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प्रकाश का परावर्तन: समतल और गोलीय दर्पण

चमकदार सतह से टकराकर प्रकाश इस तरह लौटता है कि आपतन कोण और परावर्तन कोण बराबर रहते हैं। समतल दर्पण का प्रतिबिंब आभासी, सीधा, बराबर आकार का और दर्पण के उतना ही पीछे बनता है जितनी वस्तु आगे है। अवतल दर्पण वस्तु की जगह के हिसाब से वास्तविक या आभासी प्रतिबिंब बनाता है, जबकि उत्तल दर्पण हमेशा आभासी, सीधा और छोटा प्रतिबिंब देता है। दर्पण सूत्र 1/v + 1/u = 1/f और आवर्धन m = −v/u (नई कार्तीय चिह्न परिपाटी के साथ) से बिना चित्र बनाए प्रतिबिंब निकाल सकते हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. एक किरण समतल दर्पण के ध्रुव P पर गिरती है। यहाँ मुख्य अक्ष ही अभिलंब है। किरण जिस कोण से आती है उसी कोण से लौटती है: कोण i = कोण r।
  2. समतल दर्पण प्रतिबिंब को शीशे के पीछे बनाता है: सीधा, बराबर आकार का, और उतना ही पीछे जितनी वस्तु आगे है। किरणें वहाँ से सिर्फ़ आती हुई लगती हैं, इसलिए प्रतिबिंब आभासी है (बिंदीदार रेखाएँ)।
  3. अब अवतल दर्पण, जो चम्मच की तरह अंदर धँसा है। मुख्य अक्ष के समांतर आने वाली सारी किरणें एक ही बिंदु से गुज़रती हैं: फोकस F। वक्रता केंद्र C दुगनी दूरी पर है: R = 2f।
  4. देखिए वस्तु अवतल दर्पण की ओर चलती है: C से परे, C पर, C और F के बीच, F पर, फिर F के अंदर। प्रतिबिंब बड़ा होता जाता है, अनंत पर चला जाता है, और अंत में दर्पण के पीछे सीधा बन जाता है।
  5. उत्तल दर्पण बाहर की ओर उभरा होता है। समांतर किरणें ऐसे फैलती हैं मानो पीछे के F से आ रही हों। वस्तु कहीं भी रखें, प्रतिबिंब दर्पण के पीछे ही बनेगा: आभासी, सीधा और छोटा।
  6. अब आपकी बारी। हरी वस्तु को खींचें, f बदलें या दूसरा दर्पण चुनें। नीचे का रीडआउट सही चिह्नों के साथ 1/v + 1/u = 1/f और m = −v/u हल करता है।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

कोण दर्पण से नहीं, अभिलंब से क्यों नापते हैं?

अभिलंब उस बिंदु पर हर दिशा के लिए एक ही रहता है, इसलिए यह साफ़ संदर्भ देता है। चरण 1 में P पर मुख्य अक्ष ही अभिलंब है और दोनों ओर के कोण बराबर हैं।

समतल दर्पण का प्रतिबिंब परदे पर क्यों नहीं आता?

परावर्तित किरणें आपकी ओर लौटती हैं और दर्पण के पीछे कभी नहीं मिलतीं। सिर्फ़ उनकी पीछे की बिंदीदार रेखाएँ मिलती हैं, इसलिए प्रतिबिंब आभासी है। चरण 2 देखें।

F ठीक P और C के बीच में क्यों होता है?

हर समांतर किरण अभिलंब (जो C की ओर है) के दोनों ओर बराबर कोण पर मुड़ती है। अक्ष के पास की किरणों के लिए यह उन्हें PC के बीच से गुज़ारता है, इसलिए f = R/2। चरण 3 में सारी समांतर किरणें F पर मिलती हैं।

वस्तु ठीक F पर हो तो क्या होता है?

परावर्तित किरणें समांतर निकलती हैं और कभी नहीं मिलतीं, इसलिए प्रतिबिंब 'अनंत पर' बनता है। चरण 4 में उस पल प्रतिबिंब गायब हो जाता है; वस्तु को थोड़ा आगे-पीछे करें तो लौट आता है।

क्या उत्तल दर्पण कभी वास्तविक या बड़ा प्रतिबिंब बना सकता है?

नहीं। इसकी परावर्तित किरणें हमेशा फैलती हैं, इसलिए वे सिर्फ़ पीछे P और F के बीच मिलती लगती हैं: हमेशा आभासी, सीधा और छोटा। चरण 5 में वस्तु खींचकर जाँचें।

मुझे कैसे पता चले कि उत्तर का चिह्न सही है?

फ़्री-प्ले बेंच इस्तेमाल करें: रीडआउट u, v, f और m चिह्न सहित दिखाता है और बना प्रतिबिंब उनसे मेल खाता है। v ऋणात्मक = प्रतिबिंब सामने (वास्तविक); v धनात्मक = पीछे (आभासी)।

परावर्तन क्या है? परावर्तन के दो नियम

जब प्रकाश किसी चिकनी चमकदार सतह से टकराकर उसी माध्यम में लौट आता है तो इसे परावर्तन कहते हैं। आने वाली किरण आपतित किरण, लौटने वाली परावर्तित किरण, और टकराने वाले बिंदु पर सतह से 90° पर खींची रेखा अभिलंब कहलाती है।

  1. पहला नियम: आपतन कोण = परावर्तन कोण (∠i = ∠r)। दोनों कोण अभिलंब से नापे जाते हैं, दर्पण से नहीं।
  2. दूसरा नियम: आपतित किरण, उस बिंदु पर अभिलंब और परावर्तित किरण, तीनों एक ही तल में होते हैं।

ये नियम हर परावर्तक सतह पर लागू होते हैं: समतल दर्पण, गोलीय दर्पण, पानी भी। गोलीय दर्पण में किसी बिंदु का अभिलंब उस बिंदु को वक्रता केंद्र से मिलाने वाली रेखा है।

समतल दर्पण द्वारा बना प्रतिबिंब

समतल दर्पण का प्रतिबिंब हमेशा:

गोलीय दर्पण: अवतल और उत्तल

गोलीय दर्पण एक खोखले चमकदार गोले का कटा हुआ हिस्सा है। अगर चमकदार तरफ़ अंदर धँसी है तो अवतल दर्पण, और अगर चमकदार तरफ़ बाहर उभरी है तो उत्तल दर्पण।

ज़रूरी शब्द

छोटे द्वारक वाले दर्पण के लिए R = 2f, यानी F ठीक P और C के बीच में है।

किरण आरेख बनाने के नियम

प्रतिबिंब ढूँढ़ने के लिए वस्तु के सिरे से इनमें से कोई दो किरणें लें। जहाँ वे मिलें (या मिलती लगें), वहीं प्रतिबिंब का सिरा है।

  1. मुख्य अक्ष के समांतर किरण परावर्तन के बाद F से गुज़रती है (अवतल) या F से आती लगती है (उत्तल)।
  2. F से होकर आने वाली (अवतल) या F की ओर जाती (उत्तल) किरण लौटकर अक्ष के समांतर जाती है।
  3. C से होकर (अवतल) या C की ओर (उत्तल) जाने वाली किरण अभिलंब के साथ टकराकर उसी रास्ते लौटती है।
  4. ध्रुव P पर गिरने वाली किरण अक्ष के दूसरी ओर उतने ही कोण पर लौटती है।

3D बेंच में नारंगी किरण नियम 1 और हरी-नीली किरण नियम 4 मानती है। बिंदीदार रेखाएँ दिखाती हैं कि किरणें कहाँ से आती लगती हैं: वही आभासी प्रतिबिंब है।

अवतल दर्पण द्वारा प्रतिबिंब (वस्तु की हर स्थिति)

वस्तु की स्थितिप्रतिबिंब की स्थितिआकारप्रकृति
अनंत परF परबिंदु जैसा, बहुत छोटावास्तविक, उल्टा
C से परेF और C के बीचछोटावास्तविक, उल्टा
C परC परबराबरवास्तविक, उल्टा
C और F के बीचC से परेबड़ावास्तविक, उल्टा
F परअनंत परबहुत बड़ावास्तविक, उल्टा
P और F के बीचदर्पण के पीछेबड़ाआभासी, सीधा

पैटर्न देखिए: वस्तु जैसे-जैसे अनंत से F की ओर आती है, वास्तविक प्रतिबिंब F से दूर भागता है और बड़ा होता जाता है। F के अंदर प्रतिबिंब आभासी और सीधा हो जाता है। कहानी के चरण 4 में या वस्तु खींचकर छहों स्थितियाँ देखें।

उत्तल दर्पण द्वारा प्रतिबिंब

वस्तु की स्थितिप्रतिबिंब की स्थितिआकारप्रकृति
अनंत परF पर, दर्पण के पीछेबिंदु जैसाआभासी, सीधा
अनंत और P के बीच कहीं भीP और F के बीच, दर्पण के पीछेछोटाआभासी, सीधा

उत्तल दर्पण का प्रतिबिंब कभी F को पार नहीं करता और कभी वास्तविक नहीं होता। वस्तु जितनी पास, प्रतिबिंब उतना बड़ा (फिर भी वस्तु से छोटा)।

अवतल और उत्तल दर्पण के उपयोग

गोलीय दर्पण के लिए नई कार्तीय चिह्न परिपाटी

नतीजा: अवतल दर्पण का f ऋणात्मक, उत्तल का f धनात्मक। वास्तविक प्रतिबिंब (सामने) का v ऋणात्मक, आभासी (पीछे) का v धनात्मक।

दर्पण सूत्र और आवर्धन

वस्तु दूरी u, प्रतिबिंब दूरी v और फोकस दूरी f का संबंध दर्पण सूत्र है:

1/v + 1/u = 1/f

आवर्धन बताता है कि प्रतिबिंब कितने गुना बड़ा है और सीधा है या उल्टा:

m = h′/h = −v/u

हल करने का तरीका: ज्ञात मान चिह्न के साथ लिखें, सूत्र में रखें, अज्ञात निकालें, फिर उत्तर के चिह्न से प्रकृति बताएँ। बोर्ड परीक्षा में इस भाग से आम तौर पर एक किरण आरेख (2–3 अंक) और एक दर्पण सूत्र का आंकिक प्रश्न (3 अंक) आता है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एक अवतल दर्पण की वक्रता त्रिज्या 30 cm है। चिह्न सहित फोकस दूरी बताइए।

f = R/2 = 30/2 = 15 cm। अवतल दर्पण का F सामने, यानी आपतित प्रकाश की उल्टी दिशा में है, इसलिए f = −15 cm।

2. एक उत्तल दर्पण की फोकस दूरी 12 cm है। वक्रता त्रिज्या निकालिए।

R = 2f = 2 × 12 = 24 cm। वक्रता केंद्र दर्पण के पीछे है, इसलिए R = +24 cm।

3. 20 cm फोकस दूरी वाले अवतल दर्पण के सामने 30 cm पर वस्तु रखी है। प्रतिबिंब की स्थिति, आवर्धन और प्रकृति बताइए।

u = −30 cm, f = −20 cm। 1/v = 1/f − 1/u = −1/20 + 1/30 = (−3 + 2)/60 = −1/60, तो v = −60 cm। m = −v/u = −(−60)/(−30) = −2। प्रतिबिंब दर्पण के सामने 60 cm पर: वास्तविक, उल्टा, दुगना बड़ा (वस्तु C और F के बीच, प्रतिबिंब C से परे)।

4. 4 cm ऊँची वस्तु 15 cm फोकस दूरी वाले अवतल दर्पण के सामने 10 cm पर है। प्रतिबिंब की स्थिति और ऊँचाई निकालिए।

u = −10, f = −15। 1/v = −1/15 + 1/10 = (−2 + 3)/30 = 1/30, तो v = +30 cm (दर्पण के पीछे)। m = −v/u = −30/(−10) = +3। h′ = 3 × 4 = 12 cm। आभासी, सीधा, 3 गुना बड़ा: दाढ़ी बनाने का दर्पण ऐसे ही काम करता है।

5. 20 cm फोकस दूरी वाले उत्तल दर्पण के सामने 20 cm पर वस्तु है। प्रतिबिंब बताइए।

u = −20, f = +20। 1/v = 1/20 − 1/(−20) = 1/20 + 1/20 = 1/10, तो v = +10 cm। m = −10/(−20) = +0.5। प्रतिबिंब दर्पण के पीछे 10 cm पर, आभासी, सीधा, आधे आकार का।

6. एक अवतल दर्पण दर्पण से 60 cm दूर परदे पर वस्तु से तीन गुना बड़ा वास्तविक प्रतिबिंब बनाता है। वस्तु कहाँ है और फोकस दूरी कितनी है?

परदे पर प्रतिबिंब वास्तविक है: v = −60 cm और m = −3 (वास्तविक प्रतिबिंब उल्टा)। m = −v/u → −3 = 60/u → u = −20 cm। 1/f = 1/v + 1/u = −1/60 − 1/20 = (−1 − 3)/60 = −4/60, तो f = −15 cm। वस्तु सामने 20 cm पर, फोकस दूरी 15 cm।

7. एक कार के उत्तल पश्च-दृश्य दर्पण की R = 3 m है। उसके 5 m पीछे एक बस है। बस के प्रतिबिंब की स्थिति और आकार का अनुपात निकालिए।

f = R/2 = +1.5 m, u = −5 m। 1/v = 1/1.5 + 1/5 = 0.667 + 0.200 = 0.867, तो v ≈ +1.15 m। m = −v/u = 1.15/5 ≈ 0.23। प्रतिबिंब दर्पण के पीछे 1.15 m पर, आभासी, सीधा और लगभग एक-चौथाई आकार का, इसलिए छोटे दर्पण में बड़ा क्षेत्र दिख जाता है।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. परावर्तन कोण किससे नापा जाता है?
2. 40 cm वक्रता त्रिज्या वाले अवतल दर्पण की फोकस दूरी है:
3. कौन सा दर्पण हमेशा आभासी, सीधा और छोटा प्रतिबिंब बनाता है?
4. अवतल दर्पण से बराबर आकार का प्रतिबिंब पाने के लिए वस्तु कहाँ रखें?
5. आवर्धन −2 का मतलब है प्रतिबिंब:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

कक्षा 10 का दर्पण सूत्र क्या है?

1/v + 1/u = 1/f, जहाँ u वस्तु दूरी, v प्रतिबिंब दूरी और f फोकस दूरी है; सब ध्रुव से नई कार्तीय चिह्न परिपाटी के अनुसार नापे जाते हैं।

अवतल और उत्तल दर्पण में क्या अंतर है?

अवतल दर्पण अंदर धँसा होता है और वस्तु की स्थिति के हिसाब से वास्तविक या आभासी प्रतिबिंब बनाता है। उत्तल दर्पण बाहर उभरा होता है और हमेशा आभासी, सीधा, छोटा प्रतिबिंब बनाता है।

वास्तविक प्रतिबिंब का आवर्धन ऋणात्मक क्यों होता है?

वास्तविक प्रतिबिंब उल्टा होता है, इसलिए उसकी ऊँचाई का चिह्न वस्तु की ऊँचाई से उल्टा होता है। m = h′/h होने से m ऋणात्मक आता है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

कनाडा (ओंटारियो)Grade 10E. Physics: Light and Geometric Optics
कनाडा (ओंटारियो)Grade 10E. Physics: Light and Applications of Optics
इटलीSecondaria di secondo grado – classe 1ªFoundations, optics, heat and mechanics
इटलीSecondaria di secondo grado – classe 2ªFoundations, optics, heat and mechanics
पोलैंडSzkoła podstawowa, klasa VIIIOptics
रोमानियाClasa a VIII-aOptical phenomena
स्पेन2º BachilleratoVibrations and waves
यूक्रेन9 класLight phenomena
सीबीएसई (भारत)कक्षा 10प्राकृतिक परिघटनाएँ
रूस9 классLight phenomena
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चीन八年级(初二)Ch.4 Light

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