f

आपने पिछले अध्याय में लेंसों द्वारा प्रकाश के अपवर्तन के बारे में पढ़ा। आपने लेंसों द्वारा बने प्रतिबिंबों की प्रकृति, स्थिति और आपेक्षिक आकार का भी अध्ययन किया। ये विचार मानव नेत्र के अध्ययन में हमारी कैसे सहायता कर सकते हैं? मानव नेत्र प्रकाश का उपयोग करता है और हमें हमारे आस-पास की वस्तुओं को देखने में सक्षम बनाता है। इसकी संरचना में एक लेंस होता है। मानव नेत्र में लेंस का क्या कार्य है? चश्मों में प्रयुक्त लेंस दृष्टि दोषों को कैसे सुधारते हैं? आइए इस अध्याय में इन प्रश्नों पर विचार करें।

हमने पिछले अध्याय में प्रकाश और उसके कुछ गुणों के बारे में सीखा। इस अध्याय में, हम प्रकृति में होने वाली कुछ प्रकाशिक घटनाओं का अध्ययन करने के लिए इन विचारों का उपयोग करेंगे। हम इंद्रधनुष के बनने, श्वेत प्रकाश के विभाजन और आकाश के नीले रंग के बारे में भी चर्चा करेंगे।

10.1 मानव नेत्र

मानव नेत्र सबसे मूल्यवान और संवेदनशील ज्ञानेन्द्रियों में से एक है। यह हमें अद्भुत संसार और हमारे आस-पास के रंगों को देखने में सक्षम बनाता है। आँखें बंद करने पर, हम वस्तुओं को कुछ हद तक उनकी गंध, स्वाद, उनसे उत्पन्न ध्वनि या स्पर्श से पहचान सकते हैं। हालाँकि, आँखें बंद करके रंगों की पहचान करना असंभव है। इस प्रकार, सभी ज्ञानेन्द्रियों में से, मानव नेत्र सबसे महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें हमारे आस-पास के सुंदर, रंगीन संसार को देखने में सक्षम बनाता है।

चित्र 10.1 मानव नेत्र

मानव नेत्र एक कैमरे के समान है। इसका लेंस तंत्र एक प्रकाश-संवेदी पर्दे पर प्रतिबिंब बनाता है जिसे रेटिना कहते हैं। प्रकाश कॉर्निया नामक एक पतली झिल्ली के माध्यम से नेत्र में प्रवेश करता है। यह नेत्रगोलक की अग्र सतह पर पारदर्शी उभार बनाता है जैसा कि चित्र 10.1 में दिखाया गया है। नेत्रगोलक आकार में लगभग गोलाकार होता है जिसका व्यास लगभग $2.3 cm$ होता है। नेत्र में प्रवेश करने वाली प्रकाश किरणों का अधिकांश अपवर्तन कॉर्निया की बाहरी सतह पर होता है। क्रिस्टलीय लेंस केवल रेटिना पर विभिन्न दूरियों पर स्थित वस्तुओं को फोकस करने के लिए आवश्यक फोकस दूरी के सूक्ष्म समायोजन को प्रदान करता है। हमें कॉर्निया के पीछे आइरिस नामक एक संरचना मिलती है। आइरिस एक गहरे रंग की पेशीय डायाफ्राम है जो पुतली के आकार को नियंत्रित करती है। पुतली नेत्र में प्रवेश करने वाले प्रकाश की मात्रा को नियमित और नियंत्रित करती है। नेत्र लेंस वस्तु का एक उल्टा वास्तविक प्रतिबिंब रेटिना पर बनाता है। रेटिना एक कोमल झिल्ली है जिसमें प्रकाश-संवेदी कोशिकाओं की एक विशाल संख्या होती है। प्रकाश-संवेदी कोशिकाएँ प्रकाशित होने पर सक्रिय हो जाती हैं और विद्युत संकेत उत्पन्न करती हैं। ये संकेत दृक तंत्रिकाओं के माध्यम से मस्तिष्क को भेजे जाते हैं। मस्तिष्क इन संकेतों की व्याख्या करता है, और अंत में, सूचना का प्रसंस्करण करता है ताकि हम वस्तुओं को वैसे ही देखें जैसे वे हैं।

10.1.1 समंजन क्षमता

नेत्र लेंस रेशेदार, जेली जैसी सामग्री से बना होता है। सिलिअरी पेशियों द्वारा इसकी वक्रता को कुछ हद तक संशोधित किया जा सकता है। इस प्रकार नेत्र लेंस की वक्रता में परिवर्तन इसकी फोकस दूरी को बदल सकता है। जब पेशियाँ शिथिल होती हैं, तो लेंस पतला हो जाता है। इस प्रकार, इसकी फोकस दूरी बढ़ जाती है। यह हमें दूर की वस्तुओं को स्पष्ट रूप से देखने में सक्षम बनाता है। जब आप नेत्र के निकट की वस्तुओं को देख रहे होते हैं, तो सिलिअरी पेशियाँ सिकुड़ती हैं। इससे नेत्र लेंस की वक्रता बढ़ जाती है। नेत्र लेंस तब मोटा हो जाता है। परिणामस्वरूप, नेत्र लेंस की फोकस दूरी कम हो जाती है। यह हमें निकट की वस्तुओं को स्पष्ट रूप से देखने में सक्षम बनाता है।

नेत्र लेंस की अपनी फोकस दूरी को समायोजित करने की क्षमता को समंजन कहते हैं। हालाँकि, नेत्र लेंस की फोकस दूरी एक निश्चित न्यूनतम सीमा से नीचे नहीं घटाई जा सकती। किसी मुद्रित पृष्ठ को अपनी आँखों के बहुत निकट पकड़कर पढ़ने का प्रयास करें। आपको प्रतिबिंब धुंधला दिखाई दे सकता है या आँख में तनाव महसूस हो सकता है। किसी वस्तु को आराम से और स्पष्ट रूप से देखने के लिए, आपको इसे आँखों से लगभग $25 cm$ की दूरी पर रखना चाहिए। वह न्यूनतम दूरी, जिस पर वस्तुओं को बिना तनाव के सबसे स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है, स्पष्ट दृष्टि की न्यूनतम दूरी कहलाती है। इसे नेत्र का निकट बिंदु भी कहते हैं। सामान्य दृष्टि वाले एक युवा वयस्क के लिए, निकट बिंदु लगभग $25 cm$ होता है। वह सबसे दूर का बिंदु जहाँ तक नेत्र वस्तुओं को स्पष्ट रूप से देख सकता है, नेत्र का दूर बिंदु कहलाता है। सामान्य नेत्र के लिए यह अनंत पर होता है। आप यहाँ ध्यान दें कि एक सामान्य नेत्र उन वस्तुओं को स्पष्ट रूप से देख सकता है जो $25 cm$ और अनंत के बीच स्थित हैं।

कभी-कभी, वृद्धावस्था में लोगों का क्रिस्टलीय लेंस दूधिया और धुंधला हो जाता है। इस स्थिति को मोतियाबिंद कहते हैं। इससे दृष्टि का आंशिक या पूर्ण नुकसान होता है। मोतियाबिंद शल्य चिकित्सा के माध्यम से दृष्टि को पुनर्स्थापित करना संभव है।

10.2 दृष्टि दोष तथा उनका संशोधन

कभी-कभी, नेत्र धीरे-धीरे अपनी समंजन क्षमता खो सकता है। ऐसी स्थितियों में, व्यक्ति वस्तुओं को स्पष्ट और आराम से नहीं देख पाता। नेत्र के अपवर्तन दोषों के कारण दृष्टि धुंधली हो जाती है।

दृष्टि के मुख्यतः तीन सामान्य अपवर्तन दोष होते हैं। ये हैं (i) निकट दृष्टि दोष या मायोपिया, (ii) दूर दृष्टि दोष या हाइपरमेट्रोपिया, और (iii) जरा दृष्टि या प्रेसबायोपिया। इन दोषों को उपयुक्त गोलीय लेंसों के उपयोग से सुधारा जा सकता है। हम नीचे इन दोषों और उनके संशोधन पर चर्चा करते हैं।

चित्र 10.2 (a), (b) निकट दृष्टि दोष वाला नेत्र, और (c) अवतल लेंस द्वारा निकट दृष्टि दोष का संशोधन

(a) निकट दृष्टि दोष (मायोपिया)

मायोपिया को निकट दृष्टि दोष के रूप में भी जाना जाता है। मायोपिया से पीड़ित व्यक्ति निकट की वस्तुओं को स्पष्ट रूप से देख सकता है लेकिन दूर की वस्तुओं को स्पष्ट रूप से नहीं देख सकता। इस दोष वाले व्यक्ति का दूर बिंदु अनंत से निकट होता है। ऐसा व्यक्ति कुछ मीटर की दूरी तक स्पष्ट रूप से देख सकता है। निकट दृष्टि दोष वाले नेत्र में, दूर स्थित वस्तु का प्रतिबिंब रेटिना के सामने बनता है [चित्र 10.2 (b)] न कि रेटिना पर ही। यह दोष (i) नेत्र लेंस की अत्यधिक वक्रता, या (ii) नेत्रगोलक के लंबे होने के कारण उत्पन्न हो सकता है। इस दोष को उपयुक्त क्षमता के अवतल लेंस का उपयोग करके सुधारा जा सकता है। इसे चित्र 10.2 (c) में दर्शाया गया है। उपयुक्त क्षमता का एक अवतल लेंस प्रतिबिंब को वापस रेटिना पर लाएगा और इस प्रकार दोष सुधर जाता है।

(b) दूर दृष्टि दोष (हाइपरमेट्रोपिया)

हाइपरमेट्रोपिया को दूर दृष्टि दोष के रूप में भी जाना जाता है। हाइपरमेट्रोपिया से पीड़ित व्यक्ति दूर की वस्तुओं को स्पष्ट रूप से देख सकता है लेकिन निकट की वस्तुओं को स्पष्ट रूप से नहीं देख सकता। व्यक्ति के लिए निकट बिंदु, सामान्य निकट बिंदु $(25 cm)$ से दूर होता है। ऐसे व्यक्ति को आराम से पढ़ने के लिए पठन सामग्री को नेत्र से $25 cm$ से कहीं अधिक दूरी पर रखना पड़ता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि निकट की वस्तु से आने वाली प्रकाश किरणें चित्र 10.3 (b) में दिखाए अनुसार रेटिना के पीछे एक बिंदु पर फोकस होती हैं। यह दोष या तो (i) नेत्र लेंस की फोकस दूरी के बहुत लंबे होने के कारण, या (ii) नेत्रगोलक के बहुत छोटे हो जाने के कारण उत्पन्न होता है। इस दोष को उपयुक्त क्षमता के उत्तल लेंस का उपयोग करके सुधारा जा सकता है। इसे चित्र 10.3 (c) में दर्शाया गया है। अभिसारी लेंसों वाले चश्मे रेटिना पर प्रतिबिंब बनाने के लिए आवश्यक अतिरिक्त फोकस करने की क्षमता प्रदान करते हैं।

(c) जरा दृष्टि (प्रेसबायोपिया)

नेत्र की समंजन क्षमता आमतौर पर उम्र बढ़ने के साथ कम हो जाती है। अधिकांश लोगों के लिए, निकट बिंदु धीरे-धीरे दूर हट जाता है। उन्हें संशोधक चश्मे के बिना निकट की वस्तुओं को आराम से और स्पष्ट रूप से देखना कठिन लगता है। इस दोष को प्रेसबायोपिया कहते हैं। यह सिलिअरी पेशियों के धीरे-धीरे कमजोर होने और नेत्र लेंस के लचीलेपन में कमी के कारण उत्पन्न होता है। कभी-कभी, एक व्यक्ति मायोपिया और हाइपरमेट्रोपिया दोनों से पीड़ित हो सकता है। ऐसे लोगों को अक्सर द्विफोकसी लेंसों की आवश्यकता होती है। द्विफोकसी लेंसों का एक सामान्य प्रकार अवतल और उत्तल दोनों लेंसों से मिलकर बना होता है। ऊपरी भाग में एक अवतल लेंस होता है। यह दूर की दृष्टि में सहायक होता है। निचला भाग एक उत्तल लेंस होता है। यह निकट की दृष्टि में सहायक होता है।

आजकल, संपर्क लेंसों या शल्य चिकित्सा हस्तक्षेपों के माध्यम से अपवर्तन दोषों को सुधारना संभव है।

चित्र 10.3 (a), (b) दूर दृष्टि दोष वाला नेत्र, और (c) दूर दृष्टि दोष का संशोधन

$N=$ दूर दृष्टि दोष वाले नेत्र का निकट बिंदु।

$N^{\prime}=$ सामान्य नेत्र का निकट बिंदु।

इस पर विचार कीजिए

तुम अद्भुत चीजों की बात करते हो जो तुम देखते हो,
तुम कहते हो सूरज चमकीला चमकता है;
मैं उसकी गर्मी महसूस करता हूँ, पर वह कैसे कर सकता है
या दिन बनाए या रात?

क्या आप जानते हैं कि हमारी आँखें हमारी मृत्यु के बाद भी जीवित रह सकती हैं? हमारी मृत्यु के बाद हमारी आँखें दान करके, हम एक नेत्रहीन व्यक्ति के जीवन को रोशन कर सकते हैं।

विकासशील दुनिया में लगभग 35 मिलियन लोग अंधे हैं और उनमें से अधिकांश को ठीक किया जा सकता है। लगभग 4.5 मिलियन लोग कॉर्नियल अंधत्व से पीड़ित हैं जिन्हें दान की गई आँखों के कॉर्नियल प्रत्यारोपण के माध्यम से ठीक किया जा सकता है। इन 4.5 मिलियन में से, $60 %$ 12 वर्ष से कम आयु के बच्चे हैं। तो, यदि हमें दृष्टि का उपहार मिला है, तो इसे किसी ऐसे व्यक्ति को क्यों नहीं सौंप दें जिसके पास यह नहीं है? जब आँखें दान करनी हों तो हमें क्या ध्यान में रखना चाहिए?

• आँख दान करने वाला कोई भी आयु वर्ग या लिंग का हो सकता है। जो लोग चश्मा पहनते हैं, या जिनका मोतियाबिंद का ऑपरेशन हुआ है, वे भी आँखें दान कर सकते हैं। जो लोग मधुमेह से पीड़ित हैं, उच्च रक्तचाप है, अस्थमा के रोगी और जिन्हें संचारी रोग नहीं हैं, वे भी आँखें दान कर सकते हैं।
• आँखें मृत्यु के 4-6 घंटे के भीतर निकाली जानी चाहिए। तुरंत निकटतम आँख बैंक को सूचित करें।
• आँख बैंक की टीम मृतक के घर पर या अस्पताल में आँखें निकालेगी।
• आँख निकालने में केवल 10-15 मिनट लगते हैं। यह एक सरल प्रक्रिया है और इससे कोई कुरूपता नहीं होती।
• जो व्यक्ति एड्स, हेपेटाइटिस बी या सी, रेबीज, तीव्र ल्यूकेमिया, टेटनस, हैजा, मेनिन्जाइटिस या एन्सेफलाइटिस से संक्रमित थे या उनकी मृत्यु हुई थी, वे आँखें दान नहीं कर सकते।

एक आँख बैंक दान की गई आँखों को एकत्र करता है, मूल्यांकन करता है और वितरित करता है। दान की गई सभी आँखों का सख्त चिकित्सा मानकों का उपयोग करके मूल्यांकन किया जाता है। प्रत्यारोपण के लिए अनुपयुक्त पाई गई दान की गई आँखों का उपयोग मूल्यवान अनुसंधान और चिकित्सा शिक्षा के लिए किया जाता है। दानकर्ता और प्राप्तकर्ता दोनों की पहचान गोपनीय रहती है।

आँखों की एक जोड़ी चार कॉर्नियल अंधे लोगों तक दृष्टि प्रदान कर सकती है।

10.3 प्रिज्म द्वारा प्रकाश का अपवर्तन

आपने सीखा है कि कैसे प्रकाश एक आयताकार काँच के स्लैब से अपवर्तित होता है। समानांतर अपवर्तक सतहों के लिए, जैसे कि काँच के स्लैब में, निर्गत किरण आपतित किरण के समानांतर होती है। हालाँकि, यह थोड़ी पार्श्विक रूप से विस्थापित हो जाती है। प्रकाश एक पारदर्शी प्रिज्म से कैसे अपवर्तित होगा? एक त्रिकोणीय काँच के प्रिज्म पर विचार करें। इसके दो त्रिकोणीय आधार और तीन आयताकार पार्श्व सतहें होती हैं। ये सतहें एक दूसरे के प्रति झुकी हुई होती हैं। इसके दो पार्श्व फलकों के बीच के कोण को प्रिज्म का कोण कहते हैं। आइए अब एक त्रिकोणीय काँच के प्रिज्म द्वारा प्रकाश के अपवर्तन का अध्ययन करने के लिए एक क्रियाकलाप करें।

क्रियाकलाप 10.1

• ड्राइंग बोर्ड पर ड्राइंग पिनों का उपयोग करके सफेद कागज की एक शीट को स्थिर करें।
• उस पर एक काँच का प्रिज्म इस प्रकार रखें कि वह अपने त्रिकोणीय आधार पर टिका रहे। पेंसिल का उपयोग करके प्रिज्म की रूपरेखा बनाएँ।
• एक सीधी रेखा PE खींचें जो प्रिज्म की एक अपवर्तक सतह, मान लीजिए $AB$, के प्रति झुकी हुई हो।
• दो पिनें स्थिर करें, मान लीजिए बिंदु $P$ और $Q$ पर, रेखा $PE$ पर जैसा कि चित्र 10.4 में दिखाया गया है।
• अन्य फलक AC के माध्यम से, $P$ और $Q$ पर स्थिर की गई पिनों के प्रतिबिंब देखें।
• दो और पिनें, बिंदु $R$ और $S$ पर इस प्रकार स्थिर करें कि $R$ और $S$ पर की पिनें और $P$ और $Q$ पर की पिनों के प्रतिबिंब एक ही सीधी रेखा पर हों।
• पिनों और काँच के प्रिज्म को हटा दें।
• रेखा PE प्रिज्म की सीमा को बिंदु $E$ पर मिलती है (चित्र 10.4 देखें)। इसी प्रकार, बिंदु R और S को मिलाएँ और आगे बढ़ाएँ। मान लें कि ये रेखाएँ प्रिज्म की सीमा को क्रमशः $E$ और $F$ पर मिलती हैं। $E$ और $F$ को मिलाएँ।
• प्रिज्म की अपवर्तक सतहों $A B$ और $A C$ पर क्रमशः बिंदु $E$ और $F$ पर अभिलंब खींचें।
• आपतन कोण $(\angle i)$, अपवर्तन कोण $(\angle r)$ और निर्गत कोण $(\angle e)$ को चित्र 10.4 में दिखाए अनुसार अंकित करें।

$\mathrm{PE}- $ आपतित किरण $ \angle \mathrm{i}- $ आपतन कोण
$\mathrm{EF}- $ अपवर्तित किरण $ \angle \mathrm{r}- $ अपवर्तन कोण
$\mathrm{FS}- $ निर्गत किरण $ \angle \mathrm{e}- $ निर्गत कोण
$\angle \mathrm{A}-$ प्रिज्म का कोण $ \angle \mathrm{D}- $ विचलन कोण

चित्र 10.4 त्रिकोणीय काँच के प्रिज्म द्वारा प्रकाश का अपवर्तन

यहाँ $PE$ आपतित किरण है, $EF$ अपवर्तित किरण है और $FS$ निर्गत किरण है। आप ध्यान दें कि प्रकाश की एक किरण पहली सतह $AB$ पर वायु से काँच में प्रवेश कर रही है। अपवर्तन पर प्रकाश किरण अभिलंब की ओर झुक गई है। दूसरी सतह AC पर, प्रकाश किरण काँच से वायु में प्रवेश कर गई है। इसलिए यह अभिलंब से दूर झुक गई है। प्रिज्म की प्रत्येक अपवर्तक सतह पर आपतन कोण और अपवर्तन कोण की तुलना करें। क्या यह उस प्रकार के झुकाव के समान है जो काँच के स्लैब में होता है? प्रिज्म की विशिष्ट आकृति निर्गत किरण को आपतित किरण की दिशा के सापेक्ष एक कोण पर झुका देती है। इस कोण को विचलन कोण कहते हैं। इस स्थिति में $\angle D$ विचलन कोण है। उपरोक्त क्रियाकलाप में विचलन कोण अंकित करें और इसे मापें।

10.4 काँच के प्रिज्म द्वारा श्वेत प्रकाश का विक्षेपण

आपने इंद्रधनुष में शानदार रंग देखे और सराहे होंगे। सूर्य का श्वेत प्रकाश हमें इंद्रधनुष के विभिन्न रंग कैसे दे सकता है? इस प्रश्न को लेने से पहले, हम पहले प्रिज्म द्वारा प्रकाश के अपवर्तन पर वापस जाएँगे। काँच के प्रिज्म की झुकी हुई अपवर्तक सतहें रोमांचक घटना दर्शाती हैं। आइए इसे एक क्रियाकलाप के माध्यम से जानें।

क्रियाकलाप 10.2

• गत्ते की एक मोटी शीट लें और उसके बीच में एक छोटा छेद या संकीर्ण स्लिट बनाएँ।
• सूर्य के प्रकाश को संकीर्ण स्लिट पर पड़ने दें। इससे श्वेत प्रकाश की एक संकीर्ण किरण प्राप्त होती है।
• अब, एक काँच का प्रिज्म लें और स्लिट से आने वाले प्रकाश को उसके एक फलक पर पड़ने दें जैसा कि चित्र 10.5 में दिखाया गया है।
• प्रिज्म को धीरे-धीरे घुमाएँ जब तक कि उससे निकलने वाला प्रकाश निकटवर्ती पर्दे पर दिखाई न देने लगे।
• आप क्या देखते हैं? आपको रंगों की एक सुंदर पट्टी दिखाई देगी। ऐसा क्यों होता है?

प्रिज्म ने संभवतः आपतित श्वेत प्रकाश को रंगों की एक पट्टी में विभाजित कर दिया है। रंग पट्टी के दोनों सिरों पर दिखाई देने वाले रंगों पर ध्यान दें। पर्दे पर आपको जो रंगों का क्रम दिखाई देता है वह क्या है? दिखाई देने वाले विभिन्न रंग बैंगनी, नीला, आसमानी, हरा, पीला, नारंगी और लाल हैं, जैसा कि चित्र 10.5 में दिखाया गया है। संक्षिप्त नाम VIBGYOR आपको रंगों के क्रम को याद रखने में मदद करेगा। किसी प्रकाश किरण के रंगीन घटकों की पट्टी को उसका स्पेक्ट्रम कहते हैं। आप सभी रंगों को अलग-अलग नहीं देख पा सकते हैं। फिर भी कुछ ऐसा है जो प्रत्येक रंग को दूसरे से अलग बनाता है। प्रकाश का उसके घटक रंगों में विभाजित होने को विक्षेपण कहते हैं।

चित्र 10.5 काँच के प्रिज्म द्वारा श्वेत प्रकाश का विक्षेपण

आपने देखा कि श्वेत प्रकाश एक प्रिज्म द्वारा अपने सात रंगीय घटकों में विक्षेपित हो जाता है। हमें ये रंग क्यों मिलते हैं? विभिन्न रंगों का प्रकाश एक प्रिज्म से गुजरते समय आपतित किरण के सापेक्ष अलग-अलग कोणों से झुकता है। लाल प्रकाश सबसे कम झुकता है जबकि बैंगनी सबसे अधिक। इस प्रकार प्रत्येक रंग की किरणें अलग-अलग पथों के साथ निकलती हैं और इस प्रकार विशिष्ट हो जाती हैं। यह विशिष्ट रंगों की पट्टी है जिसे हम एक स्पेक्ट्रम में देखते हैं।

चित्र 10.6 श्वेत प्रकाश के स्पेक्ट्रम का पुनर्संयोजन

आइजक न्यूटन सूर्य के प्रकाश का स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए काँच के प्रिज्म का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे। उन्होंने एक अन्य समान प्रिज्म का उपयोग करके श्वेत प्रकाश के स्पेक्ट्रम के रंगों को और विभाजित करने का प्रयास किया। हालाँकि, उन्हें और कोई रंग नहीं मिल सके। फिर उन्होंने एक दूसरा