6 Most SAQ’s of Ray Optics and Optical Instruments Chapter in Inter 2nd Year Physics (TS/AP)

4 Marks

SAQ-1 : Define critical angle. Explain total internal reflection using a neat diagram.

For Backbenchers 😎

Imagine you’re at a swimming pool, and you see a coin at the bottom. When you look straight down, you can see it clearly. But what if you try to look at it from the side, near the edge of the pool? Suddenly, you can’t see the coin anymore. That’s because of something called the “critical angle.”

The critical angle is like a special angle when light decides to change its path. Imagine you have a laser pointer and shine it into the water. If you point it straight down, the light goes through the water, and you can see the coin. But when you tilt the laser pointer, there comes a point where the light doesn’t go into the water anymore; it bounces back up to the surface. That angle, where the light just reflects back, is the critical angle.

When this happens, it’s called “total internal reflection.” Think of it as the light being too shy to leave the water, so it stays inside and bounces back. That’s why you can’t see the coin when you try to look at it from the side of the pool.

Total internal reflection is super important in things like fiber-optic cables, which help send internet and phone signals really fast. It also explains cool stuff like rainbows and mirages. So, remember, the critical angle is the angle where light changes its mind and bounces back, and total internal reflection is when all the light decides to stay inside and play hide and seek.

మన తెలుగులో

మీరు స్విమ్మింగ్ పూల్ వద్ద ఉన్నారని ఊహించుకోండి మరియు మీరు దిగువన ఒక నాణెం చూస్తారు. మీరు నేరుగా క్రిందికి చూస్తే, మీరు స్పష్టంగా చూడవచ్చు. కానీ మీరు కొలను అంచు దగ్గర నుండి వైపు నుండి చూడటానికి ప్రయత్నిస్తే? అకస్మాత్తుగా, మీరు ఇకపై నాణెం చూడలేరు. అది “క్రిటికల్ యాంగిల్” అని పిలవబడేది.

కాంతి తన మార్గాన్ని మార్చుకోవాలని నిర్ణయించుకున్నప్పుడు క్లిష్టమైన కోణం ఒక ప్రత్యేక కోణం లాంటిది. మీరు లేజర్ పాయింటర్‌ని కలిగి ఉన్నారని మరియు దానిని నీటిలోకి ప్రకాశింపజేయండి. మీరు దానిని నేరుగా క్రిందికి చూపినట్లయితే, కాంతి నీటి గుండా వెళుతుంది మరియు మీరు నాణెం చూడవచ్చు. కానీ మీరు లేజర్ పాయింటర్‌ను వంచినప్పుడు, కాంతి ఇకపై నీటిలోకి వెళ్లని పాయింట్ వస్తుంది; అది ఉపరితలం వరకు తిరిగి బౌన్స్ అవుతుంది. ఆ కోణం, ఎక్కడ కాంతి తిరిగి ప్రతిబింబిస్తుంది, అది క్లిష్టమైన కోణం.

ఇది జరిగినప్పుడు, దానిని “పూర్తి అంతర్గత ప్రతిబింబం” అంటారు. కాంతి నీటిని విడిచిపెట్టడానికి చాలా సిగ్గుపడుతుందని భావించండి, కాబట్టి అది లోపల ఉండి తిరిగి బౌన్స్ అవుతుంది. అందుకే కొలను వైపు నుంచి చూడాలని ప్రయత్నించినప్పుడు నాణెం కనిపించదు.

ఫైబర్-ఆప్టిక్ కేబుల్స్ వంటి వాటిలో మొత్తం అంతర్గత ప్రతిబింబం చాలా ముఖ్యమైనది, ఇది ఇంటర్నెట్ మరియు ఫోన్ సిగ్నల్‌లను నిజంగా వేగంగా పంపడంలో సహాయపడుతుంది. ఇది ఇంద్రధనస్సులు మరియు ఎండమావులు వంటి చక్కని విషయాలను కూడా వివరిస్తుంది. కాబట్టి, గుర్తుంచుకోండి, క్రిటికల్ యాంగిల్ అంటే కాంతి తన మనస్సును మార్చుకుని తిరిగి బౌన్స్ అయ్యే కోణం, మరియు మొత్తం అంతర్గత ప్రతిబింబం అనేది మొత్తం కాంతి లోపల ఉండి దాక్కుని ఆడాలని నిర్ణయించుకున్నప్పుడు.

Introduction

The “critical angle” is a key concept in physics, especially in the study of light and optics. It’s important to understand when and how light changes its path, especially when it goes from one material to another, like from water to air or glass to air.

  1. Defining Critical Angle: The critical angle is the angle of incidence that provides an angle of refraction of 90-degrees. When light moves from a denser medium (like water or glass) to a less dense medium (like air) and the incident angle is bigger than the critical angle, light doesn’t pass into the second medium. Instead, it turns back into the first medium.
  2. Understanding Total Internal Reflection: Total Internal Reflection (TIR) happens when the angle of incidence is larger than the critical angle. This means that all the light is reflected back into the original medium. A good example of this is looking up while underwater. The light doesn’t leave the water; instead, it bounces back, which is why you see a reflection.
  3. Steps of Total Internal Reflection:
    • Light travels from a denser medium to a less dense medium.
    • The angle of incidence is larger than the critical angle.
    • Instead of refracting and passing into the less dense medium, the light reflects entirely back into the denser medium.
    • This is Total Internal Reflection.

Summary

The critical angle and total internal reflection are key parts of how light behaves. These principles are fundamental in different fields, like optics, fiber-optic communications, and even natural phenomena like rainbows and mirages. Remember, the critical angle is the angle of incidence that causes refraction at 90-degrees, and total internal reflection occurs when all the light reflects back into the denser medium because the incident angle is greater than the critical angle.


SAQ-2 : Explain the formation of a mirage.

For Backbenchers 😎

Imagine you’re out in the desert on a scorching hot day. You look ahead, and in the distance, you see what seems to be a shimmering puddle of water, but when you get closer, it’s not there. This trick that nature plays on your eyes is called a “mirage.”

Now, let’s understand how this works. It’s all about how light, the thing that lets us see, behaves. When light moves from one place to another, like from the air to the ground, it can change direction a little. This bending of light is called “refraction.”

On a super hot day, the air just above the ground gets really, really hot. This hot air is lighter and less dense than the cooler air above it. When light from the sky reaches this hot air near the ground, it does something interesting. It bends more than usual because of the extreme heat.

Sometimes, it bends so much that it bounces off the hot air like a mirror. That’s where the word “reflection” comes in. This bouncing light tricks your eyes. Instead of seeing the ground, you see the blue sky or even water because the light acts like a mirror showing you things from above.

Now, why is this important? Well, it helps scientists understand how light behaves when it goes through different kinds of air, like hot and cold layers. It’s not just a cool illusion; it’s also a way to study how our world works. So, a mirage is like nature’s optical illusion, showing us how light can play tricks on our eyes, especially on blazing hot days in the desert.

మన తెలుగులో

వేడిగా ఉండే రోజులో మీరు ఎడారిలో ఉన్నారని ఊహించుకోండి. మీరు ముందుకు చూస్తారు, మరియు దూరం లో, మీరు ఒక మెరిసే నీటి కుంటలా కనిపిస్తారు, కానీ మీరు దగ్గరగా వచ్చినప్పుడు, అది అక్కడ లేదు. ప్రకృతి మీ కళ్లపై ప్రదర్శించే ఈ ట్రిక్‌ను “ఎండమావి” అంటారు.

ఇప్పుడు, ఇది ఎలా పని చేస్తుందో అర్థం చేసుకుందాం. ఇది ఎంత తేలికైనది, మనం చూసేలా చేస్తుంది, ప్రవర్తిస్తుంది. కాంతి ఒక ప్రదేశం నుండి మరొక ప్రదేశానికి వెళ్లినప్పుడు, గాలి నుండి భూమికి వలె, అది కొద్దిగా దిశను మార్చగలదు. ఇలా కాంతి వంగడాన్ని “వక్రీభవనం” అంటారు.

చాలా వేడిగా ఉండే రోజున, నేల పైన ఉన్న గాలి నిజంగా వేడిగా ఉంటుంది. ఈ వేడి గాలి దాని పైన ఉన్న చల్లటి గాలి కంటే తేలికగా మరియు తక్కువ సాంద్రతతో ఉంటుంది. ఆకాశం నుండి వెలుతురు భూమికి సమీపంలో ఉన్న ఈ వేడి గాలికి చేరుకున్నప్పుడు, అది ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది. విపరీతమైన వేడి కారణంగా ఇది సాధారణం కంటే ఎక్కువగా వంగి ఉంటుంది.

కొన్నిసార్లు, అది వేడి గాలిని అద్దంలా బౌన్స్ చేసేంత వంగి ఉంటుంది. అక్కడ “ప్రతిబింబం” అనే పదం వస్తుంది. ఈ బౌన్స్ లైట్ మీ కళ్లను మోసగిస్తుంది. నేలను చూసే బదులు, మీరు నీలి ఆకాశం లేదా నీటిని కూడా చూస్తారు ఎందుకంటే కాంతి పై నుండి వస్తువులను మీకు చూపించే అద్దంలా పనిచేస్తుంది.

ఇప్పుడు, ఇది ఎందుకు ముఖ్యమైనది? బాగా, వేడి మరియు చల్లని పొరల వంటి వివిధ రకాల గాలి ద్వారా కాంతి ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది శాస్త్రవేత్తలకు సహాయపడుతుంది. ఇది కేవలం ఒక చల్లని భ్రమ కాదు; మన ప్రపంచం ఎలా పనిచేస్తుందో అధ్యయనం చేయడానికి ఇది ఒక మార్గం. కాబట్టి, ఎండమావి అనేది ప్రకృతి యొక్క ఆప్టికల్ భ్రమ లాంటిది, ముఖ్యంగా ఎడారిలో మండుతున్న వేడి రోజులలో కాంతి మన కళ్లపై ఎలా మాయలు ఆడుతుందో చూపిస్తుంది.

Introduction

A “mirage” is a term used in optics, which refers to the misleading appearance of objects at a distance. It is an optical illusion that’s caused by the refraction, or bending, of light rays through layers of air that have different densities. It’s often seen in deserts or on hot roads, appearing like a puddle of water at a distance. The concept of total internal reflection plays a key role in creating a mirage.

  1. Understanding Light Refraction: Before we get to mirages, we need to understand refraction. Refraction is the change in direction of light when it passes from one medium to another, like from air to water or air to glass. When light goes from a denser medium to a less dense medium, it bends away from the normal line. The “normal” is an imaginary straight line that’s perpendicular to the surface at the point of incidence, where the light hits.
  2. Formation of a Mirage: Mirages occur due to the refraction and total internal reflection of light by different layers of air. Here are the steps:
    • On a hot day, the air just above the ground becomes hotter (and hence less dense) than the air above it.
    • Light from the sky, when it reaches this hot air near the surface, moves from a denser medium to a less dense medium
    • Due to refraction, the light bends away from the normal, making an angle larger than the critical angle with the normal at the interface of the hot and cool air layers
    • This leads to the total internal reflection of light.
    • The reflected light when reaches our eyes, our eyes trace it back as a straight line (since we typically perceive light to travel in a straight path).
    • This gives the illusion of the sky (or a body of water) on the ground, which is the mirage we see.
  3. Importance of Mirage: Understanding mirages helps us in studying how light behaves when it moves through mediums of different densities. This is particularly important in areas such as meteorology and environmental studies, as well as in understanding optical illusions and certain natural phenomena.

Summary

So, in simple terms, a mirage is a natural optical illusion that happens when light refracts and reflects due to changes in air density. This event, often seen on hot days, makes it appear like there is water or the sky on the ground. It’s a fascinating example of the principles of refraction and total internal reflection in action. Understanding these concepts not only explains this natural phenomenon but also helps in grasping more complex principles in physics and optics.


SAQ-3 : Explain the formation of a rainbow.

For Backbenchers 😎

Imagine you’re outside after a rain shower, and suddenly, you see a beautiful arch of colors in the sky. That’s a rainbow! But how does it happen?

First, let’s talk about sunlight. Sunlight might look white, but it’s actually made up of lots of different colors, like a rainbow waiting to happen. Each color has its own special way of bending when it passes through something, like glass or water.

Now, when raindrops are hanging in the air after a rain, they act like tiny little prisms. When sunlight goes into a raindrop, something magical happens. The light splits into all its colors, like a fan of colors spreading out. This splitting of light is called “dispersion.”

But that’s not the end of the story. Some of the split light bounces around inside the raindrop and comes back out. It’s like a little dance party inside the drop! This bouncing around is called “internal reflection.”

Finally, the light that danced around inside the raindrop gets out and reaches our eyes. And guess what? We see all those colors in a circle in the sky! The colors have a special order, like a rainbow recipe. Red is on the outside, and violet is on the inside.

To see a rainbow, you need to stand with your back to the sun and look in the direction opposite to where the sun is. When you do that at just the right angle, you’ll see a colorful arch in the sky.

So, a rainbow is like a colorful circle made by sunlight that’s been split, danced around, and painted across the sky by raindrops. It’s like nature’s way of showing off its beautiful colors after a rain shower.

మన తెలుగులో

వర్షం పడిన తర్వాత మీరు బయట ఉన్నారని ఊహించుకోండి మరియు అకస్మాత్తుగా, మీరు ఆకాశంలో అందమైన రంగుల వంపుని చూస్తారు. అది ఇంద్రధనస్సు! అయితే అది ఎలా జరుగుతుంది?

మొదట, సూర్యకాంతి గురించి మాట్లాడుకుందాం. సూర్యకాంతి తెల్లగా కనిపించవచ్చు, కానీ వాస్తవానికి ఇది చాలా విభిన్న రంగులతో రూపొందించబడింది, ఇంద్రధనస్సు కోసం వేచి ఉంది. ప్రతి రంగు గాజు లేదా నీరు వంటి వాటి గుండా వెళుతున్నప్పుడు వంగడానికి దాని స్వంత ప్రత్యేక మార్గాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

ఇప్పుడు, వర్షం తర్వాత వాన చినుకులు గాలిలో వేలాడుతున్నప్పుడు, అవి చిన్న చిన్న ప్రిజమ్‌ల వలె పనిచేస్తాయి. సూర్యకాంతి వర్షపు చినుకులోకి వెళ్ళినప్పుడు, ఏదో అద్భుతం జరుగుతుంది. కాంతి తన రంగులన్నింటిలోకి విడిపోతుంది, రంగుల అభిమాని వ్యాపిస్తుంది. ఈ కాంతి విభజనను “డిస్పర్షన్” అంటారు.

కానీ అది కథ ముగింపు కాదు. కొన్ని స్ప్లిట్ లైట్ రెయిన్‌డ్రాప్ లోపల బౌన్స్ అవుతుంది మరియు తిరిగి బయటకు వస్తుంది. ఇది డ్రాప్ లోపల ఒక చిన్న డ్యాన్స్ పార్టీ లాంటిది! ఇలా బౌన్స్ అవడాన్ని “అంతర్గత ప్రతిబింబం” అంటారు.

చివరగా, వాన చుక్క లోపల నాట్యం చేసిన కాంతి బయటకు వెళ్లి మన కళ్లకు చేరుతుంది. మరియు ఏమి అంచనా? ఆ రంగులన్నీ మనం ఆకాశంలో వృత్తాకారంలో చూస్తాం! రంగులు ఇంద్రధనస్సు రెసిపీ వంటి ప్రత్యేక క్రమాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఎరుపు రంగు వెలుపల ఉంటుంది, మరియు లోపలి భాగంలో వైలెట్ ఉంటుంది.

ఇంద్రధనస్సును చూడాలంటే, మీరు సూర్యునికి మీ వెనుకభాగంలో నిలబడి, సూర్యుడు ఉన్న ప్రదేశానికి వ్యతిరేక దిశలో చూడాలి. మీరు దానిని లంబ కోణంలో చేసినప్పుడు, మీరు ఆకాశంలో రంగురంగుల వంపుని చూస్తారు.

కాబట్టి, ఇంద్రధనస్సు అనేది సూర్యరశ్మి ద్వారా ఏర్పడిన రంగురంగుల వృత్తం లాంటిది, అది విడిపోయి, చుట్టూ నృత్యం చేసి, వాన చినుకులచే ఆకాశంలో చిత్రించబడింది. వర్షం కురిసిన తర్వాత ప్రకృతి తన అందమైన రంగులను చూపించే విధానం లాంటిది.

Introduction

A rainbow is a beautiful and natural phenomenon that occurs in the sky, particularly after it rains. It’s a multi-colored arc that has seven colors, which are violet, indigo, blue, green, yellow, orange, and red. The formation of a rainbow involves three main steps: dispersion, refraction, and internal reflection of sunlight inside raindrops.

Understanding Light

Before explaining a rainbow, let’s understand light. Sunlight, also called white light, is actually a mix of different colors. Each color has a different wavelength, and when they all come together, we see it as white light.

How Rainbow Forms

  1. Dispersion: When sunlight enters a raindrop, it breaks apart into different colors. This happens because each color bends, or refracts, by a slightly different amount. This spreading of white light into its full spectrum of colors is called dispersion.
  2. Internal Reflection: The dispersed light inside the raindrop hits the inside surface of the raindrop and reflects off it. This is the internal reflection. Some light does escape from the raindrop, but a significant amount of it reflects back inside.
  3. Refraction Again: This internally reflected light then hits the surface of the raindrop again and refracts out of the raindrop.
  4. Order of Colors: Each color emerges at a slightly different angle. The red light comes out at the steepest angle, and the violet light comes out at the least steep angle. This is why the red color is at the top of the rainbow, and violet is at the bottom.
  5. Observer’s Position: We see a rainbow when our back is to the sun, and we’re looking at an approximately 40-42 degree angle away from the direction opposite the sun.

Summary

So, a rainbow is a lovely natural event that happens when sunlight gets spread out into different colors, and then gets bounced inside raindrops and comes out to our eyes. The sunlight goes through dispersion, then reflects inside the raindrop, and refracts out again. When we see this light, we see it as a circular arc of colors with red on the outer part and violet on the inner part.


SAQ-4 : With a neat labelled diagram explain the formation of image in a simple microscope.

For Backbenchers 😎

Imagine you have a little glass that makes tiny things look big. This glass is called a “simple microscope” or a “magnifying glass.”

This glass is special because it’s curved, like a tiny ball. Imagine you’re looking at a bug, and you want to see it up close. You put the bug close to the glass, but not too close. Now, some magic happens!

The glass takes the bug you’re looking at and makes it look much bigger. It’s like having a superhero power to zoom in on things. But how does this magic work?

Think of the glass as a special friend. When light comes from the bug and goes into the glass, it bends the light a little. Some of the light goes in straight, but some of it bends and comes together to make the bug look bigger.

Now, when you look through the glass, you see the bug, not as it really is, but bigger and closer. It’s like having a tiny bug friend right in front of your eyes!

We can measure how much bigger the bug looks with a special math trick called “magnification.” It’s like a number that tells us how much the glass zooms in on things.

So, here’s the cool part: the bigger the number, the closer the bug looks. We can even use a formula to figure out this number: m = 1 + D/f.

That formula tells us how much bigger things look when we use the simple microscope. It’s like knowing the secret code to how it works!

So, a simple microscope is like having a magical glass that makes small stuff look really big. It’s all about bending light and using a special number to figure out how much bigger things appear. It’s a handy tool for reading tiny print or getting a closer look at the small wonders around us.

మన తెలుగులో

మీరు చిన్న వస్తువులను పెద్దగా కనిపించేలా చేసే చిన్న గాజును కలిగి ఉన్నారని ఊహించుకోండి. ఈ గాజును “సింపుల్ మైక్రోస్కోప్” లేదా “భూతద్దం” అంటారు.

ఈ గ్లాస్ ప్రత్యేకమైనది ఎందుకంటే ఇది చిన్న బంతిలా వక్రంగా ఉంటుంది. మీరు బగ్‌ని చూస్తున్నారని ఊహించుకోండి మరియు మీరు దానిని దగ్గరగా చూడాలనుకుంటున్నారు. మీరు బగ్‌ను గాజుకు దగ్గరగా ఉంచారు, కానీ చాలా దగ్గరగా కాదు. ఇప్పుడు, ఏదో మేజిక్ జరుగుతుంది!

గ్లాస్ మీరు చూస్తున్న బగ్‌ని తీసుకుంటుంది మరియు దానిని చాలా పెద్దదిగా చేస్తుంది. ఇది విషయాలను జూమ్ చేయడానికి ఒక సూపర్ హీరో శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. అయితే ఈ మేజిక్ ఎలా పనిచేస్తుంది?

గాజును ప్రత్యేక స్నేహితుడిగా భావించండి. బగ్ నుండి కాంతి వచ్చి గాజులోకి వెళ్ళినప్పుడు, అది కాంతిని కొద్దిగా వంగుతుంది. కొన్ని కాంతి నేరుగా లోపలికి వెళుతుంది, కానీ కొన్ని వంగి మరియు బగ్ పెద్దగా కనిపించేలా కలిసి వస్తాయి.

ఇప్పుడు, మీరు గ్లాసులోంచి చూస్తే, మీరు బగ్‌ని చూస్తారు, అది నిజంగా ఉన్నట్లు కాదు, కానీ పెద్దదిగా మరియు దగ్గరగా ఉంటుంది. ఇది మీ కళ్ల ముందు ఒక చిన్న బగ్ స్నేహితుడు ఉన్నట్లే!

“మాగ్నిఫికేషన్” అనే ప్రత్యేక గణిత ట్రిక్‌తో బగ్ ఎంత పెద్దదిగా ఉందో మనం కొలవవచ్చు. గ్లాస్ వస్తువులపై ఎంత జూమ్ చేస్తుందో చెప్పే నంబర్ లాంటిది.

కాబట్టి, ఇక్కడ మంచి భాగం ఉంది: పెద్ద సంఖ్య, బగ్ దగ్గరగా కనిపిస్తుంది. ఈ సంఖ్యను గుర్తించడానికి మనం ఫార్ములాను కూడా ఉపయోగించవచ్చు: m = 1 + D/f.

మనం సాధారణ మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించినప్పుడు ఎంత పెద్ద విషయాలు కనిపిస్తాయో ఆ ఫార్ములా చెబుతుంది. ఇది ఎలా పని చేస్తుందో రహస్య కోడ్ తెలుసుకోవడం వంటిది!

కాబట్టి, ఒక సాధారణ మైక్రోస్కోప్ చిన్న వస్తువులను నిజంగా పెద్దదిగా కనిపించేలా చేసే మాయా గాజును కలిగి ఉంటుంది. ఇది కాంతిని వంచడం మరియు ఎంత పెద్ద వస్తువులు కనిపిస్తాయో గుర్తించడానికి ప్రత్యేక సంఖ్యను ఉపయోగించడం. ఇది చిన్న ముద్రణను చదవడానికి లేదా మన చుట్టూ ఉన్న చిన్న అద్భుతాలను దగ్గరగా చూడడానికి ఉపయోగపడే సాధనం.

Introduction

A simple microscope, also known as a magnifying glass, uses a convex lens with a short focal length to create a magnified image of small objects. Let’s understand the working of a simple microscope with a ray diagram and derive the magnification formula.

Ray Diagram and Working of a Simple Microscope

  1. Picture a convex lens with its principal focus (F) and optical center (O). The object AB is placed between F and O.
  2. A light ray from point A of the object that is parallel to the principal axis is refracted through the focus (F’) on the other side of the lens.
  3. A second ray of light from point A passes through the optical center O without changing its path.
  4. These refracted rays are diverging, so they seem to come from a point A’ behind the lens if we extend them backward.
  5. Drawing a line perpendicular from A’ to the principal axis, we get a virtual, erect, and magnified image A’B’ of the object AB.

Magnification Formula

Magnification (m) is the ratio of the height of the image to the height of the object, which is also equal to the ratio of the image distance (v) to the object distance (u). So, $$m = \frac{v}{u}$$

In a simple microscope, the lens is adjusted so the image is formed at the near point, which is typically a distance (D) of 25cm from the eye.

  1. Using the lens formula, 1/f = 1/v − 1/u, we can rearrange to find 1/u = 1/v − 1/f.
  2. Substituting this in the magnification formula, we get m = v × (1/v−1/f). According to the sign convention, v = −D. Substituting this value, we get m = 1 + D/f.

Summary

So, a simple microscope uses a convex lens to make small objects appear bigger. Light rays from the object refract at the lens to form a virtual, upright, and enlarged image. The magnification can be calculated using the formula m = 1 + D/f. Understanding this process and remembering the magnification formula will help students perform better in exams. A simple microscope is a handy tool for basic purposes like reading fine print or examining small details.


SAQ-5 : Define focal length of a concave mirror. Prove that the radius of curvature of a concave mirror is double its focal length.

For Backbenchers 😎

A concave mirror is like a spoon-shaped mirror. When you shine a light on it, the light rays come together at a special point called the focus. It’s like all the light rays gather at a party in one spot.

Now, let’s talk about two important things: focal length and radius of curvature. The focal length is like the distance from the mirror’s middle to the focus. Think of it as the distance from the mirror to where the light rays meet.

The radius of curvature is like the distance from the mirror’s middle to the edge of a big circle it’s a part of. It’s like measuring from the middle to the circle’s edge.

Here’s the simple secret: The focal length is just half as long as the radius of curvature. In math, it’s like saying Focal Length (f) = Radius of Curvature (R) divided by 2 (f = 1/2 R).

This helps us do cool things like fixing eyesight with special glasses. And remember, concave mirrors make a special kind of picture if the thing you’re looking at is far away. The picture will be smaller and standing up. So, concave mirrors are like magical helpers that make things look different!

మన తెలుగులో

పుటాకార అద్దం చెంచా ఆకారంలో ఉండే అద్దం లాంటిది. మీరు దానిపై కాంతిని ప్రకాశింపజేసినప్పుడు, కాంతి కిరణాలు ఫోకస్ అనే ప్రత్యేక బిందువు వద్ద కలిసి వస్తాయి. ఒక పార్టీలో అన్ని కాంతి కిరణాలు ఒకే చోట చేరడం లాంటిది.

ఇప్పుడు, రెండు ముఖ్యమైన విషయాల గురించి మాట్లాడుకుందాం: ఫోకల్ పొడవు మరియు వక్రత వ్యాసార్థం. ఫోకల్ లెంగ్త్ అనేది అద్దం మధ్య నుండి ఫోకస్‌కి దూరం వంటిది. కాంతి కిరణాలు కలిసే చోటుకి అద్దం నుండి దూరం అని ఆలోచించండి.

వక్రత యొక్క వ్యాసార్థం అద్దం మధ్య నుండి పెద్ద వృత్తం యొక్క అంచు వరకు ఉన్న దూరం వలె ఉంటుంది. ఇది మధ్య నుండి వృత్తం అంచు వరకు కొలవడం వంటిది.

ఇక్కడ సాధారణ రహస్యం ఉంది: ఫోకల్ పొడవు వక్రత యొక్క వ్యాసార్థంలో సగం మాత్రమే ఉంటుంది. గణితంలో, ఇది ఫోకల్ లెంగ్త్ (f) = వక్రత యొక్క వ్యాసార్థం (R)ని 2 (f = 1/2 R)తో విభజించడం లాంటిది.

ప్రత్యేక అద్దాలతో కంటిచూపును సరిచేయడం వంటి చక్కని పనులను చేయడానికి ఇది మాకు సహాయపడుతుంది. మరియు గుర్తుంచుకోండి, మీరు చూస్తున్న వస్తువు దూరంగా ఉంటే పుటాకార అద్దాలు ఒక ప్రత్యేక రకమైన చిత్రాన్ని తయారు చేస్తాయి. చిత్రం చిన్నదిగా మరియు నిలబడి ఉంటుంది. కాబట్టి, పుటాకార అద్దాలు విషయాలు భిన్నంగా కనిపించేలా చేసే మాయా సహాయకుల వంటివి!

Introduction

A concave mirror is a special type of mirror that curves inwards. These mirrors have a special property that if light rays parallel to the main line (principal axis) hit the mirror, they bounce off and meet at one point. This point is known as the principal focus.

  1. Understanding Focal Length: The focal length is the distance from the middle of the concave mirror (the pole) to the principal focus. The way we can find the focal length is by getting a real image of an object that is far away.
  2. Understanding Radius of Curvature: Imagine you have a concave mirror. Draw a line (ray) AB that runs parallel to the principal axis PC, hitting the mirror at point B. This ray then bounces off the mirror and goes through the focus, F. P is the middle of the mirror (pole), and C is the centre of the whole circle the mirror could be part of (centre of curvature). The distance PF is the focal length, f. The distance PC is the radius of the circle, R.
  3. Proving the Relationship:
    • Draw a line BC that stands up straight (normal) to the mirror where the ray hits it at B. The angle ABC is equal to the angle CBF because light reflects at the same angle it hits (Law of reflection, $$\angle i = \angle r$$
    • The angle ABC is also equal to the angle BCF because they are on opposite sides of a straight line (alternate angles).
    • So, this means that $$\angle BCF = \angle CBF$$ Because these two angles are the same, triangle FBC is an isosceles triangle, where the sides opposite equal angles are the same length.
    • So, this means that BF=FC. If we imagine the mirror is very small (small aperture), the point B is very close to the point P, so BF=PF.
    • Therefore, $$PF = FC = \frac{1}{2}PC$$ or $$f = \frac{1}{2}R$$

Summary

The focal length of a concave mirror is the distance from the middle of the mirror to the focus point. The radius of curvature is the distance from the middle of the mirror to the centre of the whole circle the mirror could be part of. Using angles and triangles, we proved that the radius is twice as long as the focal length (R = 2f). This understanding is important for things like correcting short-sightedness with concave lenses, which are similar to concave mirrors but bend light instead of reflecting it. Remember, a concave mirror or a lens will only make a virtual image if the object is more than one focal length away. The image will be upright and smaller.


SAQ-6 : Why does the setting sun appear red?

For Backbenchers 😎

Sunsets and sunrises are beautiful natural events that we often admire. One striking feature of these events is the change in the color of the sky and the Sun, where they often appear to be red or orange. This color change happens because of a process called scattering.

Understanding Light: Light, that we see every day, is composed of different colors. Each color has a different wavelength. Blue and violet light have shorter wavelengths, while red and orange light have longer wavelengths. When light travels in the atmosphere, it interacts with molecules and particles in the air. This interaction causes the light to scatter, or spread out, in different directions.

The Role of Scattering: The color of the sky we see depends on how much of each color of light is scattered. Shorter wavelengths (like blue and violet) are scattered more than longer wavelengths (like red and orange). This is why the sky appears blue to us during the daytime. The blue light is being scattered in all directions and thus, it is the color that we see.

During sunset and sunrise, the Sun is closer to the horizon. Because of this, the sunlight has to travel a longer distance through the Earth’s atmosphere.

As the sunlight travels this long path, most of the short-wavelength light (blue and violet) gets scattered in different directions and moves away from your line of sight.

The long-wavelength light (red, orange, and yellow), however, gets scattered less and continues to move along your line of sight. Therefore, when you look at the Sun during sunrise or sunset, you see more of the longer-wavelength light, making the Sun appear red or orange.

మన తెలుగులో

సూర్యాస్తమయాలు మరియు సూర్యోదయాలు మనం తరచుగా ఆరాధించే అందమైన సహజ సంఘటనలు. ఈ సంఘటనల యొక్క ఒక అద్భుతమైన లక్షణం ఆకాశం మరియు సూర్యుని రంగులో మార్పు, ఇక్కడ అవి తరచుగా ఎరుపు లేదా నారింజ రంగులో కనిపిస్తాయి. స్కాటరింగ్ అనే ప్రక్రియ కారణంగా ఈ రంగు మార్పు జరుగుతుంది.

కాంతిని అర్థం చేసుకోవడం: మనం ప్రతిరోజూ చూసే కాంతి వివిధ రంగులతో కూడి ఉంటుంది. ప్రతి రంగుకు భిన్నమైన తరంగదైర్ఘ్యం ఉంటుంది. నీలం మరియు వైలెట్ కాంతి తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలను కలిగి ఉంటుంది, అయితే ఎరుపు మరియు నారింజ కాంతికి ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలు ఉంటాయి. కాంతి వాతావరణంలో ప్రయాణించినప్పుడు, అది గాలిలోని అణువులు మరియు కణాలతో సంకర్షణ చెందుతుంది. ఈ పరస్పర చర్య కాంతిని వేర్వేరు దిశల్లో వెదజల్లడానికి లేదా విస్తరించడానికి కారణమవుతుంది.

విక్షేపణం యొక్క పాత్ర: మనం చూసే ఆకాశం యొక్క రంగు కాంతి యొక్క ప్రతి రంగు ఎంత చెల్లాచెదురుగా ఉందో దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలు (నీలం మరియు వైలెట్ వంటివి) పొడవైన తరంగదైర్ఘ్యాల (ఎరుపు మరియు నారింజ వంటివి) కంటే ఎక్కువగా చెల్లాచెదురుగా ఉంటాయి. అందుకే మనకు పగటిపూట ఆకాశం నీలంగా కనిపిస్తుంది. నీలిరంగు కాంతి అన్ని దిశలలో చెల్లాచెదురుగా ఉంది మరియు అది మనకు కనిపించే రంగు.

సూర్యాస్తమయం మరియు సూర్యోదయం సమయంలో, సూర్యుడు హోరిజోన్‌కు దగ్గరగా ఉంటాడు. దీని కారణంగా, సూర్యకాంతి భూమి యొక్క వాతావరణం గుండా ఎక్కువ దూరం ప్రయాణించవలసి ఉంటుంది.

సూర్యకాంతి ఈ పొడవైన మార్గంలో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు, చాలా తక్కువ-తరంగదైర్ఘ్య కాంతి (నీలం మరియు వైలెట్) వేర్వేరు దిశల్లో చెల్లాచెదురుగా ఉంటుంది మరియు మీ దృష్టి రేఖ నుండి దూరంగా కదులుతుంది.

దీర్ఘ-తరంగదైర్ఘ్య కాంతి (ఎరుపు, నారింజ మరియు పసుపు), అయితే, తక్కువ చెల్లాచెదురుగా ఉంటుంది మరియు మీ దృష్టి రేఖ వెంట కదులుతూ ఉంటుంది. అందువల్ల, మీరు సూర్యోదయం లేదా సూర్యాస్తమయం సమయంలో సూర్యుడిని చూసినప్పుడు, మీరు ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్య కాంతిని చూస్తారు, తద్వారా సూర్యుడు ఎరుపు లేదా నారింజ రంగులో కనిపిస్తాడు.

Introduction

Sunsets and sunrises are beautiful natural events that we often admire. One striking feature of these events is the change in the color of the sky and the Sun, where they often appear to be red or orange. This color change happens because of a process called scattering.

  1. Understanding Light: Light, that we see every day, is composed of different colors. Each color has a different wavelength. Blue and violet light have shorter wavelengths, while red and orange light have longer wavelengths. When light travels in the atmosphere, it interacts with molecules and particles in the air. This interaction causes the light to scatter, or spread out, in different directions.
  2. The Role of Scattering: The color of the sky we see depends on how much of each color of light is scattered. Shorter wavelengths (like blue and violet) are scattered more than longer wavelengths (like red and orange). This is why the sky appears blue to us during the daytime. The blue light is being scattered in all directions and thus, it is the color that we see.
  3. Why Sun Appears Red during Sunset and Sunrise:
    • During sunset and sunrise, the Sun is closer to the horizon. Because of this, the sunlight has to travel a longer distance through the Earth’s atmosphere.
    • As the sunlight travels this long path, most of the short-wavelength light (blue and violet) gets scattered in different directions and moves away from your line of sight.
    • The long-wavelength light (red, orange, and yellow), however, gets scattered less and continues to move along your line of sight. Therefore, when you look at the Sun during sunrise or sunset, you see more of the longer-wavelength light, making the Sun appear red or orange.

Summary

Sunsets and sunrises are red because of a process called scattering. Light is made up of different colors, and each color scatters, or spreads out, differently when it interacts with particles in the air. Shorter wavelengths scatter more, so we normally see a blue sky. But during a sunset or sunrise, the Sun’s light has to pass through more of the Earth’s atmosphere, and the shorter wavelengths scatter out of sight. This leaves the longer wavelengths, like red and orange, for us to see, making the Sun appear red.