ಬೆಳಕು ಮತ್ತು ಧ್ವನಿ

Topiqos – KPSC/UPSC ಪೂರ್ವಭಾವಿ ಪರೀಕ್ಷೆ ಅಧ್ಯಯನ ಟಿಪ್ಪಣಿ

1. ಬೆಳಕಿನ ಸ್ವರೂಪ

ಬೆಳಕು (Light) ಎಂಬುದು ಒಂದು ಬಗೆಯ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗ (electromagnetic wave). ಇದಕ್ಕೆ ಹರಡಲು ಯಾವುದೇ ಮಾಧ್ಯಮ ಬೇಕಿಲ್ಲ – ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿಯೂ (vacuum) ಸಂಚರಿಸಬಲ್ಲದು. ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ c = 3 × 10⁸ m/s (ಸುಮಾರು 3 ಲಕ್ಷ ಕಿಮೀ/ಸೆಕೆಂಡ್).

ಗುಣಗಳು:

• ಬೆಳಕು ನೇರ ರೇಖೆಯಲ್ಲಿ ಸಂಚರಿಸುತ್ತದೆ (rectilinear propagation).
• ಬೆಳಕಿಗೆ ಎರಡು ಸ್ವರೂಪ – ತರಂಗ (wave) ಮತ್ತು ಕಣ (particle/photon).
• ದೃಶ್ಯ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗಾಂತರ (wavelength) 400 nm ರಿಂದ 700 nm.
• ಸೂರ್ಯ ಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿ ಏಳು ವರ್ಣಗಳಿವೆ – ವಿಬಿಜಿವೈಒಆರ್ (VIBGYOR): ನೇರಳೆ, ನೀಲಿ, ಆಕಾಶನೀಲಿ, ಹಸಿರು, ಹಳದಿ, ಕಿತ್ತಳೆ, ಕೆಂಪು.

ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವರ್ಣಪಟಲ (EM Spectrum): ರೇಡಿಯೋ ತರಂಗ → ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತರಂಗ → ಅವಗೆಂಪು (IR) → ದೃಶ್ಯ → ನೇರಳಾತೀತ (UV) → ಎಕ್ಸ್-ರೇ → ಗಾಮಾ ಕಿರಣ. ಇವೆಲ್ಲವೂ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿಯೇ ಸಂಚರಿಸುತ್ತವೆ.

2. ಬೆಳಕಿನ ಪ್ರತಿಫಲನ (Reflection)

ಒಂದು ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಬಡಿದ ಬೆಳಕು ಮತ್ತೆ ಅದೇ ಮಾಧ್ಯಮಕ್ಕೆ ಹಿಂತಿರುಗುವುದನ್ನು ಪ್ರತಿಫಲನ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ.

ಪ್ರತಿಫಲನದ ನಿಯಮಗಳು:

1. ಪತನ ಕೋನ (angle of incidence) = ಪ್ರತಿಫಲನ ಕೋನ (angle of reflection).
2. ಪತನ ಕಿರಣ, ಪ್ರತಿಫಲನ ಕಿರಣ ಮತ್ತು ಲಂಬ (normal) ಒಂದೇ ತಲದಲ್ಲಿ ಇರುತ್ತವೆ.

ಕನ್ನಡಿಗಳ ವಿಧಗಳು:

ಗೋಳೀಯ ಕನ್ನಡಿಗಳ ಸೂತ್ರ: 1/f = 1/v + 1/u. ವರ್ಧನ (magnification) m = h'/h = –v/u.

3. ಬೆಳಕಿನ ವಕ್ರೀಭವನ (Refraction)

ಬೆಳಕು ಒಂದು ಪಾರದರ್ಶಕ ಮಾಧ್ಯಮದಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ಹೋಗುವಾಗ ದಿಕ್ಕು ಬದಲಾಗುವುದನ್ನು ವಕ್ರೀಭವನ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ.

ಸ್ನೆಲ್‌ನ ನಿಯಮ: n₁ sin i = n₂ sin r. ಇಲ್ಲಿ n = ವಕ್ರೀಭವನ ಸೂಚಿ (refractive index).

• ವಾಯುದಿಂದ ನೀರಿಗೆ ಹೋದಾಗ – ಬೆಳಕು ಲಂಬಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರ ವಕ್ರೀಭವಿಸುತ್ತದೆ.
• ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ ವಾಯುದಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ, ಗಾಜಿನಲ್ಲಿ (n=1.5) ಕಡಿಮೆ.
• ವಜ್ರದ ವಕ್ರೀಭವನ ಸೂಚಿ 2.42 – ಆದ್ದರಿಂದ ಅದು ಥಳಥಳಿಸುತ್ತದೆ.

ಉದಾಹರಣೆಗಳು:

• ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಮುಳುಗಿಸಿದ ಪೆನ್ಸಿಲ್ ಬಾಗಿದಂತೆ ಕಾಣುತ್ತದೆ.
• ನಕ್ಷತ್ರಗಳು ಮಿನುಗುತ್ತವೆ (twinkling) – ವಾತಾವರಣದ ವಕ್ರೀಭವನದಿಂದ.
• ಸೂರ್ಯೋದಯ/ಸೂರ್ಯಾಸ್ತದ ವಾಸ್ತವ ಸಮಯಕ್ಕಿಂತ ಸುಮಾರು 2 ನಿಮಿಷ ಮೊದಲೇ/ನಂತರವೇ ಸೂರ್ಯ ಕಾಣಿಸುತ್ತಾನೆ.

ಸಂಪೂರ್ಣ ಆಂತರಿಕ ಪ್ರತಿಫಲನ (Total Internal Reflection): ಸಾಂದ್ರ ಮಾಧ್ಯಮದಿಂದ ವಿರಳ ಮಾಧ್ಯಮಕ್ಕೆ ಹೋಗುವಾಗ ನಿರ್ಣಾಯಕ ಕೋನವನ್ನು (critical angle) ಮೀರಿದರೆ ಬೆಳಕು ಮತ್ತೆ ಸಾಂದ್ರ ಮಾಧ್ಯಮಕ್ಕೆ ಪ್ರತಿಫಲಿಸುತ್ತದೆ. ಇದೇ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್, ಮರೀಚಿಕೆ (mirage), ವಜ್ರದ ಥಳಥಳಿಕೆಗೆ ಕಾರಣ.

4. ಲೆನ್ಸ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಮಾನವ ಕಣ್ಣು

ಲೆನ್ಸ್‌ಗಳು:

• ಪೀನ ಲೆನ್ಸ್ (Convex) – ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸುವಿಕೆ (converging). ದೂರ ದೃಷ್ಟಿ (Hypermetropia) ಸರಿಪಡಿಸಲು.
• ಅವತಲ ಲೆನ್ಸ್ (Concave) – ಚದುರಿಸುವಿಕೆ (diverging). ಸಮೀಪ ದೃಷ್ಟಿ (Myopia) ಸರಿಪಡಿಸಲು.

ಲೆನ್ಸ್ ಶಕ್ತಿ (Power) P = 1/f (ಮೀಟರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ). ಘಟಕ – ಡಯೋಪ್ಟರ್ (D).

ಮಾನವ ಕಣ್ಣಿನ ದೋಷಗಳು:

ಆರೋಗ್ಯವಂತ ಕಣ್ಣಿನ ಕನಿಷ್ಠ ಸ್ಪಷ್ಟ ದೃಷ್ಟಿ ದೂರ (least distance of distinct vision) = 25 cm.

5. ಬೆಳಕಿನ ಪ್ರಸರಣ (Dispersion) ಮತ್ತು ಚದುರುವಿಕೆ (Scattering)

ಪ್ರಸರಣ: ಬಿಳಿ ಬೆಳಕು ಪ್ರಿಸಂ ಮೂಲಕ ಹಾಯ್ದಾಗ ಏಳು ವರ್ಣಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡನೆಯಾಗುವುದನ್ನು ಪ್ರಸರಣ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ. ನ್ಯೂಟನ್ ಈ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ನಡೆಸಿದನು.

ಕಾಮನ ಬಿಲ್ಲು (Rainbow): ಸೂರ್ಯ ಬೆಳಕು ಮಳೆಹನಿಗಳಲ್ಲಿ ವಕ್ರೀಭವನ, ಆಂತರಿಕ ಪ್ರತಿಫಲನ ಮತ್ತು ಪ್ರಸರಣ ಹೊಂದಿ 42° ಕೋನದಲ್ಲಿ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಒಳಗಿನಿಂದ ಕೆಂಪು, ಹೊರಗಿನಿಂದ ನೇರಳೆ (ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಕಾಮನ ಬಿಲ್ಲಿನಲ್ಲಿ ಇದು ವ್ಯತಿರಿಕ್ತ – ಹೊರ ಕೆಂಪು, ಒಳ ನೇರಳೆ).

ಚದುರುವಿಕೆ (Scattering):

• ಆಕಾಶ ನೀಲಿ ಬಣ್ಣ – ರೇಲಿ ಚದುರುವಿಕೆ (Rayleigh scattering); ನೀಲಿ ಬಣ್ಣ ಚಿಕ್ಕ ತರಂಗಾಂತರ ಹೊಂದಿ ಹೆಚ್ಚು ಚದುರುತ್ತದೆ.
• ಸೂರ್ಯಾಸ್ತದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಕೆಂಪು ಬಣ್ಣ – ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕು ದಪ್ಪ ವಾಯುಪದರವನ್ನು ದಾಟುವಾಗ ನೀಲಿ ಚದುರಿ, ಕೆಂಪು ನಮ್ಮನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ.
• ಮೋಡಗಳು ಬಿಳಿಯಾಗಿ ಕಾಣುವುದು – ಎಲ್ಲ ವರ್ಣಗಳೂ ಸಮಾನವಾಗಿ ಚದುರುತ್ತವೆ.

6. ಧ್ವನಿಯ ಸ್ವರೂಪ ಮತ್ತು ಗುಣಗಳು

ಧ್ವನಿ (Sound) ಎಂಬುದು ಯಾಂತ್ರಿಕ ತರಂಗ (mechanical wave); ಇದಕ್ಕೆ ಮಾಧ್ಯಮ ಅಗತ್ಯ. ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ ಧ್ವನಿ ಸಂಚರಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಇದು ಅನುದೈರ್ಘ್ಯ ತರಂಗ (longitudinal wave) – ಕಣಗಳು ತರಂಗದ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿಯೇ ಕಂಪಿಸುತ್ತವೆ.

ವಿವಿಧ ಮಾಧ್ಯಮಗಳಲ್ಲಿ ಧ್ವನಿಯ ವೇಗ:

ಆದ್ದರಿಂದ: ಧ್ವನಿ ಘನ ಪದಾರ್ಥಗಳಲ್ಲಿ ಅತಿ ವೇಗವಾಗಿ, ವಾಯುದಲ್ಲಿ ನಿಧಾನವಾಗಿ ಸಂಚರಿಸುತ್ತದೆ.

ಧ್ವನಿಯ ಗುಣಗಳು:

• ತೀವ್ರತೆ (Loudness) – ವಿಸ್ತಾರವನ್ನು (amplitude) ಅವಲಂಬಿಸಿದೆ. ಘಟಕ – ಡೆಸಿಬೆಲ್ (dB).
• ಪಿಚ್ (Pitch) – ಆವರ್ತನವನ್ನು (frequency) ಅವಲಂಬಿಸಿದೆ. ಹೆಚ್ಚು ಆವರ್ತನ = ಎತ್ತರದ ಪಿಚ್.
• ಗುಣಮಟ್ಟ (Timbre/Quality) – ಒಂದೇ ಆವರ್ತನದ ಧ್ವನಿಗಳ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸ.

7. ಧ್ವನಿಯ ಆವರ್ತನ ಶ್ರೇಣಿ, ಪ್ರತಿಧ್ವನಿ ಮತ್ತು ಅನ್ವಯಗಳು

ಆವರ್ತನ ಶ್ರೇಣಿ:

• ಶ್ರವ್ಯ ಧ್ವನಿ (Audible) – 20 Hz ರಿಂದ 20,000 Hz.
• ಇನ್ಫ್ರಾಸೋನಿಕ್ (Infrasonic) – 20 Hz ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ. ಆನೆಗಳು, ತಿಮಿಂಗಿಲಗಳು ಬಳಸುತ್ತವೆ.
• ಅಲ್ಟ್ರಾಸೋನಿಕ್ (Ultrasonic) – 20,000 Hz ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು. ಬಾವಲಿ, ಡಾಲ್ಫಿನ್‌ಗಳು ಬಳಸುತ್ತವೆ.

ಪ್ರತಿಧ್ವನಿ (Echo): ಪ್ರತಿಫಲನಗೊಂಡ ಧ್ವನಿ. ಪ್ರತಿಧ್ವನಿ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಕೇಳಬೇಕಾದರೆ ಮೂಲ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಫಲಿಸುವ ಮೇಲ್ಮೈ ನಡುವಿನ ಕನಿಷ್ಠ ದೂರ ~17 ಮೀಟರ್.

ಅನ್ವಯಗಳು:

• ಸೋನಾರ್ (SONAR): ಸಮುದ್ರದ ಆಳ ಅಳೆಯುವಿಕೆ; ಜಲಾಂತರ್ಗಾಮಿಗಳ ಪತ್ತೆ.
• ಅಲ್ಟ್ರಾಸೌಂಡ್ ಸ್ಕ್ಯಾನ್: ಗರ್ಭಿಣಿಯರ ಪರೀಕ್ಷೆ, ಕಿಡ್ನಿ ಕಲ್ಲುಗಳನ್ನು ಒಡೆಯುವಿಕೆ.
• ಇಕೋಕಾರ್ಡಿಯೋಗ್ರಫಿ – ಹೃದಯದ ತಪಾಸಣೆ.

ಡಾಪ್ಲರ್ ಪರಿಣಾಮ (Doppler Effect): ಮೂಲ ಮತ್ತು ಶ್ರೋತೃ ನಡುವಿನ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಚಲನೆಯಿಂದ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ ಬದಲಾವಣೆ. ಟ್ರಾಫಿಕ್ ರಾಡಾರ್, ವಾಹನದ ವೇಗ ಅಳತೆಗೆ ಬಳಕೆ.

8. ಅಭ್ಯಾಸ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು (MCQs) – KPSC ಮಾದರಿ