Chapter
1: Sound Waves
This chapter introduces the fundamental concepts
of sound waves, starting with basic motion and progressing to wave
characteristics and applications.
• Oscillation
◦ A
periodic motion where an object moves to and fro at regular intervals
of time about its equilibrium position.
◦ Equilibrium
position: The initial position of the swing when it starts
oscillating from its free state.
◦ One Oscillation: Completed
when the body returns to its initial position in the same direction
from where it started. For a pendulum starting at O, going to A, then
B, and returning to O. Or, if starting from A, reaches B and returns
to A.
• Amplitude (a)
◦ The magnitude of maximum
displacement to one side from its equilibrium position.
◦ SI
unit: metre (m).
• Period (T)
◦ The time taken for one
oscillation.
◦ SI unit: second (s).
◦ Example: If a
pendulum takes 1 minute (60 s) to complete 30 oscillations, its
period is 60/30 = 2 s.
• Frequency (f)
◦ The number of
oscillations in one second.
◦ SI unit: hertz (Hz). Named to
honour Heinrich Rudolf Hertz, who experimentally proved
electromagnetic waves.
◦ Relation with Period: Frequency is
the reciprocal of period (f = 1/T). As period increases, frequency
decreases.
◦ Practical Units: 1 kHz = 1000 Hz (10^3 Hz); 1 MHz
= 1,000,000 Hz (10^6 Hz).
• Natural Frequency
◦ The
innate frequency at which an object vibrates freely.
◦ Factors
that influence natural frequency: Length of the object, size of the
object, elasticity, nature of the material.
• Forced
Vibration
◦ The vibration of an object induced by an external
vibrating object.
◦ Example: A table vibrating when a mixie is
kept on it.
• Resonance
◦ Occurs if the natural
frequency of the forcing object and that of the forced object are
equal.
◦ Effect: The objects undergoing resonance will vibrate
with maximum amplitude.
◦ Applications: MRI scanning, radio
tuning, musical instruments (e.g., guitar, violin, veena, harmonium,
mridangam, trumpets, nagaswaram), stethoscope (to listen to faint
heartbeats).
• Wave Motion
◦ One of the modes of
transfer of energy from one part of the medium to other parts.
◦
It is the continuous propagation of energy from one part to the other
parts through oscillations, without the displacement of the medium's
particles.
◦ Examples: Radio waves, seismic waves, light
waves, sound waves, ripples on water surface.
• Mechanical
Waves
◦ Waves that require a medium for transmission.
◦
Types: Longitudinal waves and Transverse waves.
▪ Longitudinal
Waves: Particles in the medium vibrate parallel to the direction of
propagation of the wave.
• Sound is a longitudinal wave.
•
Travels through a medium forming alternating compressions (regions of
high pressure where air molecules are closer) and rarefactions
(regions of low pressure).
▪ Transverse Waves: Particles in
the medium vibrate perpendicular to the direction of propagation of
the wave.
• Electromagnetic waves are transverse waves.
•
Characterised by crests (elevated portions) and troughs (lowest
portions) from the equilibrium position.
• Electromagnetic
Waves
◦ Waves that do not require a medium for transmission.
◦
Examples: Radio waves, microwaves, infrared rays, visible light,
ultraviolet rays, X-rays, and gamma rays.
• Characteristics of
Waves
◦ Amplitude: The magnitude of maximum displacement from
the equilibrium position of the wave.
◦ Frequency: The number
of cycles that pass through a point in one second.
◦ Period:
The time taken by a particle in the medium to complete one vibration
(one cycle).
◦ Wavelength (λ)
▪ The distance between
two consecutive particles which are in the same phase of vibration.
▪
Also, the distance travelled by the wave during the time taken by
each particle in the medium to complete one vibration.
▪ For
transverse waves: distance between two consecutive crests or two
consecutive troughs.
▪ For longitudinal waves: distance
between two consecutive compressions or two consecutive
rarefactions.
▪ Unit: metre (m).
◦ Speed of Wave (v)
▪
The distance travelled by the wave in one second.
▪ Unit:
m/s.
▪ Relation: v = fλ (Speed of a wave = frequency ×
wavelength).
• Reflection of Sound
◦ Sound waves
reflect after striking objects.
◦ Smooth surfaces reflect
sound more effectively than rough surfaces.
◦ Applications:
Soundboards and curved ceilings in halls help reflect and spread
sound.
• Multiple Reflection of Sound
◦ Reflected sound
waves get reflected again.
• Echo
◦ The sound heard
after a while due to the reflection of the initial sound.
◦
Persistence of Hearing: The auditory experience produced by a sound
persists for about 1/10 of a second.
◦ Minimum Distance for
Distinct Echo: For an echo to be heard distinctly, the reflecting
surface must be at least 17.5 m away (considering the speed of sound
in air as 350 m/s). The sound travels 35 m (to and from) in 0.1
seconds.
• Reverberation
◦ The lingering of sound, even
after the original sound has ceased, due to multiple reflections of
sound. The boom fades away gradually.
◦ Example: The repeated
sound heard in the whispering gallery of Gol Gumbaz.
• Limits
of Audibility
◦ Audible Range for Humans: From about 20 Hz to
20,000 Hz (20 kHz).
◦ Infrasonic: Sound with a frequency below
20 Hz.
◦ Ultrasonic: Sound with frequency more than 20,000
Hz.
• Uses of Ultrasonic Waves
◦ Medical field:
Diagnosis and treatment (e.g., to crush small kidney stones,
physiotherapy, imaging internal organs like kidney, liver, gall
bladder, uterus via ultrasonography).
◦ Cleaning: Used for
cleaning spiral tubes, irregular machine parts, electronic
components.
◦ SONAR: Used to find the distance to underwater
objects.
• Harmful Waves
◦ Any type of wave above a
certain intensity can cause harmful effects.
◦ Seismic Waves:
Travel through the Earth's crust as a result of earthquakes, volcanic
eruptions, and massive explosions. Their intensity is determined by
the Richter scale.
◦ Tsunami: A series of gigantic ocean waves
caused by the displacement of large volumes of water in the sea,
often triggered by underwater earthquakes. Following official tsunami
warning centres' instructions is a safeguarding measure.
Chapter
2: Lenses
This chapter details the properties of lenses, how
they form images, and their applications in various optical
instruments.
• Lens
◦ A transparent medium in which
each refracting surface is part of a sphere.
• Types of
Lenses
◦ Convex Lens
▪ Thicker in the middle.
▪
Can converge light rays.
▪ Shows objects magnified.
▪
Used to burn paper by concentrating sunlight.
◦ Concave Lens
▪
Thinner in the middle.
▪ Diverges light rays.
▪ Cannot
converge light rays to burn paper.
• Terms Related to Lenses
◦
Optic Centre (O): The midpoint of a lens.
◦ Centres of
Curvature (C1, C2): The centres of the spheres of which the
refracting surfaces of a lens are parts.
◦ Optic Axis: The
imaginary line passing through the centres of curvature and the optic
centre of a lens.
◦ Aperture: The area of the lens through
which light passes. Can be varied in optical instruments.
◦
Principal Focus (F)
▪ Convex Lens: Light rays near and
parallel to the optic axis, after refraction, converge at a point on
the optic axis on the other side of the lens. This point is the
principal focus (F) and is considered real.
▪ Concave Lens:
Light rays near and parallel to the optic axis, after refraction,
appear to diverge from a point on the optic axis on the same side of
the lens. This point is the principal focus (F) and is considered
virtual.
◦ Focal Length (f): The distance from the optic
centre of the lens to the principal focus.
• Image Formation
by Lenses
◦ Real Images: Can be projected on a screen.
Examples include images captured on a camera or formed on a cinema
screen.
◦ Virtual Images: Cannot be captured on a screen, but
can only be seen.
• Ray Diagram Rules (Convex Lens)
◦ A
ray of light parallel to the optic axis passes through the principal
focus on the other side after refraction.
◦ A ray of light
passing through the optic centre goes undeviated.
◦ A ray of
light passing through the focus on the same side of the object
incidents on the lens becomes parallel to the optic axis after
refraction.
• Image Characteristics (Convex Lens)
◦
Object Position: Beyond 2F
▪ Image Position: Between F and 2F
on the other side.
▪ Characteristics: Diminished, inverted,
real.
◦ Object Position: At 2F
▪ Image Position: At 2F
on the other side.
▪ Characteristics: Same size, inverted,
real.
◦ Object Position: Between F and 2F
▪ Image
Position: Beyond 2F on the other side.
▪ Characteristics:
Magnified, inverted, real.
◦ Object Position: At F
▪
Image Position: At infinity.
▪ Characteristics: Highly
magnified, inverted, real.
◦ Object Position: Between F and
the lens (O)
▪ Image Position: On the same side of the
object.
▪ Characteristics: Magnified, erect, virtual. (A
convex lens can form a virtual image).
• Image Characteristics
(Concave Lens)
◦ Regardless of object position, a concave lens
always forms an image that is virtual, erect, and diminished.
◦
The image position is always between F and the lens on the same side
of the object. This is because a concave lens diverges light rays.
•
Lens Equation
◦ Relates focal length (f), object distance (u),
and image distance (v):
▪ 1/f = 1/v - 1/u
▪
Alternatively: f = (uv) / (u - v)
• Cartesian Sign
Convention
◦ Origin: All distances should be measured from the
optic centre of the lens.
◦ Direction of Measurement:
▪
Distances measured in the same direction as the incident ray are
considered positive.
▪ Distances measured in the opposite
direction of the incident ray are considered negative.
◦
Height Measurement:
▪ Distances measured above the optic axis
are considered positive.
▪ Distances measured below the optic
axis are considered negative.
• Magnification (m)
◦ The
ratio of the height of the image to the height of the object.
◦
Formulae: m = hi / ho (height of image / height of object) OR m = v /
u (distance to image / distance to object).
◦ No unit.
◦
Sign of Magnification and Image Nature:
▪ Positive
magnification: Indicates an erect image.
▪ Negative
magnification: Indicates an inverted image.
▪ If |m| < 1:
Image is diminished (smaller than object).
▪ If |m| > 1:
Image is magnified (larger than object).
• Power of Lens (P)
◦
The ability of a lens to converge or diverge light rays incident on
it.
◦ It is the reciprocal of focal length.
◦ Formula:
P = 1/f (where focal length 'f' must be in metres).
◦ SI unit:
dioptre (D). One dioptre is the power of a lens with a focal length
of one metre.
◦ Sign of Power:
▪ Positive power:
Indicates a convex lens.
▪ Negative power: Indicates a concave
lens.
• Instruments Using Lenses
◦ Spectacles, simple
microscope, compound microscope, telescope.
• Compound
Microscope
◦ Used to magnify micro objects.
◦ Main
Parts:
▪ Objective: Lens placed close to the object; has a
shorter focal length. Forms a large, real, inverted image of the
object, which acts as the object for the eyepiece.
▪ Eyepiece:
Lens through which the image is observed; has a greater focal length
than the objective. Forms a large, virtual image of the objective's
image.
• Refracting Telescope
◦ Instruments used to see
distant objects clearly.
◦ Main Parts:
▪ Objective: Has
a longer focal length and larger aperture. Forms a small, real, and
inverted image of a distant object.
▪ Eyepiece: Has a shorter
focal length and smaller aperture. Views the image formed by the
objective, creating a virtual image.
◦ Safety Note: Do not
look at the sun through a telescope.
Chapter
3: The World of Colours and Vision
This chapter explores light
phenomena such as dispersion, scattering, and how the human eye
perceives colours and vision.
• Refraction through a Glass
Prism
◦ When light enters and leaves a prism, it deviates
towards the base of the prism due to refraction.
• Dispersion
of Light
◦ The phenomenon of splitting up of a composite light
into its component colours.
◦ Spectrum: The orderly
arrangement of component colours in white light. For sunlight, these
are Violet, Indigo, Blue, Green, Yellow, Orange, and Red (VIBGYOR).
◦
Deviation and Wavelength: The extent of deviation depends on the
wavelength of light.
▪ Red light, having the longest
wavelength, deviates the least.
▪ Violet light, having the
shortest wavelength, deviates the most.
• Rainbow
◦ A
natural phenomenon formed as a result of the combined effect of
refraction, dispersion, and internal reflection of sunlight within
water droplets.
◦ Always formed in a direction opposite to the
sun.
• Recombination of Colours
◦ The rays of different
colours, dispersed by a prism, can be recombined (e.g., using a
second identical prism inverted) to produce white light.
•
Electromagnetic Spectrum
◦ The orderly distribution of
electromagnetic radiations.
◦ Electromagnetic Radiations: Do
not require a medium to travel and travel through vacuum at the speed
of light (3 x 10^8 m/s).
◦ Components of Sunlight: Include
visible light, infrared radiation (main reason for heat), and
ultraviolet radiation (helps produce Vitamin D).
◦ Radiations
in ascending order of wavelength: Gamma rays, X-rays, Ultraviolet,
Visible light, Infrared, Microwaves, Radio waves.
• Primary
Colours of Light
◦ Red, Green, and Blue (RGB) are the primary
colours of light. Combining them can create all other coloured lights
and white light.
• Secondary Colours of Light
◦
Coloured light formed by combining any two primary colours.
▪
Red + Green = Yellow.
▪ Red + Blue = Magenta.
▪ Blue +
Green = Cyan.
▪ Red + Green + Blue = White (if of the same
intensity).
• Complementary Colours
◦ Pairs of colours
which, when combined, produce white light.
▪ Yellow (Red +
Green) + Blue = White.
▪ Magenta (Red + Blue) + Green =
White.
▪ Cyan (Blue + Green) + Red = White.
•
Persistence of Vision
◦ The phenomenon where the visual
experience of an object persists for about 1/16 of a second even
after the object is removed from the field of vision.
◦
Explains seeing a ring of fire when a burning stick is whirled
rapidly, or Newton's colour disc appearing white when rotated fast.
•
Colours of Transparent Objects
◦ A transparent object (filter)
transmits its own colour and its component colours from white light,
blocking others.
• Colour of Opaque Objects
◦ We see an
object in the colour of the light that is reflected from the object
to our eyes.
◦ An opaque object absorbs all other colours that
fall on it.
◦ An opaque object of a secondary colour reflects
its own colour and its component colours.
◦ A surface that
reflects all colours will appear white in white light.
◦ A
surface that absorbs all colours appears dark.
• Scattering of
Light
◦ The irregular and partial directional deviation of
light when it encounters particles in a medium. Causes light to
spread.
◦ The intensity of scattering depends on the size of
the particles and the wavelength of light.
▪ Shorter
wavelengths (violet, indigo, blue) undergo more scattering.
▪
If the size of particles is greater than the wavelength of light,
scattering will be the same for all colours.
◦ Tyndall Effect:
The phenomenon where the path of light becomes visible when passing
through a colloidal liquid or suspension, due to the scattering of
light by tiny illuminated particles.
◦ Blue Colour of the Sky:
Caused by the preferential scattering of shorter wavelengths (violet,
indigo, blue) by atmospheric particles. The scattered blue light
spreads across the sky.
◦ Colour of Setting and Rising Sun:
During sunrise and sunset, sunlight travels a longer distance through
the atmosphere. Shorter wavelengths are scattered away, so longer
wavelengths (red, yellow, orange) are prominent in the light reaching
the Earth.
• Eye and Vision
◦ Power of Accommodation:
The eye's ability to change the curvature of the lens and adjust the
focal length so that the image of an object always falls on the
retina, regardless of the object's position. This is achieved by the
ciliary muscles.
◦ Near Point: The nearest point at which an
object can be seen clearly. For healthy eyes, it is 25 cm.
◦
Far Point: The farthest point at which an object can be seen clearly.
For healthy eyes, this is considered to be infinity.
• Defects
of Vision
◦ Short Sightedness (Myopia)
▪ People can see
nearby objects clearly but not distant objects.
▪ Reasons: The
size of the eyeball is larger, or the power of the eye lens is more.
The image forms in front of the retina.
▪ Rectification: Using
a concave lens with suitable power.
◦ Long Sightedness
(Hypermetropia)
▪ People can see distant objects clearly but
not nearby objects.
▪ Reasons: The size of the eyeball is
smaller, or the power of the eye lens is less. The image forms behind
the retina. The near point is more than 25 cm.
▪
Rectification: Using a convex lens with suitable power.
◦
Presbyopia
▪ Occurs in older people, where the near point is
more than 25 cm due to decreased efficiency of the ciliary muscles,
leading to less power of accommodation.
• Light Pollution
◦
The creation of artificial light in excessive amounts and intensity,
which harms the natural habitat and adversely affects natural
activities, mental and physical health of humans.
◦
Consequences include difficulty during night driving, obstructing
astronomical observations, and misleading migratory birds.
•
Photoperiodism
◦ The phenomenon where certain plants bloom,
bear fruit, and shed leaves at different times of the year,
controlled by a protein (phytochrome) that identifies the amount of
sunlight received in each season. Can be affected by light pollution.
Chapter
4: Magnetic Effect of Electric Current
This chapter explores the
relationship between electricity and magnetism, focusing on how
magnetic fields are created by electric currents and their
applications.
• Magnetic Field
◦ A region around a
magnet where its influence can be felt.
◦ Magnetic Flux Lines:
Imaginary lines used to visualise the magnetic field.
◦
Direction of Flux Lines:
▪ Outside a magnet: From the North
pole to the South pole.
▪ Inside a magnet: From the South pole
to the North pole.
• Magnetic Effect of Electricity
◦ A
magnetic field is formed around a current-carrying conductor.
◦
This magnetic field can exert a force on a magnetic needle, causing
it to deflect.
◦ Hans Christian Oersted discovered this
relationship in 1820, laying the foundation for advancements in
electricity. The CGS unit of magnetic field intensity, oersted, is
named in his honour.
• Right Hand Thumb Rule
◦ A method
to find the direction of the magnetic field around a current-carrying
conductor.
◦ Rule: Imagine holding a conductor with your right
hand so that your thumb points in the direction of the electric
current. Your fingers curled around the conductor will indicate the
direction of the magnetic field.
• Ampere's Swimming Rule
◦
Another rule to find the direction of the magnetic field around a
current-carrying conductor. Imagine a person swimming in the
direction of the electric current, looking at the magnetic needle;
the north pole of the magnetic needle will deflect towards the left
side of the person.
• Solenoid
◦ An insulated conductor
wound in a spiral shape, resembling a spring, where the centres of
all the turns lie on the same straight line.
◦ Factors
influencing the magnetic strength of a current-carrying solenoid:
▪
Number of turns of the conductor per unit length (more turns, greater
strength).
▪ Current strength (higher current, greater
strength).
▪ Nature of the core material (e.g., placing a soft
iron core significantly increases strength).
▪ Area of
cross-section of the core (larger area, greater strength).
◦
Polarity of Solenoid (Right Hand Solenoid Rule)
▪ If you hold
a current-carrying solenoid with your right hand so that your four
fingers curl the coils in the direction of the current, your thumb
points towards the north pole of the solenoid.
▪ Clockwise
current at an end corresponds to a South pole.
▪ Anticlockwise
current at an end corresponds to a North pole.
◦ Similarity
with Bar Magnet: The magnetic field lines around a current-carrying
solenoid are alike those around a bar magnet.
•
Electromagnets
◦ Devices that create a magnetic field using
electricity.
◦ Characteristics:
▪ Their magnetism is
temporary (only present when current flows).
▪ Their magnetic
strength can be varied.
▪ Their polarity can be changed by
reversing the direction of the current.
◦ Applications of
strong electromagnets: Cranes, Maglev trains, MRI scanners, electric
motors.
▪ MRI Scanner Safety: Strong magnetic fields can
attract magnetic materials forcefully, requiring patients to remove
metal ornaments for safety and accuracy.
• Motor Principle
◦
A current-carrying conductor which is free to move, when placed in a
magnetic field, exhibits a tendency to deflect.
◦ This
principle states that an electric current in a magnetic field
experiences a force.
◦ Factors influencing the direction of
force on a conductor: Direction of electric current and direction of
magnetic field.
◦ The direction of the force, the magnetic
field, and the electric current are mutually perpendicular.
◦
Fleming’s Left Hand Rule
▪ Used to find the direction of the
force (motion) experienced by a conductor.
▪ Rule: Hold the
thumb, first finger, and second finger of your left hand
perpendicular to each other. If the First finger points in the
direction of the magnetic field and the seCond finger in the
direction of the electric current, then the thuMb will indicate the
direction of the force experienced by the conductor.
•
Electric Motor
◦ A device that converts electric energy into
mechanical energy based on the motor principle.
◦ Main
Parts:
▪ Magnetic Poles (N, S): Provide the magnetic field.
▪
Armature (ABCD): A coil of insulated copper wire wound over a soft
iron core, firmly attached to an axis and free to rotate.
▪
Split Rings (R1, R2) / Commutator: A special arrangement that changes
the direction of the current through the armature after each half
rotation, ensuring continuous rotation in the same direction.
▪
Graphite Brushes (B1, B2): Make contact with the split rings to
supply current to the armature.
◦ Working Principle: Forces
are experienced in opposite directions on the sides of the armature
(AB and CD) when current flows through them in the magnetic field,
causing rotation. The commutator reverses the current direction in
the coil every half rotation to maintain continuous rotation in one
direction.
◦ BLDC Motor (Brushless Direct Current Motor):
Operates without brushes and split rings, using an electronic switch
to change current direction. More energy-efficient.
• Moving
Coil Loudspeaker
◦ Operates based on the motor principle.
◦
Main Parts: Paper diaphragm, voice coil, field magnet.
◦
Working: Electric audio signals are passed through a voice coil
placed in a magnetic field. The coil experiences a force and
vibrates. This vibration causes the diaphragm to vibrate, which in
turn reproduces the sound.
◦ Energy Conversion: Converts
electric signals (energy) into mechanical vibration, which then
creates sound waves. write all the same without page reference
അധ്യായം
1:
ശബ്ദതരംഗങ്ങൾ
ഈ
അധ്യായം ശബ്ദതരംഗങ്ങളുടെ
അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു,
അടിസ്ഥാന
ചലനങ്ങളിൽ നിന്ന് തുടങ്ങി
തരംഗങ്ങളുടെ സവിശേഷതകളിലേക്കും
പ്രായോഗികതകളിലേക്കും
മുന്നേറുന്നു.
ദോലനം (Oscillation)
ഒരു വസ്തു അതിന്റെ സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ഒരു നിശ്ചിത ഇടവേളകളിൽ അങ്ങോട്ടുമിങ്ങോട്ടും ചലിക്കുന്ന ആവർത്തന ചലനമാണിത്.
സന്തുലിതാവസ്ഥ: ഒരു ഊഞ്ഞാൽ സ്വതന്ത്രമായി ദോലനം ആരംഭിക്കുമ്പോൾ അത് നിൽക്കുന്ന ആദ്യത്തെ സ്ഥാനം.
ഒരു ദോലനം: ഒരു വസ്തു അത് ആരംഭിച്ച അതേ ദിശയിൽ അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്തേക്ക് തിരിച്ചെത്തുമ്പോൾ ഒരു ദോലനം പൂർത്തിയാകുന്നു. ഒരു പെൻഡുലം 'O' ൽ നിന്ന് ആരംഭിച്ച് 'A' ലേക്ക് പോയി, പിന്നീട് 'B' ലേക്ക് പോയി 'O' ലേക്ക് തിരിച്ചെത്തുമ്പോൾ. അല്ലെങ്കിൽ, 'A' ൽ നിന്ന് ആരംഭിച്ച് 'B' ൽ എത്തുകയും തിരികെ 'A' ലേക്ക് എത്തുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ.
ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡ് (a)
ഒരു വസ്തു അതിന്റെ സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ഒരു വശത്തേക്ക് ഉണ്ടാക്കുന്ന പരമാവധി സ്ഥാനാന്തരത്തിന്റെ അളവ്.
SI യൂണിറ്റ്: മീറ്റർ (m).
ആവർത്തനകാലം (Period - T)
ഒരു ദോലനം പൂർത്തിയാക്കാൻ എടുക്കുന്ന സമയം.
SI യൂണിറ്റ്: സെക്കൻഡ് (s).
ഉദാഹരണം: ഒരു പെൻഡുലം 30 ദോലനങ്ങൾ പൂർത്തിയാക്കാൻ 1 മിനിറ്റ് (60 s) എടുക്കുന്നുവെങ്കിൽ, അതിന്റെ ആവർത്തനകാലം 60/30 = 2 s ആണ്.
ആവൃത്തി (Frequency - f)
ഒരു സെക്കൻഡിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ദോലനങ്ങളുടെ എണ്ണം.
SI യൂണിറ്റ്: ഹെർട്സ് (Hz). വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങൾ പരീക്ഷണത്തിലൂടെ തെളിയിച്ച ഹെൻറിച്ച് റുഡോൾഫ് ഹെർട്സിനോടുള്ള ആദരസൂചകമായി ഈ പേര് നൽകി.
ആവർത്തനകാലവുമായുള്ള ബന്ധം: ആവൃത്തി ആവർത്തനകാലത്തിന്റെ വ്യുൽക്രമമാണ് (f = 1/T). ആവർത്തനകാലം കൂടുമ്പോൾ ആവൃത്തി കുറയുന്നു.
പ്രായോഗിക യൂണിറ്റുകൾ: 1 kHz = 1000 Hz (10^3 Hz); 1 MHz = 1,000,000 Hz (10^6 Hz).
സ്വാഭാവിക ആവൃത്തി (Natural Frequency)
ഒരു വസ്തുവിന് സ്വതന്ത്രമായി കമ്പനം ചെയ്യാനുള്ള സഹജമായ ആവൃത്തി.
സ്വാഭാവിക ആവൃത്തിയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ: വസ്തുവിന്റെ നീളം, വസ്തുവിന്റെ വലുപ്പം, ഇലാസ്തികത, വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവം.
പ്രേരിത കമ്പനം (Forced Vibration)
ബാഹ്യമായ ഒരു കമ്പനം ചെയ്യുന്ന വസ്തുവിനാൽ ഒരു വസ്തുവിൽ ഉണ്ടാകുന്ന കമ്പനം.
ഉദാഹരണം: മിക്സി ഒരു മേശപ്പുറത്ത് വെക്കുമ്പോൾ മേശ കമ്പനം ചെയ്യുന്നത്.
അനുനാദം (Resonance)
പ്രേരിപ്പിക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെയും പ്രേരിത വസ്തുവിന്റെയും സ്വാഭാവിക ആവൃത്തി തുല്യമാകുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്നു.
ഫലം: അനുനാദത്തിന് വിധേയമാകുന്ന വസ്തുക്കൾക്ക് പരമാവധി ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡിൽ കമ്പനം ചെയ്യാൻ കഴിയും.
ഉപയോഗങ്ങൾ: എംആർഐ സ്കാനിംഗ്, റേഡിയോ ട്യൂണിംഗ്, സംഗീത ഉപകരണങ്ങൾ (ഉദാഹരണത്തിന്, ഗിറ്റാർ, വയലിൻ, വീണ, ഹാർമോണിയം, മൃദംഗം, ട്രമ്പറ്റുകൾ, നാഗസ്വരം), സ്റ്റെതസ്കോപ്പ് (നേർത്ത ഹൃദയമിടിപ്പുകൾ കേൾക്കാൻ).
തരംഗചലനം (Wave Motion)
മാധ്യമത്തിന്റെ ഒരു ഭാഗത്തുനിന്ന് മറ്റ് ഭാഗങ്ങളിലേക്ക് ഊർജ്ജം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഒരു രീതി.
മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾക്ക് സ്ഥാനാന്തരം സംഭവിക്കാതെ, ദോലനങ്ങളിലൂടെ ഊർജ്ജം ഒരു ഭാഗത്തുനിന്ന് മറ്റ് ഭാഗങ്ങളിലേക്ക് തുടർച്ചയായി വ്യാപിക്കുന്നതിനെയാണിത്.
ഉദാഹരണങ്ങൾ: റേഡിയോ തരംഗങ്ങൾ, ഭൂകമ്പ തരംഗങ്ങൾ, പ്രകാശതരംഗങ്ങൾ, ശബ്ദതരംഗങ്ങൾ, ജലപ്രതലത്തിലെ ഓളങ്ങൾ.
യാന്ത്രിക തരംഗങ്ങൾ (Mechanical Waves)
പ്രസരണത്തിന് ഒരു മാധ്യമം ആവശ്യമുള്ള തരംഗങ്ങൾ.
തരങ്ങൾ: അനുദൈർഘ്യ തരംഗങ്ങൾ (Longitudinal waves) ഉം തിരശ്ചീന തരംഗങ്ങൾ (Transverse waves) ഉം.
അനുദൈർഘ്യ തരംഗങ്ങൾ: മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾ തരംഗത്തിന്റെ പ്രസരണ ദിശയ്ക്ക് സമാന്തരമായി കമ്പനം ചെയ്യുന്നു.
ശബ്ദം ഒരു അനുദൈർഘ്യ തരംഗമാണ്.
സമ്മർദ്ദ മേഖലകൾ (അകന്നിരിക്കുന്ന വായു തന്മാത്രകളുള്ള ഉയർന്ന മർദ്ദമുള്ള പ്രദേശങ്ങൾ) യും വിരളന മേഖലകൾ (അകന്നിരിക്കുന്ന വായു തന്മാത്രകളുള്ള കുറഞ്ഞ മർദ്ദമുള്ള പ്രദേശങ്ങൾ) യും മാറിമാറി രൂപീകരിച്ച് ഒരു മാധ്യമത്തിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നു.
തിരശ്ചീന തരംഗങ്ങൾ: മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾ തരംഗത്തിന്റെ പ്രസരണ ദിശയ്ക്ക് ലംബമായി കമ്പനം ചെയ്യുന്നു.
വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങൾ തിരശ്ചീന തരംഗങ്ങളാണ്.
സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ഉന്നത ഭാഗങ്ങളെ (ഉയർന്ന ഭാഗങ്ങൾ) ക്രസ്റ്റുകൾ എന്നും താഴ്ന്ന ഭാഗങ്ങളെ ട്രഫുകൾ എന്നും പറയുന്നു.
വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങൾ (Electromagnetic Waves)
പ്രസരണത്തിന് ഒരു മാധ്യമം ആവശ്യമില്ലാത്ത തരംഗങ്ങൾ.
ഉദാഹരണങ്ങൾ: റേഡിയോ തരംഗങ്ങൾ, മൈക്രോവേവുകൾ, ഇൻഫ്രാറെഡ് രശ്മികൾ, ദൃശ്യപ്രകാശം, അൾട്രാവയലറ്റ് രശ്മികൾ, എക്സ്-റേ, ഗാമാ കിരണങ്ങൾ.
തരംഗങ്ങളുടെ സവിശേഷതകൾ (Characteristics of Waves)
ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡ്: തരംഗത്തിന്റെ സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ഉണ്ടാകുന്ന പരമാവധി സ്ഥാനാന്തരത്തിന്റെ അളവ്.
ആവൃത്തി: ഒരു സെക്കൻഡിൽ ഒരു ബിന്ദുവിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ചക്രങ്ങളുടെ എണ്ണം.
ആവർത്തനകാലം: മാധ്യമത്തിലെ ഒരു കണിക ഒരു കമ്പനം (ഒരു ചക്രം) പൂർത്തിയാക്കാൻ എടുക്കുന്ന സമയം.
തരംഗദൈർഘ്യം (λ)
ഒരേ കമ്പനാവസ്ഥയിലുള്ള അടുത്തടുത്തുള്ള രണ്ട് കണികകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം.
കൂടാതെ, മാധ്യമത്തിലെ ഓരോ കണികയും ഒരു കമ്പനം പൂർത്തിയാക്കാൻ എടുക്കുന്ന സമയത്ത് തരംഗം സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം.
തിരശ്ചീന തരംഗങ്ങൾക്ക്: അടുത്തടുത്തുള്ള രണ്ട് ക്രസ്റ്റുകൾ അല്ലെങ്കിൽ രണ്ട് ട്രഫുകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം.
അനുദൈർഘ്യ തരംഗങ്ങൾക്ക്: അടുത്തടുത്തുള്ള രണ്ട് സമ്മർദ്ദ മേഖലകൾ അല്ലെങ്കിൽ രണ്ട് വിരളന മേഖലകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം.
യൂണിറ്റ്: മീറ്റർ (m).
തരംഗത്തിന്റെ വേഗത (v)
ഒരു സെക്കൻഡിൽ തരംഗം സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം.
യൂണിറ്റ്: m/s.
ബന്ധം: v = fλ (തരംഗത്തിന്റെ വേഗത = ആവൃത്തി × തരംഗദൈർഘ്യം).
ശബ്ദത്തിന്റെ പ്രതിഫലനം (Reflection of Sound)
ശബ്ദതരംഗങ്ങൾ വസ്തുക്കളിൽ തട്ടിയ ശേഷം പ്രതിഫലിക്കുന്നു.
മിനുസമുള്ള പ്രതലങ്ങൾ പരുക്കൻ പ്രതലങ്ങളെക്കാൾ ഫലപ്രദമായി ശബ്ദത്തെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു.
ഉപയോഗങ്ങൾ: ഹാളുകളിലെ ശബ്ദ ബോർഡുകളും വളഞ്ഞ സീലിംഗുകളും ശബ്ദത്തെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കാനും വ്യാപിപ്പിക്കാനും സഹായിക്കുന്നു.
ശബ്ദത്തിന്റെ ബഹുപ്രതിഫലനം (Multiple Reflection of Sound)
പ്രതിഫലിച്ച ശബ്ദതരംഗങ്ങൾ വീണ്ടും പ്രതിഫലിക്കുന്നു.
പ്രതിധ്വനി (Echo)
ആദ്യത്തെ ശബ്ദത്തിന്റെ പ്രതിഫലനം കാരണം അൽപസമയത്തിനു ശേഷം കേൾക്കുന്ന ശബ്ദം.
കേൾവിയുടെ സ്ഥിരത: ഒരു ശബ്ദം ഉണ്ടാക്കുന്ന ശ്രവണാനുഭവം ഏകദേശം 1/10 സെക്കൻഡ് നിലനിൽക്കുന്നു.
വ്യക്തമായ പ്രതിധ്വനി കേൾക്കാനുള്ള ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ദൂരം: ഒരു പ്രതിധ്വനി വ്യക്തമായി കേൾക്കണമെങ്കിൽ, പ്രതിഫലിക്കുന്ന പ്രതലം കുറഞ്ഞത് 17.5 മീറ്റർ അകലെയായിരിക്കണം (വായുവിലെ ശബ്ദത്തിന്റെ വേഗത 350 m/s എന്ന് പരിഗണിക്കുമ്പോൾ). ശബ്ദം 0.1 സെക്കൻഡിൽ 35 മീറ്റർ (പോയി തിരികെ) സഞ്ചരിക്കുന്നു.
അനുരണനം (Reverberation)
ശബ്ദത്തിന്റെ ബഹുപ്രതിഫലനം കാരണം യഥാർത്ഥ ശബ്ദം നിലച്ചതിനു ശേഷവും ശബ്ദം നിലനിൽക്കുന്നത്. ശബ്ദം ക്രമേണ മങ്ങുന്നു.
ഉദാഹരണം: ഗോൾഗുംബസിലെ വിസ്പറിംഗ് ഗാലറിയിൽ കേൾക്കുന്ന ആവർത്തന ശബ്ദം.
കേൾവി പരിധി (Limits of Audibility)
മനുഷ്യർക്ക് കേൾക്കാൻ കഴിയുന്ന പരിധി: ഏകദേശം 20 Hz മുതൽ 20,000 Hz (20 kHz) വരെ.
ഇൻഫ്രാസോണിക്: 20 Hz-ൽ താഴെയുള്ള ആവൃത്തിയുള്ള ശബ്ദം.
അൾട്രാസോണിക്: 20,000 Hz-ൽ കൂടുതലുള്ള ആവൃത്തിയുള്ള ശബ്ദം.
അൾട്രാസോണിക് തരംഗങ്ങളുടെ ഉപയോഗങ്ങൾ (Uses of Ultrasonic Waves)
മെഡിക്കൽ രംഗം: രോഗനിർണ്ണയത്തിനും ചികിത്സയ്ക്കും (ഉദാഹരണത്തിന്, ചെറിയ വൃക്കയിലെ കല്ലുകൾ പൊട്ടിക്കാൻ, ഫിസിയോതെറാപ്പി, വൃക്ക, കരൾ, പിത്തസഞ്ചി, ഗർഭപാത്രം തുടങ്ങിയ ആന്തരിക അവയവങ്ങളുടെ ഇമേജിംഗ് (അൾട്രാസോണോഗ്രഫി വഴി)).
വൃത്തിയാക്കൽ: സ്പൈറൽ ട്യൂബുകൾ, ക്രമരഹിതമായ യന്ത്ര ഭാഗങ്ങൾ, ഇലക്ട്രോണിക് ഘടകങ്ങൾ എന്നിവ വൃത്തിയാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
സോണാർ: വെള്ളത്തിനടിയിലുള്ള വസ്തുക്കളിലേക്കുള്ള ദൂരം കണ്ടെത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ദോഷകരമായ തരംഗങ്ങൾ (Harmful Waves)
ഒരു നിശ്ചിത തീവ്രതയ്ക്ക് മുകളിലുള്ള ഏത് തരംഗവും ദോഷകരമായ ഫലങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കാം.
ഭൂകമ്പ തരംഗങ്ങൾ (Seismic Waves): ഭൂകമ്പങ്ങൾ, അഗ്നിപർവത സ്ഫോടനങ്ങൾ, വലിയ സ്ഫോടനങ്ങൾ എന്നിവയുടെ ഫലമായി ഭൂമിയുടെ പുറന്തോടിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന തരംഗങ്ങൾ. അവയുടെ തീവ്രത റിക്ടർ സ്കെയിൽ ഉപയോഗിച്ച് നിർണ്ണയിക്കുന്നു.
സുനാമി: കടലിലെ വലിയ അളവിലുള്ള ജലത്തിന്റെ സ്ഥാനാന്തരത്താൽ ഉണ്ടാകുന്ന ഭീമാകാരമായ സമുദ്ര തരംഗങ്ങളുടെ ഒരു ശ്രേണി, പലപ്പോഴും കടലിനടിയിലെ ഭൂകമ്പങ്ങൾ മൂലമാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്. ഔദ്യോഗിക സുനാമി മുന്നറിയിപ്പ് കേന്ദ്രങ്ങളുടെ നിർദ്ദേശങ്ങൾ പാലിക്കുന്നത് ഒരു സുരക്ഷാ നടപടിയാണ്.
അധ്യായം
2:
ലെൻസുകൾ
ഈ
അധ്യായം ലെൻസുകളുടെ സവിശേഷതകൾ,
അവ
എങ്ങനെ ചിത്രങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു,
വിവിധ
ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിലെ
അവയുടെ പ്രായോഗികത എന്നിവയെക്കുറിച്ച്
വിശദീകരിക്കുന്നു.
ലെൻസ് (Lens)
ഓരോ അപവർത്തന പ്രതലവും ഒരു ഗോളത്തിന്റെ ഭാഗമായ സുതാര്യമായ മാധ്യമം.
ലെൻസുകളുടെ തരങ്ങൾ (Types of Lenses)
കോൺവെക്സ് ലെൻസ് (Convex Lens)
മധ്യത്തിൽ കട്ടിയുള്ളത്.
പ്രകാശരശ്മികളെ ഒന്നിപ്പിക്കുന്നു.
വസ്തുക്കളെ വലുതാക്കി കാണിക്കുന്നു.
സൂര്യപ്രകാശത്തെ കേന്ദ്രീകരിച്ച് പേപ്പർ കത്തിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
കോൺകേവ് ലെൻസ് (Concave Lens)
മധ്യത്തിൽ നേർത്തത്.
പ്രകാശരശ്മികളെ വികസിപ്പിക്കുന്നു.
പ്രകാശരശ്മികളെ കേന്ദ്രീകരിച്ച് പേപ്പർ കത്തിക്കാൻ കഴിയില്ല.
ലെൻസുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പദങ്ങൾ (Terms Related to Lenses)
പ്രകാശിക കേന്ദ്രം (Optic Centre - O): ഒരു ലെൻസിന്റെ മധ്യബിന്ദു.
വക്രതാ കേന്ദ്രങ്ങൾ (Centres of Curvature - C1, C2): ഒരു ലെൻസിന്റെ അപവർത്തന പ്രതലങ്ങൾ ഭാഗമായ ഗോളങ്ങളുടെ കേന്ദ്രങ്ങൾ.
പ്രകാശിക അക്ഷം (Optic Axis): വക്രതാ കേന്ദ്രങ്ങളിലൂടെയും പ്രകാശിക കേന്ദ്രത്തിലൂടെയും കടന്നുപോകുന്ന സാങ്കൽപ്പിക രേഖ.
അപ്പർച്ചർ (Aperture): പ്രകാശം കടന്നുപോകുന്ന ലെൻസിന്റെ ഭാഗം. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിൽ ഇത് വ്യത്യാസപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.
പ്രധാന ഫോക്കസ് (Principal Focus - F)
കോൺവെക്സ് ലെൻസ്: പ്രകാശിക അക്ഷത്തിന് അടുത്തും സമാന്തരമായും വരുന്ന പ്രകാശരശ്മികൾ, അപവർത്തനത്തിനുശേഷം, ലെൻസിന്റെ മറുഭാഗത്ത് പ്രകാശിക അക്ഷത്തിലെ ഒരു ബിന്ദുവിൽ ഒത്തുചേരുന്നു. ഈ ബിന്ദുവാണ് പ്രധാന ഫോക്കസ് (F), ഇത് യഥാർത്ഥമായി (real) കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.
കോൺകേവ് ലെൻസ്: പ്രകാശിക അക്ഷത്തിന് അടുത്തും സമാന്തരമായും വരുന്ന പ്രകാശരശ്മികൾ, അപവർത്തനത്തിനുശേഷം, ലെൻസിന്റെ അതേ വശത്ത് പ്രകാശിക അക്ഷത്തിലെ ഒരു ബിന്ദുവിൽ നിന്ന് വ്യതിചലിക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു. ഈ ബിന്ദുവാണ് പ്രധാന ഫോക്കസ് (F), ഇത് മിഥ്യാ (virtual) ആയി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.
ഫോക്കൽ ദൂരം (Focal Length - f): ലെൻസിന്റെ പ്രകാശിക കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്ന് പ്രധാന ഫോക്കസിലേക്കുള്ള ദൂരം.
ലെൻസുകൾ വഴിയുള്ള പ്രതിബിംബ രൂപീകരണം (Image Formation by Lenses)
യഥാർത്ഥ പ്രതിബിംബങ്ങൾ (Real Images): ഒരു സ്ക്രീനിൽ പ്രൊജക്ട് ചെയ്യാൻ കഴിയും. ക്യാമറയിൽ പതിയുന്ന ചിത്രങ്ങളും സിനിമാ സ്ക്രീനിൽ രൂപം കൊള്ളുന്ന ചിത്രങ്ങളും ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
മിഥ്യാ പ്രതിബിംബങ്ങൾ (Virtual Images): ഒരു സ്ക്രീനിൽ പകർത്താൻ കഴിയില്ല, കാണാൻ മാത്രമേ കഴിയൂ.
രശ്മിരേഖാ നിയമങ്ങൾ (കോൺവെക്സ് ലെൻസ്) (Ray Diagram Rules - Convex Lens)
പ്രകാശിക അക്ഷത്തിന് സമാന്തരമായ ഒരു പ്രകാശരശ്മി, അപവർത്തനത്തിനുശേഷം, ലെൻസിന്റെ മറുഭാഗത്തുള്ള പ്രധാന ഫോക്കസിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു.
പ്രകാശിക കേന്ദ്രത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ഒരു പ്രകാശരശ്മിക്ക് വ്യതിയാനം സംഭവിക്കുന്നില്ല.
വസ്തുവിന്റെ അതേ വശത്തുള്ള ഫോക്കസിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ഒരു പ്രകാശരശ്മി ലെൻസിൽ പതിക്കുമ്പോൾ, അപവർത്തനത്തിനുശേഷം, പ്രകാശിക അക്ഷത്തിന് സമാന്തരമാകുന്നു.
പ്രതിബിംബ സവിശേഷതകൾ (കോൺവെക്സ് ലെൻസ്) (Image Characteristics - Convex Lens)
വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനം: 2F-ന് അപ്പുറം
പ്രതിബിംബത്തിന്റെ സ്ഥാനം: മറുഭാഗത്ത് F-നും 2F-നും ഇടയിൽ.
സവിശേഷതകൾ: ചെറുത്, തലകീഴായത്, യഥാർത്ഥം.
വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനം: 2F-ൽ
പ്രതിബിംബത്തിന്റെ സ്ഥാനം: മറുഭാഗത്ത് 2F-ൽ.
സവിശേഷതകൾ: അതേ വലുപ്പം, തലകീഴായത്, യഥാർത്ഥം.
വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനം: F-നും 2F-നും ഇടയിൽ
പ്രതിബിംബത്തിന്റെ സ്ഥാനം: മറുഭാഗത്ത് 2F-ന് അപ്പുറം.
സവിശേഷതകൾ: വലുതാക്കിയത്, തലകീഴായത്, യഥാർത്ഥം.
വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനം: F-ൽ
പ്രതിബിംബത്തിന്റെ സ്ഥാനം: അനന്തതയിൽ.
സവിശേഷതകൾ: വളരെ വലുതാക്കിയത്, തലകീഴായത്, യഥാർത്ഥം.
വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനം: F-നും ലെൻസിനും (O) ഇടയിൽ
പ്രതിബിംബത്തിന്റെ സ്ഥാനം: വസ്തുവിന്റെ അതേ വശത്ത്.
സവിശേഷതകൾ: വലുതാക്കിയത്, നിവർന്നത്, മിഥ്യ. (ഒരു കോൺവെക്സ് ലെൻസിന് ഒരു മിഥ്യാ പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്താൻ കഴിയും).
പ്രതിബിംബ സവിശേഷതകൾ (കോൺകേവ് ലെൻസ്) (Image Characteristics - Concave Lens)
വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനം പരിഗണിക്കാതെ, ഒരു കോൺകേവ് ലെൻസ് എല്ലായ്പ്പോഴും മിഥ്യയും, നിവർന്നതും, ചെറുതുമായ ഒരു പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.
പ്രതിബിംബത്തിന്റെ സ്ഥാനം എല്ലായ്പ്പോഴും F-നും ലെൻസിനും ഇടയിൽ വസ്തുവിന്റെ അതേ വശത്തായിരിക്കും. ഒരു കോൺകേവ് ലെൻസ് പ്രകാശരശ്മികളെ വികസിപ്പിക്കുന്നതുകൊണ്ടാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്.
ലെൻസ് സമവാക്യം (Lens Equation)
ഫോക്കൽ ദൂരം (f), വസ്തുവിന്റെ ദൂരം (u), പ്രതിബിംബത്തിന്റെ ദൂരം (v) എന്നിവയെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു:
1/f = 1/v - 1/u
അല്ലെങ്കിൽ: f = (uv) / (u - v)
കാർട്ടീഷ്യൻ ചിഹ്ന വ്യവസ്ഥ (Cartesian Sign Convention)
ആരംഭബിന്ദു: എല്ലാ ദൂരങ്ങളും ലെൻസിന്റെ പ്രകാശിക കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്ന് അളക്കണം.
അളക്കുന്ന ദിശ:
പതിക്കുന്ന രശ്മിയുടെ അതേ ദിശയിൽ അളക്കുന്ന ദൂരങ്ങൾ പോസിറ്റീവായി കണക്കാക്കുന്നു.
പതിക്കുന്ന രശ്മിയുടെ എതിർദിശയിൽ അളക്കുന്ന ദൂരങ്ങൾ നെഗറ്റീവായി കണക്കാക്കുന്നു.
ഉയരം അളക്കൽ:
പ്രകാശിക അക്ഷത്തിന് മുകളിലേക്ക് അളക്കുന്ന ദൂരങ്ങൾ പോസിറ്റീവായി കണക്കാക്കുന്നു.
പ്രകാശിക അക്ഷത്തിന് താഴേക്ക് അളക്കുന്ന ദൂരങ്ങൾ നെഗറ്റീവായി കണക്കാക്കുന്നു.
മാഗ്നിഫിക്കേഷൻ (m) / ആവർധനം
പ്രതിബിംബത്തിന്റെ ഉയരവും വസ്തുവിന്റെ ഉയരവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം.
സൂത്രവാക്യങ്ങൾ: m = hi / ho (പ്രതിബിംബത്തിന്റെ ഉയരം / വസ്തുവിന്റെ ഉയരം) അല്ലെങ്കിൽ m = v / u (പ്രതിബിംബത്തിലേക്കുള്ള ദൂരം / വസ്തുവിലേക്കുള്ള ദൂരം).
യൂണിറ്റ് ഇല്ല.
മാഗ്നിഫിക്കേഷന്റെ ചിഹ്നവും പ്രതിബിംബത്തിന്റെ സ്വഭാവവും:
പോസിറ്റീവ് മാഗ്നിഫിക്കേഷൻ: നിവർന്ന പ്രതിബിംബത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
നെഗറ്റീവ് മാഗ്നിഫിക്കേഷൻ: തലകീഴായ പ്രതിബിംബത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
|m| < 1 ആണെങ്കിൽ: പ്രതിബിംബം ചെറുതാണ് (വസ്തുവിനെക്കാൾ ചെറുത്).
|m| > 1 ആണെങ്കിൽ: പ്രതിബിംബം വലുതാണ് (വസ്തുവിനെക്കാൾ വലുത്).
ലെൻസിന്റെ പവർ (P) / ശക്തി
ഒരു ലെൻസിന് അതിൽ പതിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മികളെ ഒന്നിപ്പിക്കാനോ വികസിപ്പിക്കാനോ ഉള്ള കഴിവ്.
ഇത് ഫോക്കൽ ദൂരത്തിന്റെ വ്യുൽക്രമമാണ്.
സൂത്രവാക്യം: P = 1/f (focal length 'f' മീറ്ററിൽ ആയിരിക്കണം).
SI യൂണിറ്റ്: ഡയോപ്റ്റർ (D). ഒരു മീറ്റർ ഫോക്കൽ ദൂരമുള്ള ലെൻസിന്റെ പവർ ഒരു ഡയോപ്റ്ററാണ്.
പവറിന്റെ ചിഹ്നം:
പോസിറ്റീവ് പവർ: കോൺവെക്സ് ലെൻസിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
നെഗറ്റീവ് പവർ: കോൺകേവ് ലെൻസിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
ലെൻസുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ (Instruments Using Lenses)
കണ്ണടകൾ, ലളിതമായ മൈക്രോസ്കോപ്പ്, സംയുക്ത മൈക്രോസ്കോപ്പ്, ടെലിസ്കോപ്പ്.
സംയുക്ത മൈക്രോസ്കോപ്പ് (Compound Microscope)
സൂക്ഷ്മ വസ്തുക്കളെ വലുതാക്കി കാണിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ:
ഒബ്ജക്റ്റീവ് ലെൻസ്: വസ്തുവിനോട് ചേർന്ന് വെച്ചിരിക്കുന്ന ലെൻസ്; ഇതിന് ഫോക്കൽ ദൂരം കുറവാണ്. വസ്തുവിന്റെ വലുതും യഥാർത്ഥവും തലകീഴായതുമായ പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്തുന്നു, ഇത് ഐപീസിന് ഒരു വസ്തുവായി വർത്തിക്കുന്നു.
ഐപീസ്: പ്രതിബിംബം നിരീക്ഷിക്കുന്ന ലെൻസ്; ഇതിന് ഒബ്ജക്റ്റീവിനെക്കാൾ വലിയ ഫോക്കൽ ദൂരമുണ്ട്. ഒബ്ജക്റ്റീവിന്റെ പ്രതിബിംബത്തിന്റെ വലുതും മിഥ്യയുമായ പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.
അപവർത്തന ടെലിസ്കോപ്പ് (Refracting Telescope)
ദൂരെയുള്ള വസ്തുക്കളെ വ്യക്തമായി കാണാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ.
പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ:
ഒബ്ജക്റ്റീവ് ലെൻസ്: വലിയ ഫോക്കൽ ദൂരവും വലിയ അപ്പർച്ചറും ഉണ്ട്. ദൂരെയുള്ള ഒരു വസ്തുവിന്റെ ചെറുതും യഥാർത്ഥവും തലകീഴായതുമായ പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.
ഐപീസ്: കുറഞ്ഞ ഫോക്കൽ ദൂരവും ചെറിയ അപ്പർച്ചറും ഉണ്ട്. ഒബ്ജക്റ്റീവ് രൂപപ്പെടുത്തിയ പ്രതിബിംബം കാണുന്നു, ഇത് ഒരു മിഥ്യാ പ്രതിബിംബം സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
സുരക്ഷാ നിർദ്ദേശം: ടെലിസ്കോപ്പിലൂടെ സൂര്യനെ നോക്കരുത്.
അധ്യായം
3:
നിറങ്ങളുടെയും
കാഴ്ചയുടെയും ലോകം
പ്രകാശത്തിന്റെ
വിസരണം,
പ്രകീർണനം,
മനുഷ്യന്റെ
കണ്ണ് എങ്ങനെ നിറങ്ങളെയും
കാഴ്ചയെയും തിരിച്ചറിയുന്നു
എന്നിവ ഈ അധ്യായം വിശദീകരിക്കുന്നു.
ഗ്ലാസ് പ്രിസത്തിലൂടെയുള്ള അപവർത്തനം (Refraction through a Glass Prism)
പ്രകാശം ഒരു പ്രിസത്തിലേക്ക് കടക്കുകയും പുറത്തുകടക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, അപവർത്തനം കാരണം അത് പ്രിസത്തിന്റെ അടിത്തട്ടിലേക്ക് വ്യതിചലിക്കുന്നു.
പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രകീർണനം (Dispersion of Light)
സംയുക്ത പ്രകാശം അതിന്റെ ഘടക വർണ്ണങ്ങളായി പിരിയുന്ന പ്രതിഭാസം.
വർണ്ണരാജി (Spectrum): ധവളപ്രകാശത്തിലെ ഘടക വർണ്ണങ്ങളുടെ ക്രമീകരണം. സൂര്യപ്രകാശത്തിൽ ഇവ വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ, നീല, പച്ച, മഞ്ഞ, ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പ് (VIBGYOR) എന്നിവയാണ്.
വ്യതിയാനവും തരംഗദൈർഘ്യവും: വ്യതിയാനത്തിന്റെ വ്യാപ്തി പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
ഏറ്റവും കൂടുതൽ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ചുവപ്പ് പ്രകാശം ഏറ്റവും കുറവ് വ്യതിചലിക്കുന്നു.
ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള വയലറ്റ് പ്രകാശം ഏറ്റവും കൂടുതൽ വ്യതിചലിക്കുന്നു.
മഴവില്ല് (Rainbow)
സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ അപവർത്തനം, പ്രകീർണനം, ജലകണികകൾക്കുള്ളിലെ പൂർണ്ണ ആന്തരിക പ്രതിഫലനം എന്നിവയുടെ സംയോജിത ഫലമായി രൂപപ്പെടുന്ന ഒരു പ്രകൃതി പ്രതിഭാസം.
സൂര്യന് എതിർദിശയിൽ എല്ലായ്പ്പോഴും രൂപപ്പെടുന്നു.
നിറങ്ങളുടെ പുനഃസംയോജനം (Recombination of Colours)
ഒരു പ്രിസം വഴി വിസരിക്കപ്പെട്ട വ്യത്യസ്ത നിറങ്ങളിലുള്ള രശ്മികൾ പുനഃസംയോജിപ്പിച്ച് (ഉദാഹരണത്തിന്, തലകീഴായി വെച്ച ഒരു സമാനമായ രണ്ടാമത്തെ പ്രിസം ഉപയോഗിച്ച്) ധവളപ്രകാശം ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.
വൈദ്യുതകാന്തിക വർണ്ണരാജി (Electromagnetic Spectrum)
വൈദ്യുതകാന്തിക വികിരണങ്ങളുടെ ക്രമീകരണം.
വൈദ്യുതകാന്തിക വികിരണങ്ങൾ: സഞ്ചരിക്കാൻ ഒരു മാധ്യമം ആവശ്യമില്ല, ശൂന്യതയിലൂടെ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗതയിൽ (3 x 10^8 m/s) സഞ്ചരിക്കുന്നു.
സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ ഘടകങ്ങൾ: ദൃശ്യപ്രകാശം, ഇൻഫ്രാറെഡ് വികിരണം (ചൂടിന്റെ പ്രധാന കാരണം), അൾട്രാവയലറ്റ് വികിരണം (വിറ്റാമിൻ ഡി ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു) എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.
തരംഗദൈർഘ്യത്തിന്റെ ആരോഹണ ക്രമത്തിലുള്ള വികിരണങ്ങൾ: ഗാമാ കിരണങ്ങൾ, എക്സ്-റേ, അൾട്രാവയലറ്റ്, ദൃശ്യപ്രകാശം, ഇൻഫ്രാറെഡ്, മൈക്രോവേവ്, റേഡിയോ തരംഗങ്ങൾ.
പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രാഥമിക വർണ്ണങ്ങൾ (Primary Colours of Light)
ചുവപ്പ്, പച്ച, നീല (RGB) എന്നിവയാണ് പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രാഥമിക വർണ്ണങ്ങൾ. ഇവയെ സംയോജിപ്പിച്ച് മറ്റ് എല്ലാ നിറങ്ങളിലുള്ള പ്രകാശവും ധവളപ്രകാശവും സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും.
പ്രകാശത്തിന്റെ ദ്വിതീയ വർണ്ണങ്ങൾ (Secondary Colours of Light)
ഏതെങ്കിലും രണ്ട് പ്രാഥമിക വർണ്ണങ്ങൾ സംയോജിപ്പിച്ച് രൂപപ്പെടുന്ന നിറമുള്ള പ്രകാശം.
ചുവപ്പ് + പച്ച = മഞ്ഞ.
ചുവപ്പ് + നീല = മജന്ത.
നീല + പച്ച = സയൻ.
ചുവപ്പ് + പച്ച + നീല = വെള്ള (ഒരേ തീവ്രതയിലാണെങ്കിൽ).
പൂരക വർണ്ണങ്ങൾ (Complementary Colours)
സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ ധവളപ്രകാശം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന നിറങ്ങളുടെ ജോഡികൾ.
മഞ്ഞ (ചുവപ്പ് + പച്ച) + നീല = വെള്ള.
മജന്ത (ചുവപ്പ് + നീല) + പച്ച = വെള്ള.
സയൻ (നീല + പച്ച) + ചുവപ്പ് = വെള്ള.
കാഴ്ചയുടെ സ്ഥിരത (Persistence of Vision)
ഒരു വസ്തു കാഴ്ചയിൽ നിന്ന് നീക്കം ചെയ്തതിന് ശേഷവും ഏകദേശം 1/16 സെക്കൻഡ് നേരത്തേക്ക് അതിന്റെ ദൃശ്യാനുഭവം നിലനിൽക്കുന്ന പ്രതിഭാസം.
കത്തുന്ന ഒരു വടി വേഗത്തിൽ കറക്കുമ്പോൾ തീവളയം കാണുന്നതും, ന്യൂട്ടന്റെ വർണ്ണ ഡിസ്ക് വേഗത്തിൽ കറക്കുമ്പോൾ വെള്ളയായി കാണുന്നതും ഇതിന് ഉദാഹരണമാണ്.
സുതാര്യ വസ്തുക്കളുടെ നിറങ്ങൾ (Colours of Transparent Objects)
ഒരു സുതാര്യമായ വസ്തു (ഫിൽറ്റർ) അതിന്റെ സ്വന്തം നിറവും ധവളപ്രകാശത്തിലെ അതിന്റെ ഘടക വർണ്ണങ്ങളും കടത്തിവിടുന്നു, മറ്റുള്ളവയെ തടയുന്നു.
അതാര്യ വസ്തുക്കളുടെ നിറം (Colour of Opaque Objects)
ഒരു വസ്തുവിൽ നിന്ന് നമ്മുടെ കണ്ണുകളിലേക്ക് പ്രതിഫലിക്കുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ നിറത്തിലാണ് നമ്മൾ ആ വസ്തുവിനെ കാണുന്നത്.
ഒരു അതാര്യമായ വസ്തു അതിൽ പതിക്കുന്ന മറ്റ് എല്ലാ നിറങ്ങളെയും ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു.
ദ്വിതീയ നിറത്തിലുള്ള ഒരു അതാര്യമായ വസ്തു അതിന്റെ സ്വന്തം നിറവും അതിന്റെ ഘടക വർണ്ണങ്ങളും പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു.
എല്ലാ നിറങ്ങളെയും പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്ന ഒരു പ്രതലം ധവളപ്രകാശത്തിൽ വെളുത്തതായി കാണപ്പെടുന്നു.
എല്ലാ നിറങ്ങളെയും ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ഒരു പ്രതലം ഇരുണ്ടതായി കാണപ്പെടുന്നു.
പ്രകാശത്തിന്റെ വിസരണം (Scattering of Light)
പ്രകാശം ഒരു മാധ്യമത്തിലെ കണികകളുമായി കൂട്ടിമുട്ടുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന ക്രമരഹിതവും ഭാഗികവുമായ ദിശാ വ്യതിയാനം. ഇത് പ്രകാശം വ്യാപിക്കാൻ കാരണമാകുന്നു.
വിസരണത്തിന്റെ തീവ്രത കണികകളുടെ വലുപ്പത്തെയും പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ളവ (വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ, നീല) കൂടുതൽ വിസരണത്തിന് വിധേയമാകുന്നു.
കണികകളുടെ വലുപ്പം പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തെക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, എല്ലാ നിറങ്ങൾക്കും വിസരണം ഒരുപോലെയായിരിക്കും.
ടിൻഡൽ പ്രഭാവം (Tyndall Effect): ഒരു കൊളോയ്ഡൽ ദ്രാവകത്തിലൂടെയോ സസ്പെൻഷനിലൂടെയോ പ്രകാശം കടന്നുപോകുമ്പോൾ, ചെറിയ പ്രകാശമുള്ള കണികകളാൽ പ്രകാശത്തിന്റെ വിസരണം കാരണം, പ്രകാശത്തിന്റെ പാത ദൃശ്യമാകുന്ന പ്രതിഭാസം.
ആകാശത്തിന്റെ നീലനിറം: അന്തരീക്ഷത്തിലെ കണികകളാൽ ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള (വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ, നീല) പ്രകാശത്തിന്റെ തെരഞ്ഞെടുത്ത വിസരണം മൂലമാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്. വിസരിക്കപ്പെട്ട നീല പ്രകാശം ആകാശത്തുടനീളം വ്യാപിക്കുന്നു.
അസ്തമയ സൂര്യന്റെയും ഉദയ സൂര്യന്റെയും നിറം: സൂര്യോദയത്തിലും സൂര്യാസ്തമയത്തിലും സൂര്യപ്രകാശം അന്തരീക്ഷത്തിലൂടെ കൂടുതൽ ദൂരം സഞ്ചരിക്കുന്നു. ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ളവ വിസരിക്കപ്പെടുന്നു, അതിനാൽ വലിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ളവ (ചുവപ്പ്, മഞ്ഞ, ഓറഞ്ച്) ഭൂമിയിൽ എത്തുന്ന പ്രകാശത്തിൽ പ്രധാനമായി കാണപ്പെടുന്നു.
കണ്ണും കാഴ്ചയും (Eye and Vision)
സമഞ്ജനക്ഷമത (Power of Accommodation): വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനം പരിഗണിക്കാതെ, അതിന്റെ പ്രതിബിംബം എല്ലായ്പ്പോഴും റെറ്റിനയിൽ പതിക്കാൻ വേണ്ടി ലെൻസിന്റെ വക്രതയും ഫോക്കൽ ദൂരവും മാറ്റാനുള്ള കണ്ണിന്റെ കഴിവ്. ഇത് സീലിയറി പേശികളാൽ സാധ്യമാക്കുന്നു.
സമീപ ബിന്ദു (Near Point): ഒരു വസ്തുവിനെ വ്യക്തമായി കാണാൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും അടുത്ത ബിന്ദു. ആരോഗ്യമുള്ള കണ്ണുകൾക്ക് ഇത് 25 cm ആണ്.
ദൂര ബിന്ദു (Far Point): ഒരു വസ്തുവിനെ വ്യക്തമായി കാണാൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും അകന്ന ബിന്ദു. ആരോഗ്യമുള്ള കണ്ണുകൾക്ക് ഇത് അനന്തതയായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.
കാഴ്ചയുടെ തകരാറുകൾ (Defects of Vision)
ഹ്രസ്വദൃഷ്ടി (Short Sightedness - Myopia)
അടുത്തുള്ള വസ്തുക്കളെ വ്യക്തമായി കാണാൻ കഴിയുന്നു, എന്നാൽ ദൂരെയുള്ള വസ്തുക്കളെ കാണാൻ കഴിയുന്നില്ല.
കാരണങ്ങൾ: നേത്രഗോളത്തിന്റെ വലുപ്പം കൂടുതലാണ്, അല്ലെങ്കിൽ നേത്ര ലെൻസിന്റെ പവർ കൂടുതലാണ്. പ്രതിബിംബം റെറ്റിനയുടെ മുന്നിൽ രൂപപ്പെടുന്നു.
പരിഹാരം: അനുയോജ്യമായ പവറുള്ള കോൺകേവ് ലെൻസ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ദീർഘദൃഷ്ടി (Long Sightedness - Hypermetropia)
ദൂരെയുള്ള വസ്തുക്കളെ വ്യക്തമായി കാണാൻ കഴിയുന്നു, എന്നാൽ അടുത്തുള്ള വസ്തുക്കളെ കാണാൻ കഴിയുന്നില്ല.
കാരണങ്ങൾ: നേത്രഗോളത്തിന്റെ വലുപ്പം ചെറുതാണ്, അല്ലെങ്കിൽ നേത്ര ലെൻസിന്റെ പവർ കുറവാണ്. പ്രതിബിംബം റെറ്റിനയുടെ പിന്നിൽ രൂപപ്പെടുന്നു. സമീപ ബിന്ദു 25 cm-ൽ കൂടുതലാണ്.
പരിഹാരം: അനുയോജ്യമായ പവറുള്ള കോൺവെക്സ് ലെൻസ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.
പ്രെസ്ബയോപിയ (Presbyopia)
പ്രായമായവരിൽ ഉണ്ടാകുന്നു, സീലിയറി പേശികളുടെ കാര്യക്ഷമത കുറയുന്നത് കാരണം സമഞ്ജനക്ഷമത കുറയുകയും സമീപ ബിന്ദു 25 cm-ൽ കൂടുതലാകുകയും ചെയ്യുന്നു.
പ്രകാശ മലിനീകരണം (Light Pollution)
അമിതമായ അളവിലും തീവ്രതയിലും കൃത്രിമ പ്രകാശം ഉണ്ടാക്കുന്നത് പ്രകൃതിദത്ത ആവാസവ്യവസ്ഥയ്ക്ക് ദോഷകരമാകുകയും സ്വാഭാവിക പ്രവർത്തനങ്ങളെയും മനുഷ്യന്റെ മാനസികവും ശാരീരികവുമായ ആരോഗ്യത്തെയും പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
രാത്രികാല ഡ്രൈവിംഗിലെ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ, ജ്യോതിശാസ്ത്ര നിരീക്ഷണങ്ങൾക്ക് തടസ്സം, ദേശാന്തരഗമനം നടത്തുന്ന പക്ഷികളെ തെറ്റിദ്ധരിപ്പിക്കൽ എന്നിവ ഇതിന്റെ അനന്തരഫലങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.
ഫോട്ടോപീരിയോഡിസം (Photoperiodism)
ചില സസ്യങ്ങൾ വർഷത്തിലെ വ്യത്യസ്ത സമയങ്ങളിൽ പൂക്കുകയും കായ്ക്കുകയും ഇല പൊഴിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന പ്രതിഭാസം, ഓരോ സീസണിലും ലഭിക്കുന്ന സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ അളവിനെ തിരിച്ചറിയുന്ന ഒരു പ്രോട്ടീൻ (ഫൈറ്റോക്രോം) ആണ് ഇത് നിയന്ത്രിക്കുന്നത്. പ്രകാശ മലിനീകരണം ഇതിനെ ബാധിച്ചേക്കാം.
അധ്യായം
4:
വൈദ്യുത
പ്രവാഹത്തിന്റെ കാന്തിക
പ്രഭാവം
ഈ
അധ്യായം വൈദ്യുതിയും കാന്തികതയും
തമ്മിലുള്ള ബന്ധം,
വൈദ്യുത
പ്രവാഹത്താൽ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങൾ
എങ്ങനെ രൂപപ്പെടുന്നു,
അവയുടെ
പ്രായോഗികത എന്നിവയെക്കുറിച്ച്
ചർച്ച ചെയ്യുന്നു.
കാന്തികക്ഷേത്രം (Magnetic Field)
ഒരു കാന്തത്തിനു ചുറ്റുമുള്ള, അതിന്റെ സ്വാധീനം അനുഭവപ്പെടുന്ന പ്രദേശം.
കാന്തിക ഫ്ലക്സ് രേഖകൾ: കാന്തികക്ഷേത്രത്തെ ദൃശ്യവൽക്കരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കൽപ്പിക രേഖകൾ.
ഫ്ലക്സ് രേഖകളുടെ ദിശ:
കാന്തത്തിനു പുറത്ത്: ഉത്തരധ്രുവത്തിൽ നിന്ന് ദക്ഷിണധ്രുവത്തിലേക്ക്.
കാന്തത്തിനുള്ളിൽ: ദക്ഷിണധ്രുവത്തിൽ നിന്ന് ഉത്തരധ്രുവത്തിലേക്ക്.
വൈദ്യുതിയുടെ കാന്തിക പ്രഭാവം (Magnetic Effect of Electricity)
വൈദ്യുത പ്രവാഹമുള്ള ഒരു ചാലകത്തിന് ചുറ്റും ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം രൂപപ്പെടുന്നു.
ഈ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന് ഒരു കാന്തിക സൂചിയിൽ ബലം ചെലുത്താനും അതിനെ വ്യതിചലിപ്പിക്കാനും കഴിയും.
1820-ൽ ഹാൻസ് ക്രിസ്റ്റ്യൻ ഓർസ്റ്റെഡ് ഈ ബന്ധം കണ്ടെത്തി, ഇത് വൈദ്യുതിയിലെ മുന്നേറ്റങ്ങൾക്ക് അടിത്തറയിട്ടു. കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രതയുടെ CGS യൂണിറ്റ്, ഓർസ്റ്റെഡ്, അദ്ദേഹത്തോടുള്ള ആദരസൂചകമായി നാമകരണം ചെയ്യപ്പെട്ടു.
വലതുകൈ പെരുവിരൽ നിയമം (Right Hand Thumb Rule)
ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹമുള്ള ചാലകത്തിന് ചുറ്റുമുള്ള കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശ കണ്ടെത്താനുള്ള ഒരു രീതി.
നിയമം: ഒരു ചാലകം നിങ്ങളുടെ വലത് കൈയിൽ പിടിച്ചിരിക്കുന്നതായി സങ്കൽപ്പിക്കുക, നിങ്ങളുടെ തള്ളവിരൽ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശയിലേക്ക് ചൂണ്ടിക്കാണിക്കുന്നു. ചാലകത്തിനു ചുറ്റും നിങ്ങളുടെ വിരലുകൾ വളഞ്ഞിരിക്കുന്നത് കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശയെ സൂചിപ്പിക്കും.
ആംപിയറുടെ നീന്തൽ നിയമം (Ampere's Swimming Rule)
ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹമുള്ള ചാലകത്തിന് ചുറ്റുമുള്ള കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശ കണ്ടെത്താനുള്ള മറ്റൊരു നിയമം. വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശയിൽ നീന്തുകയും കാന്തിക സൂചിയിലേക്ക് നോക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു വ്യക്തിയെ സങ്കൽപ്പിക്കുക; കാന്തിക സൂചിയുടെ ഉത്തരധ്രുവം ആ വ്യക്തിയുടെ ഇടതുവശത്തേക്ക് വ്യതിചലിക്കും.
സോളിനോയിഡ് (Solenoid)
ഒരു സ്പ്രിംഗിന് സമാനമായി, ചുറ്റിയെടുത്ത് ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്ത ഒരു ചാലകം, എല്ലാ ചുറ്റുകളുടെയും കേന്ദ്രങ്ങൾ ഒരേ നേർരേഖയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു.
ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹമുള്ള സോളിനോയിഡിന്റെ കാന്തിക ശക്തിയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ:
ചാലകത്തിന്റെ യൂണിറ്റ് നീളത്തിലെ ചുറ്റുകളുടെ എണ്ണം (കൂടുതൽ ചുറ്റുകൾ, കൂടുതൽ ശക്തി).
പ്രവാഹത്തിന്റെ ശക്തി (ഉയർന്ന പ്രവാഹം, കൂടുതൽ ശക്തി).
കാമ്പിന്റെ വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവം (ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു മൃദല ഇരുമ്പ് കാമ്പ് സ്ഥാപിക്കുന്നത് ശക്തി ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു).
കാമ്പിന്റെ കുറുകെ ഉള്ള വിസ്തീർണ്ണം (വലിയ വിസ്തീർണ്ണം, കൂടുതൽ ശക്തി).
സോളിനോയിഡിന്റെ ധ്രുവത (വലതുകൈ സോളിനോയിഡ് നിയമം - Right Hand Solenoid Rule)
നിങ്ങളുടെ വലത് കൈയിൽ ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹമുള്ള സോളിനോയിഡ് പിടിച്ചിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ, നിങ്ങളുടെ നാല് വിരലുകൾ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശയിൽ ചുറ്റുകളെ വളച്ചുകെട്ടിയാൽ, നിങ്ങളുടെ തള്ളവിരൽ സോളിനോയിഡിന്റെ ഉത്തരധ്രുവത്തെ സൂചിപ്പിക്കും.
ഒരു അറ്റത്ത് ഘടികാരദിശയിലുള്ള പ്രവാഹം ദക്ഷിണധ്രുവത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
ഒരു അറ്റത്ത് അപ്രദക്ഷിണ ദിശയിലുള്ള പ്രവാഹം ഉത്തരധ്രുവത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
ബാർ കാന്തവുമായുള്ള സാമ്യം: ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹമുള്ള സോളിനോയിഡിന് ചുറ്റുമുള്ള കാന്തികക്ഷേത്ര രേഖകൾ ഒരു ബാർ കാന്തത്തിനു ചുറ്റുമുള്ളവയ്ക്ക് സമാനമാണ്.
വൈദ്യുതകാന്തങ്ങൾ (Electromagnets)
വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ.
സവിശേഷതകൾ:
അവയുടെ കാന്തികത താൽക്കാലികമാണ് (പ്രവാഹം ഒഴുകുമ്പോൾ മാത്രം നിലനിൽക്കുന്നു).
അവയുടെ കാന്തിക ശക്തി വ്യത്യാസപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.
പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ മാറ്റുന്നതിലൂടെ അവയുടെ ധ്രുവത മാറ്റാൻ കഴിയും.
ശക്തമായ വൈദ്യുതകാന്തങ്ങളുടെ ഉപയോഗങ്ങൾ: ക്രെയിനുകൾ, മാഗ്ലെവ് ട്രെയിനുകൾ, എംആർഐ സ്കാനറുകൾ, ഇലക്ട്രിക് മോട്ടോറുകൾ.
എംആർഐ സ്കാനർ സുരക്ഷ: ശക്തമായ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങൾക്ക് കാന്തിക വസ്തുക്കളെ ബലമായി ആകർഷിക്കാൻ കഴിയും, സുരക്ഷയ്ക്കും കൃത്യതയ്ക്കും വേണ്ടി രോഗികൾ ലോഹ ആഭരണങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.
മോട്ടോർ തത്വം (Motor Principle)
ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽ വെച്ചിരിക്കുമ്പോൾ സ്വതന്ത്രമായി ചലിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹമുള്ള ചാലകത്തിന് വ്യതിചലിക്കാനുള്ള പ്രവണതയുണ്ട്.
ഈ തത്വം അനുസരിച്ച്, ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തിലെ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന് ഒരു ബലം അനുഭവപ്പെടുന്നു.
ഒരു ചാലകത്തിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന ബലത്തിന്റെ ദിശയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ: വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശയും കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശയും.
ബലത്തിന്റെ ദിശയും കാന്തികക്ഷേത്രവും വൈദ്യുത പ്രവാഹവും പരസ്പരം ലംബമാണ്.
ഫ്ലെമിംഗിന്റെ ഇടതു കൈ നിയമം (Fleming’s Left Hand Rule)
ഒരു ചാലകത്തിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന ബലത്തിന്റെ (ചലനം) ദിശ കണ്ടെത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
നിയമം: നിങ്ങളുടെ ഇടതു കൈയിലെ തള്ളവിരൽ, ചൂണ്ടുവിരൽ, നടുവിരൽ എന്നിവ പരസ്പരം ലംബമായി പിടിക്കുക. ചൂണ്ടുവിരൽ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശയിലേക്കും നടുവിരൽ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശയിലേക്കും ചൂണ്ടുന്നുവെങ്കിൽ, തള്ളവിരൽ ചാലകത്തിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന ബലത്തിന്റെ ദിശയെ സൂചിപ്പിക്കും.
ഇലക്ട്രിക് മോട്ടോർ (Electric Motor)
മോട്ടോർ തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി വൈദ്യുതോർജ്ജത്തെ യാന്ത്രികോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന ഒരു ഉപകരണം.
പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ:
കാന്തിക ധ്രുവങ്ങൾ (N, S): കാന്തികക്ഷേത്രം നൽകുന്നു.
ആർമേച്ചർ (ABCD): മൃദുല ഇരുമ്പ് കാമ്പിനു മുകളിൽ ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്ത ചെമ്പ് കമ്പി ചുറ്റിയെടുത്ത ഒരു കോയിൽ, ഒരു അച്ചുതണ്ടിൽ ഉറപ്പിച്ചു വെച്ചിരിക്കുന്നു, സ്വതന്ത്രമായി കറങ്ങാൻ കഴിയും.
സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗുകൾ (R1, R2) / കമ്യൂട്ടേറ്റർ: ഓരോ അർദ്ധ ഭ്രമണത്തിനു ശേഷവും ആർമേച്ചറിലൂടെയുള്ള പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ മാറ്റുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രത്യേക ക്രമീകരണം, ഒരേ ദിശയിൽ തുടർച്ചയായ ഭ്രമണം ഉറപ്പാക്കുന്നു.
ഗ്രാഫൈറ്റ് ബ്രഷുകൾ (B1, B2): ആർമേച്ചറിലേക്ക് പ്രവാഹം എത്തിക്കുന്നതിനായി സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗുകളുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്നു.
പ്രവർത്തന തത്വം: കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽ വൈദ്യുത പ്രവാഹം കടന്നുപോകുമ്പോൾ ആർമേച്ചറിന്റെ വശങ്ങളിൽ (AB, CD) എതിർദിശകളിൽ ബലങ്ങൾ അനുഭവപ്പെടുന്നു, ഇത് ഭ്രമണത്തിന് കാരണമാകുന്നു. ഒരേ ദിശയിൽ തുടർച്ചയായ ഭ്രമണം നിലനിർത്താൻ കമ്യൂട്ടേറ്റർ ഓരോ അർദ്ധ ഭ്രമണത്തിലും കോയിലിലെ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ മാറ്റുന്നു.
ബിഎൽഡിസി മോട്ടോർ (BLDC Motor - Brushless Direct Current Motor): ബ്രഷുകളും സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗുകളും ഇല്ലാതെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ ദിശ മാറ്റാൻ ഒരു ഇലക്ട്രോണിക് സ്വിച്ച് ഉപയോഗിക്കുന്നു. കൂടുതൽ ഊർജ്ജക്ഷമതയുള്ളതാണ്.
ചലിക്കുന്ന കോയിൽ ലൗഡ്സ്പീക്കർ (Moving Coil Loudspeaker)
മോട്ടോർ തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്.
പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ: പേപ്പർ ഡയഫ്രം, വോയിസ് കോയിൽ, ഫീൽഡ് കാന്തം.
പ്രവർത്തനം: ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന വോയിസ് കോയിലിലൂടെ വൈദ്യുത ഓഡിയോ സിഗ്നലുകൾ കടന്നുപോകുന്നു. കോയിലിന് ഒരു ബലം അനുഭവപ്പെടുകയും അത് കമ്പനം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ കമ്പനം ഡയഫ്രത്തെ കമ്പനം ചെയ്യാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ശബ്ദം പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.
ഊർജ്ജ പരിവർത്തനം: വൈദ്യുത സിഗ്നലുകളെ (ഊർജ്ജം) യാന്ത്രിക കമ്പനമാക്കി മാറ്റുന്നു, ഇത് പിന്നീട് ശബ്ദതരംഗങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു.