f

तुम्ही मागील अध्यायात लेन्सद्वारे प्रकाशाचे अपवर्तन याबद्दल अभ्यास केला आहे. तुम्ही लेन्सद्वारे तयार होणाऱ्या प्रतिमांचे स्वरूप, स्थान आणि सापेक्ष आकार याबद्दल देखील अभ्यास केला आहे. ही कल्पना मानवी डोळ्याच्या अभ्यासात आपल्याला कशी मदत करू शकते? मानवी डोळा प्रकाशाचा वापर करतो आणि आपल्याला आजूबाजूला असलेल्या वस्तू पाहण्यास सक्षम करतो. त्याच्या रचनेत एक लेन्स असते. मानवी डोळ्यातील लेन्सचे कार्य काय आहे? चष्म्यात वापरलेले लेन्स दृष्टीदोष कसे दुरुस्त करतात? या अध्यायात आपण या प्रश्नांचा विचार करूया.

मागील अध्यायात आपण प्रकाश आणि त्याचे काही गुणधर्म याबद्दल शिकलो आहोत. या अध्यायात, आपण निसर्गातील काही प्रकाशीय घटनांचा अभ्यास करण्यासाठी या कल्पनांचा वापर करू. आपण इंद्रधनुष्याची निर्मिती, पांढऱ्या प्रकाशाचे विभाजन आणि आकाशाचा निळा रंग याबद्दल देखील चर्चा करू.

10.1 मानवी डोळा

मानवी डोळा हे सर्वात मौल्यवान आणि संवेदनशील इंद्रियांपैकी एक आहे. हे आपल्याला आश्चर्यकारक जग आणि आजूबाजूचे रंग पाहण्यास सक्षम करते. डोळे मिटून, आपण वस्तूंचा वास, चव, आवाज किंवा स्पर्श यावरून काही प्रमाणात ओळखू शकतो. तथापि, डोळे मिटून रंग ओळखणे अशक्य आहे. अशाप्रकारे, सर्व इंद्रियांपैकी, मानवी डोळा हे सर्वात महत्त्वाचे आहे कारण ते आपल्याला आजूबाजूचे सुंदर, रंगीत जग पाहण्यास सक्षम करते.

आकृती 10.1 मानवी डोळा

मानवी डोळा एका कॅमेऱ्यासारखा आहे. त्याची लेन्स प्रणाली रेटिना नावाच्या प्रकाश-संवेदनशील पडद्यावर प्रतिमा तयार करते. प्रकाश कॉर्निया नावाच्या पातळ पडद्यातून डोळ्यात प्रवेश करतो. हे डोळ्याच्या गोळ्याच्या पुढील पृष्ठभागावर पारदर्शक उठाव तयार करते जसे की आकृती 10.1 मध्ये दाखवले आहे. डोळ्याचा गोळा अंदाजे गोलाकार आकाराचा असतो आणि त्याचा व्यास सुमारे $2.3 cm$ असतो. डोळ्यात प्रवेश करणाऱ्या प्रकाशकिरणांचे बहुतेक अपवर्तन कॉर्नियाच्या बाह्य पृष्ठभागावर होते. क्रिस्टलाइन लेन्स केवळ रेटिनावर विविध अंतरावरील वस्तूंना केंद्रित करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या नाभीय अंतराचे सूक्ष्म समायोजन प्रदान करते. आपल्याला कॉर्नियामागे आयरिस नावाची रचना आढळते. आयरिस हा एक गडद स्नायूंचा डायाफ्राम आहे जो पुतळ्याचा आकार नियंत्रित करतो. पुतळा डोळ्यात प्रवेश करणाऱ्या प्रकाशाचे प्रमाण नियमित आणि नियंत्रित करतो. डोळ्याचा लेन्स वस्तूची एक उलटी वास्तविक प्रतिमा रेटिनावर तयार करतो. रेटिना ही एक नाजूक पडदी आहे ज्यामध्ये प्रचंड संख्येने प्रकाश-संवेदनशील पेशी असतात. प्रकाश-संवेदनशील पेशी प्रकाशित झाल्यावर सक्रिय होतात आणि विद्युत संकेत निर्माण करतात. हे संकेत ऑप्टिक नसांद्वारे मेंदूकडे पाठवले जातात. मेंदू या संकेतांचा अर्थ लावतो आणि शेवटी, माहितीवर प्रक्रिया करतो जेणेकरून आपण वस्तू जशा आहेत तशा समजू शकू.

10.1.1 समायोजन क्षमता (पॉवर ऑफ अकॉमोडेशन)

डोळ्याचा लेन्स तंतुमय, जेलीसारख्या पदार्थापासून बनलेला असतो. सिलियरी स्नायूंद्वारे त्याच्या वक्रतेत काही प्रमाणात बदल करता येतो. अशाप्रकारे डोळ्याच्या लेन्सच्या वक्रतेतील बदलामुळे त्याचे नाभीय अंतर बदलू शकते. जेव्हा स्नायू आरामात असतात, तेव्हा लेन्स पातळ होतो. अशाप्रकारे, त्याचे नाभीय अंतर वाढते. हे आपल्याला दूरच्या वस्तू स्पष्टपणे पाहण्यास सक्षम करते. जेव्हा आपण डोळ्याजवळच्या वस्तूकडे पाहत असता, तेव्हा सिलियरी स्नायू आकुंचन पावतात. यामुळे डोळ्याच्या लेन्सची वक्रता वाढते. डोळ्याचा लेन्स नंतर जाड होतो. परिणामी, डोळ्याच्या लेन्सचे नाभीय अंतर कमी होते. हे आपल्याला जवळच्या वस्तू स्पष्टपणे पाहण्यास सक्षम करते.

डोळ्याच्या लेन्सच्या नाभीय अंतर समायोजित करण्याच्या क्षमतेला समायोजन (अकॉमोडेशन) म्हणतात. तथापि, डोळ्याच्या लेन्सचे नाभीय अंतर एका विशिष्ट किमान मर्यादेपेक्षा कमी करता येत नाही. छापील पान आपल्या डोळ्यांजवळ धरून वाचण्याचा प्रयत्न करा. आपल्याला प्रतिमा अस्पष्ट दिसू शकते किंवा डोळ्यात ताण जाणवू शकतो. एखादी वस्तू आरामात आणि स्पष्टपणे पाहण्यासाठी, ती डोळ्यांपासून सुमारे $25 cm$ अंतरावर धरावी लागते. किमान अंतर, ज्यावर ताण न घेता वस्तू सर्वात स्पष्टपणे पाहिल्या जाऊ शकतात, त्याला स्पष्ट दृष्टीचे किमान अंतर म्हणतात. याला डोळ्याचा निकट बिंदू (नियर पॉइंट) असेही म्हणतात. सामान्य दृष्टी असलेल्या तरुण प्रौढासाठी, निकट बिंदू सुमारे $25 cm$ असतो. ज्या सर्वात दूरच्या बिंदूपर्यंत डोळा वस्तू स्पष्टपणे पाहू शकतो त्याला डोळ्याचा दूर बिंदू (फार पॉइंट) म्हणतात. सामान्य डोळ्यासाठी ते अनंत असते. आपण येथे लक्षात घेऊ शकता की एक सामान्य डोळा $25 cm$ आणि अनंत यांच्यामधील वस्तू स्पष्टपणे पाहू शकतो.

कधीकधी, वृद्धापकाळी लोकांचे क्रिस्टलाइन लेन्स दुधाळ आणि ढगाळ होते. या स्थितीला मोतीबिंदू (कॅटरॅक्ट) म्हणतात. यामुळे अंशतः किंवा पूर्ण दृष्टी हरवते. मोतीबिंदू शस्त्रक्रियेद्वारे दृष्टी परत मिळवणे शक्य आहे.

10.2 दृष्टीदोष आणि त्यांचे निराकरण

कधीकधी, डोळ्याची समायोजन क्षमता हळूहळू कमी होऊ शकते. अशा परिस्थितीत, व्यक्ती वस्तू स्पष्टपणे आणि आरामात पाहू शकत नाही. डोळ्याच्या अपवर्तक दोषांमुळे दृष्टी अस्पष्ट होते.

दृष्टीचे मुख्यतः तीन सामान्य अपवर्तक दोष आहेत. हे आहेत (i) मायोपिया किंवा निकटदृष्टी, (ii) हायपरमेट्रोपिया किंवा दूरदृष्टी, आणि (iii) प्रेस्बायोपिया. या दोषांना योग्य गोलाकार लेन्सचा वापर करून दुरुस्त केले जाऊ शकते. आपण खाली या दोषांची आणि त्यांच्या निराकरणाची चर्चा करू.

आकृती 10.2 (a), (b) मायोपिक डोळा, आणि (c) अवतल लेन्ससह मायोपियाचे निराकरण

(a) मायोपिया

मायोपिया याला निकटदृष्टी असेही म्हणतात. मायोपिया असलेली व्यक्ती जवळच्या वस्तू स्पष्टपणे पाहू शकते परंतु दूरच्या वस्तू स्पष्टपणे पाहू शकत नाही. या दोष असलेल्या व्यक्तीचा दूर बिंदू अनंतापेक्षा जवळ असतो. अशी व्यक्ती काही मीटर अंतरापर्यंत स्पष्टपणे पाहू शकते. मायोपिक डोळ्यात, दूरच्या वस्तूची प्रतिमा रेटिनाच्या समोर तयार होते [आकृती 10.2 (b)] आणि रेटिनावरच नाही. हा दोष (i) डोळ्याच्या लेन्सची अत्यधिक वक्रता, किंवा (ii) डोळ्याच्या गोळ्याचे लांबीकरण यामुळे उद्भवू शकतो. या दोषाला योग्य क्षमतेच्या अवतल लेन्सचा वापर करून दुरुस्त केले जाऊ शकते. हे आकृती 10.2 (c) मध्ये दाखवले आहे. योग्य क्षमतेचा अवतल लेन्स प्रतिमा पुन्हा रेटिनावर आणेल आणि अशाप्रकारे दोष दुरुस्त होईल.

(b) हायपरमेट्रोपिया

हायपरमेट्रोपिया याला दूरदृष्टी असेही म्हणतात. हायपरमेट्रोपिया असलेली व्यक्ती दूरच्या वस्तू स्पष्टपणे पाहू शकते परंतु जवळच्या वस्तू स्पष्टपणे पाहू शकत नाही. त्या व्यक्तीसाठी निकट बिंदू, सामान्य निकट बिंदू $(25 cm)$ पेक्षा दूर असतो. अशा व्यक्तीने आरामात वाचनासाठी वाचन साहित्य डोळ्यापासून $25 cm$ पेक्षा खूपच पलीकडे ठेवावे लागते. याचे कारण असे की जवळच्या वस्तूकडून येणारे प्रकाशकिरण आकृती 10.3 (b) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे रेटिनामागे एका बिंदूवर केंद्रित होतात. हा दोष एकतर (i) डोळ्याच्या लेन्सचे नाभीय अंतर खूप लांब आहे, किंवा (ii) डोळ्याचा गोळा खूप लहान झाला आहे यामुळे उद्भवतो. या दोषाला योग्य क्षमतेच्या उत्तल लेन्सचा वापर करून दुरुस्त केले जाऊ शकते. हे आकृती 10.3 (c) मध्ये दाखवले आहे. अभिसरण लेन्स असलेले चष्मे रेटिनावर प्रतिमा तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेली अतिरिक्त केंद्रित करण्याची शक्ती प्रदान करतात.

(c) प्रेस्बायोपिया

डोळ्याची समायोजन क्षमता सहसा वय वाढल्याने कमी होते. बहुतेक लोकांसाठी, निकट बिंदू हळूहळू मागे सरकतो. दुरुस्तीचे चष्मे न घेता जवळच्या वस्तू आरामात आणि स्पष्टपणे पाहणे त्यांना कठीण जाते. या दोषाला प्रेस्बायोपिया म्हणतात. हे सिलियरी स्नायूंचे हळूहळू कमकुवत होणे आणि डोळ्याच्या लेन्सची लवचिकता कमी होणे यामुळे उद्भवते. कधीकधी, एखाद्या व्यक्तीला मायोपिया आणि हायपरमेट्रोपिया दोन्ही असू शकतात. अशा लोकांना अनेकदा द्विनाभीय लेन्स (बाय-फोकल लेन्स) आवश्यक असतात. द्विनाभीय लेन्सचा एक सामान्य प्रकार म्हणजे अवतल आणि उत्तल दोन्ही लेन्स असतात. वरच्या भागात अवतल लेन्स असतो. हे दूरची दृष्टी सुलभ करते. खालचा भाग उत्तल लेन्स असतो. हे जवळची दृष्टी सुलभ करते.

आजकाल, संपर्क लेन्स किंवा शस्त्रक्रियात्मक हस्तक्षेपांद्वारे अपवर्तक दोष दुरुस्त करणे शक्य आहे.

आकृती 10.3 (a), (b) हायपरमेट्रोपिक डोळा, आणि (c) हायपरमेट्रोपियाचे निराकरण

$N=$ हायपरमेट्रोपिक डोळ्याचा निकट बिंदू.

$N^{\prime}=$ सामान्य डोळ्याचा निकट बिंदू.

विचार करा

तू पाहिलेल्या आश्चर्यकारक गोष्टींबद्दल बोलतोस,
तू म्हणतोस सूर्य तेजस्वी चमकतो;
मला त्याची उब वाटते, पण तो कसा करू शकतो
दिवस किंवा रात्र करणे?

तुम्हाला माहित आहे का की आपले डोळे आपल्या मृत्यूनंतरही जगू शकतात? आपण मरणोत्तर आपले डोळे दान केल्यास, आपण एका अंध व्यक्तीचे जीवन प्रकाशित करू शकतो.

विकसनशील जगातील सुमारे 35 दशलक्ष लोक अंध आहेत आणि त्यापैकी बहुतेकांना बरे केले जाऊ शकते. सुमारे 4.5 दशलक्ष लोकांना कॉर्नियल अंधत्व आहे आणि दान केलेल्या डोळ्यांच्या कॉर्नियल प्रत्यारोपणाद्वारे त्यांना बरे केले जाऊ शकते. या 4.5 दशलक्षांपैकी, $60 %$ 12 वर्षाखालील मुले आहेत. तर, जर आपल्याला दृष्टीचे वरदान मिळाले असेल, तर ते अशा व्यक्तीकडे का नाही पाठवायचे ज्याकडे ते नाही? डोळे दान करावयाचे असतील तेव्हा आपल्याला काय लक्षात ठेवावे लागेल?

• डोळा दाता कोणत्याही वयोगटातील किंवा लिंगाचे असू शकतात. चष्मा वापरणारे लोक, किंवा मोतीबिंदू झालेल्या शस्त्रक्रिया केलेल्या लोकांनीही डोळे दान करू शकतात. मधुमेह, उच्च रक्तदाब असलेले लोक, दमाचे रुग्ण आणि संसर्गजन्य रोग नसलेले लोक देखील डोळे दान करू शकतात.
• मृत्यूनंतर 4-6 तासांच्या आत डोळे काढले पाहिजेत. तातडीने जवळच्या आय बँकला कळवा.
• आय बँकची टीम मृत व्यक्तीच्या घरी किंवा रुग्णालयात डोळे काढेल.
• डोळे काढण्यास फक्त 10-15 मिनिटे लागतात. ही एक साधी प्रक्रिया आहे आणि त्यामुळे कोणतेही विकृतीकरण होत नाही.
• एड्स, हिपॅटायटिस बी किंवा सी, रेबीज, तीव्र ल्युकेमिया, धनुर्वात, हैजा, मेंनिन्जायटिस किंवा एन्सेफलायटिस यांसारख्या संसर्गाने ग्रस्त किंवा मरण पावलेल्या व्यक्ती डोळे दान करू शकत नाहीत.

एक आय बँक दान केलेले डोळे गोळा करते, मूल्यमापन करते आणि वितरित करते. दान केलेल्या सर्व डोळ्यांचे कठोर वैद्यकीय मानकांनुसार मूल्यमापन केले जाते. प्रत्यारोपणासाठी अनुपयुक्त आढळलेले दान केलेले डोळे मौल्यवान संशोधन आणि वैद्यकीय शिक्षणासाठी वापरले जातात. दाता आणि प्राप्तकर्ता या दोघांची ओळख गोपनीय राहते.

डोळ्यांची एक जोडी चार कॉर्नियल अंध व्यक्तींना दृष्टी देऊ शकते.

10.3 प्रिझमद्वारे प्रकाशाचे अपवर्तन

तुम्ही आयताकृती काचेच्या पट्टीद्वारे प्रकाश कसा अपवर्तित होतो ते शिकलात. समांतर अपवर्तक पृष्ठभागांसाठी, जसे की काचेच्या पट्टीमध्ये, निर्गमन किरण आपाती किरणाच्या समांतर असतो. तथापि, तो बाजूने किंचित विस्थापित होतो. पारदर्शक प्रिझमद्वारे प्रकाश कसा अपवर्तित होईल? त्रिकोणी काचेच्या प्रिझमचा विचार करा. त्याचे दोन त्रिकोणी पाया आणि तीन आयताकृती पार्श्व पृष्ठभाग आहेत. हे पृष्ठभाग एकमेकांकडे झुकलेले आहेत. त्याच्या दोन पार्श्व चेहऱ्यांमधील कोनाला प्रिझमचा कोन म्हणतात. आता त्रिकोणी काचेच्या प्रिझमद्वारे प्रकाशाचे अपवर्तन अभ्यासण्यासाठी एक क्रियाकलाप करूया.

क्रियाकलाप 10.1

• ड्रॉईंग बोर्डवर ड्रॉईंग पिन वापरून पांढऱ्या कागदाची शीट निश्चित करा.
• त्यावर एक काचेचा प्रिझम अशा प्रकारे ठेवा की तो त्याच्या त्रिकोणी पायावर विश्रांती घेतो. पेन्सिल वापरून प्रिझमची रूपरेषा काढा.
• एक सरळ रेषा PE काढा जी प्रिझमच्या एका अपवर्तक पृष्ठभागाकडे, म्हणा $AB$, झुकलेली आहे.
• दोन पिन, म्हणा बिंदू $P$ आणि $Q$ वर, रेषा $PE$ वर आकृती 10.4 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे निश्चित करा.
• इतर चेहरा AC मधून, $P$ आणि $Q$ वर निश्चित केलेल्या पिनच्या प्रतिमा पहा.
• आणखी दोन पिन, बिंदू $R$ आणि $S$ वर, अशा प्रकारे निश्चित करा की $R$ आणि $S$ वरील पिन आणि $P$ आणि $Q$ वरील पिनच्या प्रतिमा एकाच सरळ रेषेवर असतील.
• पिन आणि काचेचा प्रिझम काढून टाका.
• रेषा PE प्रिझमच्या सीमेला बिंदू $E$ वर भेटते (आकृती 10.4 पहा). त्याचप्रमाणे, बिंदू R आणि S जोडा आणि पुढे चालू ठेवा. या रेषा प्रिझमच्या सीमेला अनुक्रमे $E$ आणि $F$ वर भेटू द्या. $E$ आणि $F$ जोडा.
• प्रिझमच्या अपवर्तक पृष्ठभागांना $A B$ आणि $A C$ वर अनुक्रमे बिंदू $E$ आणि $F$ वर लंब काढा.
• आकृती 10.4 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे आपाती कोन $(\angle i)$, अपवर्तन कोन $(\angle r)$ आणि निर्गमन कोन $(\angle e)$ चिन्हांकित करा.

$\mathrm{PE}- $ आपाती किरण $ \angle \mathrm{i}- $ आपाती कोन
$\mathrm{EF}- $ अपवर्तित किरण $ \angle \mathrm{r}- $ अपवर्तन कोन
$\mathrm{FS}- $ निर्गमन किरण $ \angle \mathrm{e}- $ निर्गमन कोन
$\angle \mathrm{A}-$ प्रिझमचा कोन $ \angle \mathrm{D}- $ विचलन कोन

आकृती 10.4 त्रिकोणी काचेच्या प्रिझमद्वारे प्रकाशाचे अपवर्तन

येथे $PE$ आपाती किरण आहे, $EF$ अपवर्तित किरण आहे आणि $FS$ निर्गमन किरण आहे. तुम्ही लक्षात घेऊ शकता की प्रकाशाचा किरण पहिल्या पृष्ठभागावर $AB$ हवेतून काचेत प्रवेश करत आहे. अपवर्तन झाल्यावर प्रकाशकिरण सामान्याकडे वाकलेला आहे. दुसऱ्या पृष्ठभागावर AC, प्रकाशकिरण काचेतून हवेत प्रवेश करतो. म्हणून तो सामान्यापासून दूर वाकलेला आहे. प्रिझमच्या प्रत्येक अपवर्तक पृष्ठभागावरील आपाती कोन आणि अपवर्तन कोन यांची तुलना करा. काचेच्या पट्टीमध्ये होणाऱ्या वाकण्यासारखेच हे आहे का? प्रिझमचा विशिष्ट आकार निर्गमन किरणाला आपाती किरणाच्या दिशेच्या कोनात वाकवतो. या कोनाला विचलन कोन म्हणतात. या प्रकरणात $\angle D$ हा विचलन कोन आहे. वरील क्रियाकलापात विचलन कोन चिन्हांकित करा आणि त्याचे मोजमाप करा.

10.4 काचेच्या प्रिझमद्वारे पांढऱ्या प्रकाशाचे विक्षेपण

तुम्ही इंद्रधनुष्यातील भव्य रंग नक्कीच पाहिले असणार आणि कौतुक केले असणार. सूर्याचा पांढरा प्रकाश आपल्याला इंद्रधनुष्याचे विविध रंग कसे देऊ शकतो? आपण हा प्रश्न घेण्यापूर्वी, आपण प्रथम प्रिझमद्वारे प्रकाशाच्या अपवर्तनाकडे परत जाऊ. काचेच्या प्रिझमचे झुकलेले अपवर्तक पृष्ठभाग रोमांचक घटना दर्शवतात. चला एका क्रियाकलापाद्वारे ते शोधूया.

क्रियाकलाप 10.2

• जाड कार्डबोर्डची शीट घ्या आणि त्याच्या मध्यभागी एक लहान छिद्र किंवा अरुंद भेग करा.
• अरुंद भेगवर सूर्यप्रकाश पडू द्या. यामुळे पांढऱ्या प्रकाशाचा एक अरुंद किरण मिळतो.
• आता, एक काचेचा प्रिझम घ्या आणि भेगमधून येणारा प्रकाश त्याच्या एका चेहऱ्यावर पडू द्या जसे की आकृती 10.5 मध्ये दाखवले आहे.
• प्रिझम हळूहळू फिरवा जोपर्यंत त्यातून बाहेर येणारा प्रकाश जवळच्या पडद्यावर दिसत नाही.
• तुम्हाला काय दिसते? तुम्हाला रंगांची एक सुंदर पट्टी दिसेल. असे का होते?

प्रिझमने कदाचित आपाती पांढऱ्या प्रकाशाचे रंगांच्या पट्टीमध्ये विभाजन केले आहे. रंगांच्या पट्टीच्या दोन्ही टोकांवर दिसणारे रंग लक्षात घ्या. पडद्यावर तुम्हाला कोणता रंगांचा क्रम दिसतो? दिसणारे विविध रंग जांभळा, निळसर, निळा, हिरवा, पिवळा, नारिंगी आणि लाल आहेत, जसे की आकृती 10.5 मध्ये दाखवले आहे. VIBGYOR हे संक्षिप्त नाव तुम्हाला रंगांचा क्रम लक्षात ठेवण्यास मदत करेल. प्रकाशकिरणाच्या रंगीत घटकांच्या पट्टीला त्याचा वर्णपंक्ती (स्पेक्ट्रम) म्हणतात. तुम्हाला सर्व रंग स्वतंत्रपणे पाहता येणार नाहीत. तरीही काहीतरी प्रत्येक रंगाला दुसऱ्यापेक्षा वेगळे करते. प्रकाशाचे त्याच्या घटक रंगांमध्ये विभाजन करण्याला विक्षेपण (डिस्पर्शन) म्हणतात.

आकृती 10.5 काचेच्या प्रिझमद्वारे पांढऱ्या प्रकाशाचे विक्षेपण

तुम्ही पाहिले आहे की पांढऱ्या प्रकाशाचे प्रिझमद्वारे त्याच्या सात-रंगीय घटकांमध्ये विक्षेपण होते. आपल्याला हे रंग का मिळतात? विविध रंगांचा प्रकाश प्रिझममधून जाताना आपाती किरणाच्या संदर्भ