Science chapter 11: Light

এক নজরে

আলো আমাদের দেখার অনুভূতি জোগায়। ষষ্ঠ ও সপ্তম শ্রেণিতে আমরা আলোর প্রকৃতি, সরলরেখায় আলোর সঞ্চালন এবং মসৃণ তলে আলোর প্রতিফলনের নিয়মাবলি সম্পর্কে জেনেছি। কিন্তু আলো যখন এক স্বচ্ছ মাধ্যম থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন ঘনত্বের অন্য কোনো স্বচ্ছ মাধ্যমে প্রবেশ করে, তখন তার আচরণে এক অভাবনীয় পরিবর্তন লক্ষ করা যায়। এই অধ্যায়ে সেই চমৎকার আলোকীয় ঘটনা — আলোর প্রতিসরণ (Refraction of Light) — এবং এর ওপর ভিত্তি করে গড়ে ওঠা বিভিন্ন প্রাকৃতিক ঘটনা ও আধুনিক প্রযুক্তি সম্পর্কে বিশদ আলোচনা করা হয়েছে (পৃষ্ঠা ১০৮)।

এ অধ্যায়ের মূল প্রতিপাদ্য বিষয়সমূহ:

1. আলোর প্রতিসরণ ও তার কারণ — মাধ্যম পরিবর্তনের সাথে সাথে আলোর দ্রুতি ও গতিপথের দিক পরিবর্তন; পানিতে পেন্সিল ভাঙা দেখা, কাচফলকের মধ্য দিয়ে আলোর গতিপথ।
2. প্রতিসরণের নিয়মাবলি — হালকা মাধ্যম থেকে ঘন মাধ্যম এবং ঘন মাধ্যম থেকে হালকা মাধ্যমে প্রবেশের ক্ষেত্রে অভিলম্বের দিকে বা দূরে সরে যাওয়ার নিয়ম, আপতন কোণ, প্রতিসরণ কোণ ও নির্গমন কোণের সম্পর্ক।
3. প্রতিসরণের বাস্তব প্রয়োগ — পানিতে নিমজ্জিত লাঠির বিকৃতি, অদৃশ্য মুদ্রার দৃশ্যমান হওয়া, মাছের প্রকৃত ও আপাত অবস্থান, পুকুর ঘাটের সিঁড়ি ও ছেঁড়া দ্বীপের পানির নিচে পাথরের আপাত নৈকট্য।
4. সংকট কোণ (ক্রান্তি কোণ) ও পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন — আলো ঘন থেকে হালকা মাধ্যমে যাওয়ার বিশেষ শর্ত, সংকট কোণের সৃষ্টি, পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলনের শর্ত ও সাধারণ প্রতিফলনের সাথে এর মৌলিক পার্থক্য।
5. আধুনিক প্রযুক্তি ও আলোকীয় যন্ত্র — অপটিক্যাল ফাইবারের অভ্যন্তরীণ গঠন ও কার্যপদ্ধতি (চিকিৎসা ও টেলিযোগাযোগে ব্যবহার), বিবর্ধক কাচ বা ম্যাগনিফাইং গ্লাস (উত্তল লেন্সের ফোকাস দূরত্ব, বীক্ষণ কোণ ও নিকট বিন্দু)।
6. মানব চক্ষু ও ক্যামেরা — মানব চক্ষুর অভ্যন্তরীণ নয়টি প্রধান অংশের গঠন ও কার্যাবলি, আলোক-চিত্রগ্রাহী ক্যামেরার অংশসমূহ ও ছবি তৈরির রাসায়নিক প্রক্রিয়া (এক্সপোজার, ডেভেলপার, হাইপো, নেগেটিভ ও পজিটিভ), এবং চোখ ও ক্যামেরার গভীর তুলনামূলক বিশ্লেষণ।

পাঠবিন্যাস ছক

শিখনফল

(পৃষ্ঠা ১০৮ — মূল পাঠ্যবই অনুসারে হুবহু)

এ অধ্যায় শেষে আমরা–

• দৈনন্দিন জীবনে সংঘটিত আলোর প্রতিসরণের ঘটনাগুলো চিত্র অঙ্কন করে ব্যাখ্যা করতে পারব;
• পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন ব্যাখ্যা করতে পারব;
• অপটিক্যাল ফাইবারের কাজ ব্যাখ্যা করতে পারব;
• ম্যাগনিফাইং গ্লাসের কাজ ব্যাখ্যা করতে পারব;
• চশমার কাজ ব্যাখ্যা করতে পারব;
• ক্যামেরা এবং চোখের কার্যক্রম তুলনা করতে পারব;
• আমাদের দৈনন্দিন জীবনের বিভিন্ন কার্যক্রমে আলোর অবদান উপলব্ধি করতে পারব।

মূল আলোচনা

পাঠ ১: আলোর প্রতিসরণ (পৃষ্ঠা ১০৮–১০৯)

আমরা যখন কাচের বা গ্লাসের জানালার সামনে দাঁড়াই, তখন নিজের একটি আবছা ও অস্পষ্ট প্রতিবিম্ব দেখতে পাই। সাধারণ সমতল আয়নায় প্রতিবিম্ব যত স্পষ্ট ও উজ্জ্বল হয়, কাচের জানালায় তা হয় না। এর কারণ হলো— কাচ একটি স্বচ্ছ মাধ্যম। জানালার ওপর যে আলো আপতিত হয়, তার সিংহভাগই কাচের ভেতর দিয়ে প্রতিসরিত হয়ে বাইরে চলে যায়; অতি সামান্য অংশ কাচের পৃষ্ঠ থেকে প্রতিফলিত হয়ে আমাদের চোখে আসে।

আলো যখন একটিমাত্র সমসত্ত্ব স্বচ্ছ মাধ্যমে চলে, তখন তা সর্বদা সরলরেখায় চলে। কিন্তু আলো যখন এক স্বচ্ছ মাধ্যম থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন ঘনত্বের অন্য স্বচ্ছ মাধ্যমে তীর্যকভাবে প্রবেশ করে, তখন মাধ্যম দুটির সংযোগস্থল বা বিভেদতলে আলোকরশ্মির গতিপথের দিক পরিবর্তিত হয়ে যায়।

পরীক্ষা ও পর্যবেক্ষণ: পানিতে পেন্সিলের আপাত বিকৃতি

পরীক্ষা — পানিতে পেন্সিলের আপাত পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ:

• প্রয়োজনীয় উপকরণ: একটি কাচের গ্লাস, পরিষ্কার পানি, একটি পেন্সিল।
• কার্যপদ্ধতি: কাচের গ্লাসের প্রায় $\frac{3}{4}$ অংশ (চার ভাগের তিন ভাগ) পানি দিয়ে পূর্ণ করা হলো। এবার পেন্সিলটিকে একটু কাত বা হেলানো অবস্থায় পানির মধ্যে নিমজ্জিত করা হলো। এবার পাশ থেকে ও ওপর থেকে পানির ভেতরের অংশটি লক্ষ করা হলো।
• পর্যবেক্ষণ: পানির ভেতরের পেন্সিলের অংশটুকুকে স্বাভাবিকের চেয়ে মোটা, খাটো এবং পানির উপরিভাগ বা তল বরাবর পেন্সিলটি ভেঙে বা স্থানচ্যুত হয়ে গেছে বলে মনে হয়।
• সিদ্ধান্ত: পেন্সিলের নিমজ্জিত অংশ থেকে আলো ঘন মাধ্যম (পানি) পেরিয়ে হালকা মাধ্যমে (বায়ু) প্রবেশ করে আমাদের চোখে আসে। দুই মাধ্যমে আলোর চলার পথ একই সরলরেখায় থাকে না; পানির তলে দিক পরিবর্তন ঘটে বলেই এমন আপাত বিকৃতি ঘটে।

সংজ্ঞা — আলোর প্রতিসরণ (Refraction of Light): আলোক রশ্মি এক স্বচ্ছ মাধ্যম থেকে অন্য স্বচ্ছ মাধ্যমে তীর্যকভাবে আপতিত হলে মাধ্যম পরিবর্তনের ফলে বিভেদতলে এর গতিপথের দিক পরিবর্তন ঘটে। আলোক রশ্মির এই দিক পরিবর্তনকে আলোর প্রতিসরণ বলে (পৃষ্ঠা ১০৯)।

প্রতিসরণ কেন ঘটে?

একটি নির্দিষ্ট সমসত্ত্ব স্বচ্ছ মাধ্যমে আলো সর্বদা সরলরেখায় গমন করে। কিন্তু বিভিন্ন স্বচ্ছ মাধ্যমের আলোকীয় ঘনত্ব (Optical density) ভিন্ন ভিন্ন হয়। আলোকীয় ঘনত্বের ভিন্নতার কারণে ভিন্ন ভিন্ন মাধ্যমে আলোর বেগও ভিন্ন হয় (যেমন— শূন্য বা বায়ুতে আলোর বেগ প্রায় $3 \times 10^8 \text{ m/s}$, কিন্তু পানিতে তা কমে প্রায় $2.25 \times 10^8 \text{ m/s}$ এবং কাচে প্রায় $2 \times 10^8 \text{ m/s}$ হয়)। আলোক রশ্মি যখন এক মাধ্যম থেকে অন্য মাধ্যম-এ প্রবেশ করে, তখন বেগের পরিবর্তনের দরুন নতুন মাধ্যমের আলোকীয় বৈশিষ্ট্য অনুসারে এর গতিপথের দিক পরিবর্তিত হয়ে যায়।

Important লম্বভাবে আপতনের বিশেষ ক্ষেত্র: আলোক রশ্মি যদি বিভেদতলে তীর্যকভাবে আপতিত না হয়ে লম্বভাবে (অভিলম্ব বরাবর) আপতিত হয়, তবে আলোর গতিপথের কোনো দিক পরিবর্তন হয় না। এক্ষেত্রে আপতন কোণ ও প্রতিসরণ কোণ উভয়ই শূন্য হয় ($i = r = 0^\circ$)। ফলে আলো সোজাসুজি দ্বিতীয় মাধ্যমে প্রবেশ করে (পৃষ্ঠা ১০৯, ১১১)।

পাঠ ২ ও ৩: আলোর প্রতিসরণের নিয়ম (পৃষ্ঠা ১০৯–১১১)

আলোর প্রতিসরণ কোনো বিশৃঙ্খল ঘটনা নয়; এটি সুনির্দিষ্ট জ্যামিতিক নিয়ম মেনে সংঘটিত হয়। এটি বোঝার জন্য কাচফলকের প্রতিসরণ পরীক্ষাটি অত্যন্ত মৌলিক।

কাচফলকে আলোর প্রতিসরণ পরীক্ষা (পৃষ্ঠা ১১০)

পরীক্ষণ — কাচফলকের সাহায্যে প্রতিসরণের নিয়ম পরীক্ষণ:

• উপকরণ: একটি আয়তাকার কাচফলক (Glass slab), ড্রইং বোর্ড, সাদা ড্রইং কাগজ, চারটি আলপিন, পেন্সিল, স্কেল ও চাঁদা।
• পদ্ধতি:
  1. ড্রইং বোর্ডে সাদা কাগজটি পিন দিয়ে টানটান করে আটকানো হলো। কাগজের ঠিক মাঝখানে কাচফলকটি রেখে এর চারপাশ পেন্সিল দিয়ে দাগ টেনে একটি আয়তক্ষেত্র ($ABCD$) চিহ্নিত করা হলো।
  2. এবার কাচফলকটি সরিয়ে একটি তীর্যক রেখা বরাবর আপতিত রশ্মি $AB$ আঁকা হলো। এই রেখার ওপর প্রায় ৫ সেমি দূরত্বে দুটি আলপিন $P$ ও $Q$ খাড়াভাবে কাগজের ওপর গাঁথা হলো।
  3. কাচফলকটিকে পুনরায় দাগের ওপর পূর্বের স্থানে বসানো হলো। এবার কাচফলকের বিপরীত পাশ থেকে চোখ রেখে কাচের ভেতর দিয়ে $P$ ও $Q$ পিন দুটিকে একটি সরলরেখায় দেখার চেষ্টা করা হলো।
  4. ঐ একই সরলরেখা বরাবর কাচফলকের বিপরীত প্রান্তে আরও দুটি আলপিন $R$ ও $S$ এমনভাবে পোঁতা হলো যেন কাচের মধ্য দিয়ে তাকালে চারটি পিন ($P, Q, R, S$) একই সরলরেখায় আছে বলে মনে হয়।
  5. এবার পিন ও কাচফলক সরিয়ে $R$ ও $S$ বিন্দু দুটি যুক্ত করে $CD$ রেখা টানা হলো। $B$ ও $C$ বিন্দু যোগ করে প্রতিসরিত রশ্মি $BC$ আঁকা হলো।
  6. আপতন বিন্দু $B$-তে বিভেদতলের ওপর লম্ব $NN'$ এবং নির্গমন বিন্দু $C$-তে লম্ব $MM'$ অঙ্কন করা হলো।
  7. চাঁদার সাহায্যে আপতন কোণ $\angle ABN = i$, প্রতিসরণ কোণ $\angle CBN' = r$ এবং নির্গমন কোণ $\angle DCM' = e$ পরিমাপ করা হলো।

পর্যবেক্ষণ ও ফলাফল

• কাচের ভেতরে আলোকরশ্মি অভিলম্ব $NN'$-এর দিকে সরে এসেছে। ফলে চাঁদা দিয়ে মেপে দেখা যায়: আপতন কোণ প্রতিসরণ কোণ অপেক্ষা বড়ো ($i > r$)।
• কাচফলক থেকে আলো যখন পুনরায় বাতাসে নির্গত হয়েছে, তখন রশ্মি অভিলম্ব $MM'$ থেকে দূরে সরে গেছে। পরিমাপে দেখা যায়: আপতন কোণ ও নির্গমন কোণ পরস্পর সমান ($i = e$)।

প্রতিসরণের নিয়মাবলি (Rules of Refraction)

পাঠ্যবইয়ের ভিত্তিতে প্রতিসরণের প্রধান নিয়মগুলো নিম্নরূপ (পৃষ্ঠা ১১০–১১১):

1. হালকা মাধ্যম থেকে ঘন মাধ্যমে গমন: আলোক রশ্মি যখন হালকা মাধ্যম (যেমন বায়ু) থেকে ঘন মাধ্যমে (যেমন কাচ বা পানি) তীর্যকভাবে প্রবেশ করে, তখন প্রতিসরিত রশ্মি বিভেদতলে অঙ্কিত অভিলম্বের দিকে সরে আসে। এই ক্ষেত্রে আপতন কোণ প্রতিসরণ কোণ অপেক্ষা বড়ো হয়: $i > r$

2. ঘন মাধ্যম থেকে হালকা মাধ্যমে গমন: আলোক রশ্মি যখন ঘন মাধ্যম (যেমন কাচ বা পানি) থেকে হালকা মাধ্যমে (যেমন বায়ু) তীর্যকভাবে প্রবেশ করে, তখন প্রতিসরিত রশ্মি অভিলম্ব থেকে দূরে সরে যায়। এই ক্ষেত্রে আপতন কোণ প্রতিসরণ কোণ অপেক্ষা ছোটো হয়: $i < r$

3. একই মাধ্যমে পুনরায় নির্গমন: আলোক রশ্মি প্রথমে একটি মাধ্যম (বায়ু) থেকে অন্য মাধ্যমে (কাচ) প্রতিসরিত হওয়ার পর পুনরায় যদি প্রথম মাধ্যমে (বায়ু) নির্গত হয়, তবে আপতন কোণ ও নির্গমন কোণ পরস্পর সমান হয়: $i = e$ (এখানে আপতিত রশ্মি ও নির্গত রশ্মি পরস্পর সমান্তরাল থাকে, কেবল পার্শ্বীয় সরণ ঘটে।)

4. সমতলীয় নিয়ম: আপতিত রশ্মি, প্রতিসরিত রশ্মি এবং আপতন বিন্দুতে দুই মাধ্যমের বিভেদতলে অঙ্কিত অভিলম্ব সর্বদা একই সমতলে অবস্থান করে।

5. লম্ব আপতনের নিয়ম: আলোক রশ্মি যখন বিভেদতলে লম্বভাবে বা অভিলম্ব বরাবর আপতিত হয়, তখন আপতন কোণ, প্রতিসরণ কোণ ও নির্গত কোণ— তিনটির মানই শূন্য হয়: $i = r = e = 0^\circ$ এক্ষেত্রে আলোকরশ্মির কোনো দিক পরিবর্তন হয় না; আলো সোজাসুজি দ্বিতীয় মাধ্যমে চলে যায়।

বিভিন্ন মাধ্যমে আলোর আচরণ — তুলনামূলক সারসংক্ষেপ