পদার্থবিজ্ঞান অধ্যয়ন নির্দেশিকা/অপটিক্স

আলো

আলো হলো সেই তড়িচ্চুম্বকীয় শক্তির অংশ যা মানুষের চোখে দৃশ্যমান — দৃশ্যমান রঙগুলোই মূলত আলো। তবে অপটিক্যাল বিকিরণ শুধু দৃশ্যমান আলোতেই সীমাবদ্ধ নয়, বরং এটি অদৃশ্য তড়িচ্চুম্বকীয় বিকিরণের একটি বিস্তৃত অংশকেও অন্তর্ভুক্ত করে, যেগুলো দৃশ্যমান বিকিরণের মতো আচরণ করলেও সেগুলোর জন্য আলাদা প্রেরক ও গ্রাহক প্রয়োজন হয়। পরীক্ষার ধরনের উপর নির্ভর করে, আলো বা অপটিক্যাল বিকিরণ কখনো তরঙ্গের মতো, আবার কখনো কণার (ফোটন) মতো আচরণ করে।

ফোটনের সৃষ্টি ও ধ্বংসে ইলেকট্রন বা তড়িচ্চার্জ অংশগ্রহণ করে, যেগুলো তাদের শক্তি পরিবর্তন করে।

আলোকের গতি শূন্যস্থানে সবচেয়ে বেশি হয়।

$c=299,792,458{\frac {m}{s}}$

তরঙ্গের ক্ষেত্রে শক্তি পরিবহন এবং নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির একটি ফেজ অবস্থার পরিবহনের গতি আলাদা হতে পারে। শূন্যস্থানে সব তরঙ্গের (ফোটনের শক্তি বা তরঙ্গদৈর্ঘ্য যাই হোক) গতি সমান, তবে কোনো পদার্থের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় এই গতি তরঙ্গদৈর্ঘ্য বা ফোটনের শক্তির উপর নির্ভর করে।

যখন আলোর গতি পরিমাপের অনিশ্চয়তা দৈর্ঘ্য এককের (মিটার) অনিশ্চয়তার সমান হয়ে গিয়েছিল, তখন ১৯৬০ সালে মিটারকে সময় এককের ভিত্তিতে নতুনভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। তখন আলোকে ধরা হয় ২৯৯,৭৯২,৪৫৮ মিটার/সেকেন্ড নির্দিষ্ট গতিতে চলা একটি মান হিসেবে। তাই আলোর গতির একমাত্র অনিশ্চয়তা এখন সেকেন্ড এককের বাস্তবায়ন পদ্ধতির উপর নির্ভর করে। (দৈর্ঘ্য এককের মান জানতে চাইলে ঘড়ি নির্মাতার সঙ্গে যোগাযোগ করুন।)

তবে, যখন তড়িচ্চুম্বকীয় বিকিরণ কোনো পদার্থের মধ্যে প্রবেশ করে, যেটির প্রতিসরণ সহগ $n$, তখন এর গতি হয়ে যায় –

$c_{n}={\frac {c}{n}}$

এখানে $c_{n}$ হলো সেই পদার্থের মধ্যে আলোর গতি।

প্রতিসরণ

প্রতিসরণ ঘটে যখন আলো এক মাধ্যম থেকে অন্য মাধ্যমে যায় (যেমন, বাতাস থেকে পানিতে)। প্রতিসরণে আলোর গতি পরিবর্তিত হওয়ায় তার দিকও পরিবর্তিত হয়। যখন আলো অপেক্ষাকৃত ঘন মাধ্যমে প্রবেশ করে, তখন এটি সাধারনত লম্বের দিকে বেঁকে যায়। উদাহরণস্বরূপ, যখন আলো বাতাস থেকে কাঁচে প্রবেশ করে, তখন এটি লম্বের দিকে বেঁকে যায়।

আপতিত রশ্মির কোণের সাইন এবং প্রতিসৃত রশ্মির কোণের সাইনের অনুপাত দুটি মাধ্যমের প্রতিসরণ সহগের অনুপাতের সমান হয়।

${\frac {\sin(\theta _{i})}{\sin(\theta _{r})}}={\frac {n_{r}}{n_{i}}}\quad {\text{অথবা}}\quad n_{i}\sin(\theta _{i})=n_{r}\sin(\theta _{r})$

এটিকে বলা হয় স্নেলের সূত্র।

আয়না ও লেন্স

ফোকাল দৈর্ঘ্য

${\frac {1}{d_{i}}}+{\frac {1}{d_{o}}}={\frac {1}{f}}$

• $f$ হলো ফোকাল দৈর্ঘ্য।
  • উত্তল আয়না ও অবতল লেন্সের ক্ষেত্রে $f$ ঋণাত্মক।
  • অবতল আয়না ও উত্তল লেন্সের ক্ষেত্রে $f$ ধনাত্মক।
• $d_{i}$ হলো ইমেজের দূরত্ব (আয়না বা লেন্স থেকে)
  • আয়নার ক্ষেত্রে, ইমেজ যদি আয়নার সামনে হয় তবে এটি ধনাত্মক; পেছনে হলে ঋণাত্মক।
  • লেন্সের ক্ষেত্রে, ইমেজ যদি আলোর উৎসের বিপরীত পাশে হয় তবে এটি ধনাত্মক; একই পাশে হলে ঋণাত্মক।
• $d_{o}$ হলো বস্তুর দূরত্ব (সব সময় ধনাত্মক)। কেবল তখনই ঋণাত্মক হয়, যখন বাস্তব বস্তু না থেকে কাল্পনিক বস্তু থাকে, যেমন অন্য কোনো অপটিক্যাল সিস্টেম থেকে আগত সমবাহু রশ্মি।

স্মরণ রাখার সহজ উপায়: "If I Do I Die" → $1/f=1/d_{o}+1/d_{i}$

বিস্তার

$M={\frac {h_{i}}{h_{o}}}=-{\frac {d_{i}}{d_{o}}}$

• $M$ হলো বিস্তার (magnification)।
  • ধনাত্মক হলে চিত্র সোজা।
  • ঋণাত্মক হলে চিত্র উল্টো।
• $h_{i}$ হলো চিত্রের উচ্চতা।
• $h_{o}$ হলো বস্তুর উচ্চতা।
• $d_{i}$ হলো ইমেজের দূরত্ব (আয়না বা লেন্স থেকে), কখনো কখনো $v$ হিসেবেও লেখা হয়।
• $d_{o}$ হলো বস্তুর দূরত্ব (আয়না বা লেন্স থেকে), কখনো $u$ হিসেবেও লেখা হয়।