समतल दर्पण, हल की गई समस्याएं
सारांश:
इस कक्षा में, हम समतल दर्पण की कुछ हल की गई समस्याओं की समीक्षा करेंगे। परावर्तन कोण \gamma को दो समतल दर्पणों के बीच कोण \theta के आधार पर निर्धारित किया जाता है, जो एक काज द्वारा जुड़े होते हैं, और विशिष्ट उदाहरणों की गणना की जाती है। \alpha के महत्वपूर्ण मानों की जाँच की जाती है ताकि किरण प्रत्येक दर्पण पर एक बार परावर्तित हो और \gamma के सूत्र को सत्यापित किया जा सके। इसके अलावा, उन आपतन कोणों की पहचान की जाती है जो किरण को अपने आप पर लौटने के लिए प्रेरित करते हैं, और वापसी कोणों की एक श्रृंखला \alpha_n = n\theta की गणना की जाती है।
अध्ययन के उद्देश्य
इस कक्षा के अंत तक, छात्र सक्षम होंगे:
- समझना समतल दर्पण ऑप्टिक्स के मौलिक सूत्र।
- लागू करना समतल दर्पणों की समस्याओं में परावर्तन का नियम।
- निर्धारित करना दो समतल दर्पणों के बीच कोण \theta के आधार पर परावर्तन कोण \gamma।
- विश्लेषण करना दर्पण सूत्रों की सीमाएं और उनकी वैधता की शर्तें।
सामग्री तालिका
परिचय
काज द्वारा जुड़े दर्पण
तर्क की सीमाओं की जाँच
वापसी कोण
परिचय
पिछली कक्षा में, हमने समतल और गोलाकार दर्पणों की ऑप्टिक्स से संबंधित अधिकांश सूत्रों की समीक्षा की; हालांकि, इन विषयों की बेहतर समझ हासिल करने के लिए, इनसे संबंधित समस्याओं के समाधान में इनका प्रकट होना आवश्यक है। इसलिए, हम इस भाग को विशेष रूप से कुछ समस्याओं के समाधान की समीक्षा के लिए समर्पित करेंगे। इस बार हम विशेष रूप से समतल दर्पणों पर ध्यान केंद्रित करेंगे।
काज द्वारा जुड़े दर्पण
दो समतल दर्पण एक छोर से जुड़े होते हैं और \theta. कोण बनाते हैं। यदि एक प्रकाश किरण एक दर्पण पर \alpha कोण पर आपतित होती है, जो किरण को केवल प्रत्येक दर्पण पर एक बार परावर्तित करती है और \gamma: कोण बनाती है:
- अन्य डेटा के संबंध में \gamma कोण निर्धारित करने के लिए एक सूत्र खोजें।
- यदि प्रकाश किरण पहले दर्पण पर \alpha=30^o कोण पर आपतित होती है और दर्पणों के बीच का कोण \theta=50^o है, तो \gamma कोण कितना होगा?
- पहले दर्पण से परावर्तित प्रकाश किरण और दूसरे दर्पण के सामान्य के बीच के कोण \beta को परिभाषित करके, और समतल दर्पणों में परावर्तन के नियम का उपयोग करके, हम निम्नलिखित तरीके से आकृति को पूरा कर सकते हैं:
इसे ध्यान में रखते हुए, अब निम्नलिखित तर्क किया जा सकता है:(1) (90^o - \alpha) + (90^o - \beta) + \theta = 180^o ; क्योंकि त्रिभुज के आंतरिक कोणों का योग 180^o होता है \equiv \alpha + \beta = \theta (2) 2\alpha +2\beta + \gamma = 180 ; क्योंकि त्रिभुज के आंतरिक कोणों का योग 180^o होता है \equiv \gamma = 180 - 2(\alpha + \beta) (3) \color{blue}{\gamma = 180 - 2\theta} ; (1,2) से इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि \gamma कोण केवल \theta कोण का कार्य होगा जो दर्पणों द्वारा बनता है और इसका सूत्र होगा \gamma(\theta) = 180^0 - 2\theta
- पिछले भाग के तर्क के आधार पर, हमें मिलता है कि \gamma = 180^o - 2\cdot 50^o = 80^o
तर्क की सीमाओं की जाँच
पिछला अभ्यास एक संवेदनशील समस्या है। यदि आप कथन का निरीक्षण करते हैं, तो आप देखेंगे कि यह आवश्यक है कि प्रकाश किरण केवल प्रत्येक दर्पण पर एक बार परावर्तित होनी चाहिए; हालांकि, हर \alpha मान इसके लिए उपयुक्त नहीं है। ऐसे \alpha मान खोजें जो इस शर्त को पूरा करते हैं और इस प्रकार पिछले अभ्यास में प्राप्त सूत्र को मान्य बनाते हैं।
हमें यह मिलती है कि \alpha “महत्वपूर्ण” मान तक पहुँचती है जब यह बनाती है \beta=0^o; और जब ऐसा होता है, हम एक कोण x ले सकते हैं जो निम्नलिखित तर्क को अनुमति देता है:
निम्नलिखित दो समीकरण होने चाहिए:
\alpha + x = 90^o
\theta + x = 90^o
और यह केवल संभव है यदि:
\alpha = \theta
अर्थात: मान \alpha=\theta महत्वपूर्ण आपतन कोण है, यदि इसे पार कर लिया जाता है, तो किरण एक दर्पण पर दो से अधिक बार परावर्तित होगी, और परिणामस्वरूप, पिछले अभ्यास में प्राप्त सूत्र को अमान्य कर देगी। इन परिणामों के आधार पर, हम पिछले अभ्यास के परिणाम को इस प्रकार लिखकर सुधार सकते हैं:
\gamma(\theta, \alpha) = 180^0 - 2\theta \;\;\;\; ; \;\;\;\; \alpha \in ]0,\theta[
वापसी कोण
इन परिणामों से हम देख सकते हैं कि, कुछ आपतन कोणों के लिए, प्रकाश किरण स्वयं पर लौट आती है। यह तब होता है जब \alpha = 0^o या जब \alpha = \theta, जहां \theta दो समतल दर्पणों के बीच का कोण है। क्या अन्य वापसी कोण भी हैं? यदि हैं, तो उन्हें कैसे गणना करें?
समाधानइस समस्या को हल करने के लिए, हमें उस स्थिति की कल्पना करनी होगी जब प्रकाश किरण पहले दर्पण पर सामान्य के सापेक्ष एक कोण पर आपतित होती है \alpha\in ]\theta, 180^o[। जब ऐसा होता है, हमारे पास निम्नलिखित चित्र जैसा एक स्थिति होती है:
क्योंकि त्रिभुज के आंतरिक कोणों का योग 180^o होता है:
(90^o - \alpha) + (90^o + \beta) + \theta = 180
इस संबंध को सरल बनाते हुए, हम \beta कोण को \alpha और \theta. के रूप में प्राप्त कर सकते हैं:
\beta=\alpha - \theta
यह अभिव्यक्ति महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि \beta=\theta, तो पिछले अभ्यास के तर्क के अनुसार, किरण अगले परावर्तन में स्वयं पर लौटनी चाहिए। इसलिए \alpha=2\theta. इसलिए, इस तर्क को प्रेरणात्मक रूप से निम्नलिखित के माध्यम से विस्तारित किया जा सकता है:
- \alpha_0 = 0^o
- \alpha_1 = \theta
- \alpha_{n-1} = \alpha_n - \theta
और इस प्रकार, हमारे पास वापसी कोणों की श्रृंखला है:
- \alpha_0 = 0^o
- \alpha_1 = \theta
- \alpha_{2} = 2\theta
\vdots
- \alpha_{n} = n\theta
इसके अलावा, हमें ध्यान देना चाहिए कि समतल दर्पणों के बीच का कोण और प्रत्येक आपतन कोण दोनों ही तीव्र कोण होने चाहिए।
