిస్తుంది.
• కాంతి జనకం నుంచి వెలువడే కాంతి కిరణాల తరంగాలు అన్ని దిశల్లో యథేచ్ఛగా (random) కంపిస్తుంటాయి.
• కాంతి తరంగాలు A ద్వారా పయనించిన తర్వాత ఒకే దిశలో పయనిస్తున్నాయని పై ప్రయోగం ద్వారా తెలుస్తుంది. అంటే మిగతా కంపనాలు (అంశాలు) సంపూర్ణంగా నశిస్తున్నాయన్నమాట.
• అనేక దిశల్లో కంపనాలు ఉన్న కాంతి తరంగం, టర్మోలిన్ స్ఫటికంలో ప్రవేశించగానే ఒకే దిశలో కంపనం కలిగి ఉండటాన్ని 'ధ్రువణం' ( Polarization) అంటారు. ఏకదిశ కంపనాల ఆధారంగా ధ్రువణం కలుగుతుంది.
• ఏ తలంలో కాంతి కంపనాలుండవో దాన్ని 'ధ్రువణ తలం' అంటారు.
• కాంతి కంపనాలు ఉండేది 'కంపన తలం'.
• సమతల ధ్రువిత కాంతిని i) పరావర్తనం ii) వక్రీభవనం iii) ద్వివక్రీభవనం ద్వారా ఉత్పన్నం చేయొచ్చు.

ద్వివక్రీభవనం (Double refraction)

Enasmus Bartholinus అనే శాస్త్రవేత్త కాల్సైట్ (Calcite) స్ఫటికం ద్వారా కాంతి పయనించినప్పుడు ఒక వక్రీభవన కిరణం బదులు రెండు వక్రీభవన కిరణాలు బహిర్గతమైనట్లు గమనించారు.

• కాగితంపై ఉన్న సిరా గుర్తుపై కాల్సైట్ స్ఫటికాన్ని ఉంచి, నిటారుగా గమనిస్తే, రెండు సిరా గుర్తుల ప్రతిబింబాలు కనిపిస్తాయి. ఇపుడు స్ఫటికాన్ని దాని స్థానంలోనే నెమ్మదిగా తిప్పితే, ఒక ప్రతిబింబం స్థిరంగా ఉంటుంది. దీన్ని 'సాధారణ ప్రతిబింబం' (Ordinary image) అంటారు. రెండో ప్రతిబింబం స్ఫటికంతో పాటు తిరుగుతుంది. దీన్ని 'అసాధారణ ప్రతిబింబం' (extrordinary image) అంటారు.
• సాధారణ ప్రతిబింబ కాంతి కిరణాలు వక్రీభవన సూత్రాలను అనుసరిస్తాయి. వక్రీభవన గుణకం స్థిరంగా ఉంటుంది.
• అసాధారణ ప్రతిబింబ కాంతి కిరణాలు వక్రీభవన సూత్రాలను అనుసరించవు. వక్రీభవన గుణకం స్థిరంగా ఉండదు. పతన కోణాన్ని బట్టి మారుతూ ఉంటుంది.

పోలరాయిడ్లు (Polaroids)

• కృత్రిమ ధ్రువణ పదార్థాలను 'పోలరాయిడ్స్' అంటారు. ఇది వ్యాపార సంబంధిత పేరు.
• కాంతిలో ధ్రువణాన్ని ఉత్పాదించడానికి, ధ్రువణకాంతిని విశ్లేషించడానికి పోలరాయిడ్స్‌ను ఉపయోగిస్తారు.
• పోలరాయిడ్స్‌ను 3D సినిమాల్లోనూ, ధ్రువణ కళ్లజోళ్లలోనూ వాడతారు. ఈ కళ్లజోళ్లు సూర్యకాంతి తీవ్రతను తగ్గించి కళ్లకు రక్షణ కల్పిస్తాయి.
• గ్లూకోజ్ ద్రావణంలో కాంతి భ్రమణం కొలవడానికి, న్యూక్లిక్ ఆమ్లాల హెలికల్ నిర్మాణాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి ధ్రువిత కాంతిని ఉపయోగిస్తారు.
• ధ్రువిత కాంతిని పదార్థాల్లోని అణువుల నిర్మాణం, పరిమాణం, రూపాలను కనుక్కోవడానికి ఉపయోగిస్తారు.

ఇవి కూడా చుడండి

• కాంతి
• తరంగం
• గ్రేటింగ్
• అనుదైర్ఘ్య ( Longitudinal) తరంగాలుతిర్యక్ ( Transverse) తరంగాలు
• తిర్యక్ ( Transverse) తరంగాలు