ආලෝකයේ වර්තනය
5.24 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට වතුර වීදුරුවක් තුළ පැන්සලක් තබා එය දෙස පැත්තෙන් බලන්න. එවිට පැන්සල කොටස් දෙකකට වෙන්වී ඇති ආකාරයක් ඔබට පෙනෙනු ඇත. මෙසේ පෙනීමට හේතුව ආලෝක කිරණ එක් මාධ්‍යයක සිට වෙනස් ප්‍රකාශ ගති ගුණ සහිත තවත් මාධ්‍යයකට ඇතුළුවීමේ දී නැමී ගමන් කිරීමයි. පැන්සලේ ජලය තුළ ඇති කොටසේ සිට ඇස වෙත එන ආලෝක කිරණ ජලය හරහා පැමිණ වාතයට ඇතුළු වී ඇස වෙත එයි. එසේ වාතයට ඇතුළු වීමේ දී ආලෝක කිරණවල දිශාව වෙනස් වෙයි. නමුත් ජලයෙන් ඉහළ කොටසේ සිට ඇස වෙත එන ආලෝක කිරණ වාතය හරහා ඇස වෙත එන නිසා එසේ දිශාව වෙනස් වීමක් සිදු
නොවේ.
ආලෝක කිරණ එක් මාධ්‍යයක සිට තවත් මාධ්‍යයකට ඇතුළු වීමේ දී නැමී ගමන් කිරීම ආලෝකයේ වර්තනය (refraction of light) නමින් හැඳින්වේ.
ජල බඳුනක පත්ලේ තිබෙන කාසියක් දෙස වාතයේ සිට බලන්න. එවිට කාසිය පෙනෙන්නේ තරමක් ඉහළින් තිබෙන්නාක් මෙනි. වාතය තුළ කාසිය ඇත්නම් කාසියේ සිට කෙළින්ම ඇස වෙත ආලෝකය පැමිණේ. එහෙත් ජල බඳුනේ පත්ලේ ඇති කාසිය දෙස බැලීමේ දී කාසියේ සිට ඇස වෙත කෙළින්ම ආලෝක කිරණ එන්නේ නැත. මෙහි දී ආලෝක කිරණ ජලයේ සිට පැමිණෙන අතර එම ආලෝක කිරණ, ඇස වෙත එන්නේ ජල පෘෂ්ඨයේ දී, 5.25 රූපයේ පරිදි අභිලම්බයෙන් ඉවතට නැමී ය. ඒ නිසා කාසියේ සිට ඇස වෙත එන ආලෝක කිරණ පෙනෙන්නේ කාසියේ සත්‍ය පිහිටීමට වඩා මඳක් ඉහළ සිට එන්නාක් මෙනි.
පොතක පිටුවක් මත වීදුරු කුට්ටියක් තබා වීදුරු කුට්ටිය තුළින් අකුරු දෙස බැලූ විට අකුරු එසවී තිබෙන්නාක් මෙන් පෙනෙන්නේ ද, වර්තනය නිසා ය.
ඉහත සාකච්ඡා කළ පරිදි ආලෝක කිරණ එක් මාධ්‍යයක සිට තවත් මාධ්‍යයකට ඇතුළු වීමේ දී වර්තනයට භාජනය වන්නේ එම කිරණ මාධ්‍ය දෙක අතර පෘෂ්ඨයට ලම්බක නොවන දිශාවකින් පැමිණෙන්නේ නම් පමණකි. ආලෝකයේ වර්තනයට හේතුව ආලෝකය ගමන් කරන වේගය මාධ්‍යයෙන් මාධ්‍යයට වෙනස් වීමයි. රික්තකයක දී ආලෝකය 3 x 108 m s-1 වේගයකින් ගමන් කරයි. රික්තයක සිට යම් මාධ්‍යයකට ඇතුළු වූ පසු මෙම වේගය රික්තයක දී වේගයට වඩා අඩු වෙයි. යම් මාධ්‍ය දෙකක් සැලකීමේ දී ආලෝකයේ වේගය වැඩි මාධ්‍යය විරලතර මාධ්‍යය ලෙසත් ආලෝක වේගය අඩු මාධ්‍යය ගහනතර මාධ්‍යය ලෙසත් හඳුන්වනු ලැබේ.
උදාහරණ : පර්ස්පෙක්ස් සිට වීදුරුවලට ගමන් කිරීමේ දී අභිලම්බයෙන් කිනම් දිශාවකට හැරෙයි ද?
ආලෝක කිරණයක් වාතයේ සිට වීදුරු කුට්ටියකට ඇතුළු වන විට සහ වීදුරු කුට්ටියක සිට නැවත වාතයට ගමන් කරන විට වර්තනය සිදුවන ආකාරය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා පහත 5.4 ක්‍රියාකාරකමෙහි යෙදෙමු.
5.26 රූප සටහනෙහි ABCD මගින් වීදුරු තුළින් ගමන් කරන ආලෝක කිරණයක ගමන් මාර්ගය දක්වන අතර, වාතය තුළ ගමන් කළ ආලෝක කිරණයක් වීදුරු කුට්ටියට ඇතුළු වීම AB රේඛාවෙන් පෙන්වයි. AB කිරණය වීදුරු කුට්ටිය මත පතනය වූ කිරණය නිසා එය පතන කිරණය (incident ray) ලෙස හැඳින්වේ.
XY වලින් දැක්වෙන්නේ පතන ලක්ෂ්‍යයේ දී වීදුරු පෘෂ්ඨයට අදින ලද අභිලම්බය යි. පතන කිරණය සහ අභිලම්බය අතර කෝණය පතන කෝණය (i) (angle of incidence) නමින් හැඳින්වේ.
වීදුරු කුට්ටිය තුළට ඇතුළු වීමෙන් පසු එම කිරණය ගමන් ගන්නේ BC ඔස්සේ ය. B හි දී වර්තන කිරණය අභිලම්බය දෙසට නැමී තිබේ.
වර්තන කිරණය සහ අභිලම්බය අතර කෝණය වර්තන කෝණය (r) (angle of refraction) නමින් හැඳින්වේ. එම වර්තන කිරණය යළි C දී වීදුරු කුට්ටියේ සිට වාතයට ගමන් කරයි. එනම් නිර්ගමනය වේ. ඒ නිසා CD කිරණය නිර්ගත කිරණය නමින් හැඳින්වේ. නිර්ගත කිරණය සහ නිර්ගත ලක්ෂ්‍යයේ දී වීදුරු පෘෂ්ඨයට අදින ලද අභිලම්බය අතර කෝණය නිර්ගත කෝණය (e) ලෙස හැඳින්වේ.
මෙහි දී, විරල මාධ්‍යයක් වන වාතයේ සිට ගහන මාධ්‍යයක් වන වීදුරු තුළට ආලෝකය පිවිසීමේ දී ආලෝක කිරණ වර්තනය අභිලම්බය දෙසට බව ඔබට පෙනෙනු ඇත.
ගහන මාධ්‍යයක් වන වීදුරුවල සිට ආපසු විරල මාධ්‍යයක් වන වාතය තුළට ආලෝකය නිර්ගමනය වීමේ දී, ආලෝකය වර්තනය වන්නේ අභිලම්බයෙන් ඉවතට යි. ආලෝක කිරණයක් විරල මාධ්‍යයක සිට ගහන මාධ්‍යයකට ඇතුළු වීමේ දී අභිලම්බය දෙසට වර්තනය වන බවත්, ගහන මාධ්‍යයක සිට විරල මාධ්‍යයකට ඇතුළු වීමේ දී අභිලම්බයෙන් ඉවතට වර්තනය වන බවත් ඔබට මෙම ක්‍රියාකාරකමෙන් පෙනෙනු ඇත.
ආලෝකය කිසියම් මාධ්‍යයක සිට වෙනත් මාධ්‍යයකට ගමන් කිරීමේ දී එය අභිලම්බය දෙසට නැමේ නම් දෙවන මාධ්‍යය පළමු මාධ්‍යයට සාපේක්ෂව ගහන මාධ්‍යයක් වන අතර පළමු මාධ්‍යය විරල මාධ්‍යයක් වේ. කිරණය අභිලම්භයෙන් ඉවතට නැමේ නම් පළමු මාධ්‍යයට සාපේක්ෂව දෙවන මාධ්‍යය විරල මාධ්‍යයකි.
වර්තන නියම
වර්තනයේ දී ආලෝක කිරණ ගමන් කිරීම පිළිබඳව නියම දෙකක් හඳුනාගෙන ඇත.
පළමුවන නියමය
පතන කිරණය, වර්තන කිරණය සහ පතන ලක්ෂ්‍යයේ දී පෘෂ්ඨයට ඇඳි අභිලම්බය එක ම තලයක පිහිටයි.
දෙවන නියමය
ආලෝකය එක් මාධ්‍යයක සිට තවත් මාධ්‍යයකට වර්තනය වීමේ දී පතන කෝණයේ සයිනයත් වර්තන කෝණයේ සයිනයත් අතර අනුපාතය එම මාධ්‍ය දෙක මත පමණක් රඳා පවතින නියතයකි. මෙම නියතය හඳුන්වන්නේ පළමු මාධ්‍යයට සාපේක්ෂව දෙවන මාධ්‍යයේ වර්තනාංකය (refractive index) ලෙසයි.
මෙම දෙවන නියමය ‘ස්නෙල්ගේ නියමය’ (snell’s law) නමින් ද හැඳින්වේ.
වාතයේ සිට වීදුරු තුළට ගමන් කරන ආලෝක කිරණයක් සඳහා වර්තනාංකය “ang” ලෙස ලියනු ලැබේ.
වීදුරුවල සිට වාතයට ආලෝක කිරණ ඇතුළු වන අවස්ථාවක් සඳහා වර්තනාංකය ලියනු ලබන්නේ “gna” ලෙස ය.
ඉහත සඳහන් කරන ලද ආකාරයට අර්ථ දැක්වෙන වර්තනාංකය, එක් මාධ්‍යයකට සාපේක්ෂව තවත් මාධ්‍යයක වර්තනාංකය වන අතර එහි අගය මාධ්‍යය දෙක ම මත රඳා පවතියි. මෙයින් පළමු මාධ්‍යය වෙනුවට රික්තයක් භාවිත කළහොත්, එනම්, ආලෝක කිරණයක් රික්තයක සිට යම් මාධ්‍යයකට ඇතුළුවන අවස්ථාවක් සැලකුවහොත්, වර්තනාංකය රඳා පවතින්නේ එක් මාධ්‍යයක් මත පමණකි. මෙය එම මාධ්‍යයේ වර්තනාංකය ලෙස හැඳින්වේ.
උදාහරණයක් ලෙස ජලයේ වර්තනාංකය ලෙස හැඳින්වෙන්නේ රික්තයක සිට ජලයට ආලෝක කිරණයක් ඇතුළු වන අවස්ථාවක දී පතන කෝණයේ සයිනය සහ වර්තන කෝණයේ සයිනය අතර අනුපාතයයි. රික්තයක දී ආලෝකයේ ප්‍රවේගය සහ වාතයේ දී ආලෝකයේ ප්‍රවේගය අතර වෙනස ඉතා කුඩා නිසාත්, රික්තයකට සාපේක්ෂව යම් මාධ්‍යයක වර්තනාංකය පිළිබඳ මිනුම් ලබා ගැනීම ප්‍රායෝගිකව අපහසු නිසාත්, බොහෝ අවස්ථාවල දී යම් මාධ්‍යයක වාතයට සාපේක්ෂ වර්තනාංකය එම මාධ්‍යයේ වර්තනාංකය ලෙස භාවිත කරනු ලැබේ. වර්තනාංකය සඳහා ඒකකයක් නොමැත.
පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනය සහ අවධි කෝණය
ගහනතර මාධ්‍යයක සිට විරලතර මාධ්‍යයකට ආලෝක කිරණයක් ගමන් කිරීමේ දී 5.27 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට වර්තන කිරණය අභිලම්බයෙන් ඉවතට නැඹුරු වේ.
ගහනතර මාධ්‍යයේ පතන කෝණය ක්‍රමයෙන් වැඩි කරන විට වර්තන කිරණය ද වඩ වඩාත් අභිලම්බයෙන් ඉවතට නැඹුරු වේ. පතන කෝණයේ එක්තරා අගයක දී 5.28 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට වර්තන කිරණය මාධ්‍ය දෙක වෙන් කරන පෘෂ්ඨය දිගේ ගමන් කරයි. එනම්, වර්තන කෝණයේ අගය 900 ද ක් බවට පත්වෙයි. එම අවස්ථාවේ දී ගහනතර මාධ්‍යය තුළ පතන කෝණය, අවධි කෝණය (critical angle) ලෙස හැඳින්වේ.
පතන කෝණය තවදුරටත් වැඩි කළහොත්, ආලෝක කිරණය 5.29 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට ගහනතර මාධ්‍යය තුළට ම පරාවර්තනය වේ. මෙසේ පළමු මාධ්‍යය තුළටම පරාවර්තනය වීම පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනය (total internal reflection) නමින් හැඳින්වේ.
● පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනයේ යෙදීම් කිහිපයක්
ප්‍රකාශ කෙඳි (ප්‍රකාශ තන්තු)
ප්‍රකාශ තන්තු (optical fibres) යනු වීදුරු හෝ ප්ලාස්ටික්වලින් සාදන ලද සුනම්‍ය, පාරදෘශ්‍ය කෙඳි විශේෂයකි. ප්‍රකාශ තන්තුවක් තුළට ඇතුළු වන ආලෝකය දිගට ම ඒ තුළ පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනයට භාජනය වෙමින් ගමන් කර අනෙක් කෙළවරින් පිට වී යයි. ප්‍රකාශ තන්තුව කිලෝ මීටර ගණනාවක් දිග වුවද ආලෝකය ඇතුළු වූ පරිදි ම දීප්තියෙන් පිට වේ.
ශරීර අභ්‍යන්තරයේ අවයව පරීක්ෂා කරන එන්ඩස්කෝප් (endoscope) උපකරණයේ ප්‍රකාශ කෙඳි භාවිත වේ. වර්තමානයේ දුරකථන සන්නිවේදනයට සහ අන්තර්ජාල සම්බන්ධතා සඳහා ප්‍රකාශ තන්තු බහුලව භාවිත වේ. එමෙන්ම සැරසිලි සඳහා ද ප්‍රකාශ තන්තු භාවිත වේ.
දුරකථන පණිවිඩ යවන රැහැන් ලෙස සහ අන්තර්ජාල සම්බන්ධතා පැවැත්වීමට දැන් බහුල ව යොදා ගන්නේ ද ප්‍රකාශ කෙඳි ය.
ප්‍රිස්ම තුළින් සිදුවන පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනය
පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනය ලබා ගැනීමට, එක් කෝණයක් 900 ද ක් වූ ද අනෙකුත් කෝණ 450 ද බැගින් වූ ද ප්‍රිස්මයක් යොදා ගත හැකි ය. මේවා ප්‍රායෝගික වශයෙන් කැමරාවල, දුරේක්ෂවල හා දෙනෙතිවල භාවිත කෙරේ. වීදුරුවල අවධි කෝණය ආසන්න වශයෙන් 420 ද කි. ඒ නිසා වීදුරු තුළ පතන කෝණය 400 ද ට වැඩි නම් පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනය සිදු වේ.
5.30 රූපයේ දැක්වෙන පරිදි අභිලම්බය ඔස්සේ ගමන් කරන ආලෝක කිරණයක් වර්තනයක් සිදු නොවී ප්‍රිස්මය තුළට ඇතුළු වී එහි ඊ ළඟ මුහුණතට 450 ද ක පතන කෝණයක් සහිතව පතිත වේ. මෙම කෝණය වීදුරු තුළ අවධි කෝණයට වඩා වැඩි නිසා ආලෝක කිරණය පූර්ණ අභ්‍යන්තර පරාවර්තනයට භාජන වී ප්‍රිස්මයේ අනෙක් මුහුණතට ලම්බක ව ගමන් කරයි. අභිලම්බය ඔස්සේ එන නිසා මෙම මුහුණතේ දී කිරණය නොනැමී දිගට ම නිර්ගත වේ. මෙම ක්‍රමය මගින් ආලෝක කිරණයක් 900 ද කින් හරවාගත හැකි ය.
