प्रकाशकिरण घन माध्यमातून विरळ माध्यमात जाताना स्तंभिकेपासून दूर जातात. आणि विरळ माध्यमातून घन माध्यमात शिरताना स्तंभिकेच्या जवळ जातात. (आकृती १ पाहा) प्रकाशाच्या अपवर्तनाचे नियम शाळेमध्ये खडू-फळा यांच्या साहाय्यानेच शिकताना मनात नेहमी विचार येत असे की असा प्रकाशकिरणांचा मार्ग प्रत्यक्ष पडताळून पाहता येईल का?
टॉर्चच्या समोर काळ्या कागदाला पाडलेल्या भोकातून प्रकाशकिरण पाठवले तर हवा-पाणी काच इत्यादी माध्यमांतून प्रकाशकिरणांचा मार्ग दिसत नाही.
पण आता पॉवरफुल लेसर उपलब्ध झाल्यामुळे असे उपकरण बनविणे शक्य आहे. हवेमध्ये थोडासा धूर असेल व पाण्यात एक थेंब दूध मिसळले तर त्यातून लेसर किरणांचा मार्ग सहज व स्पष्ट दिसतो.
छायाचित्र १ व २ मध्ये लेसर किरणांचा मार्ग पाण्यातून हवेत शिरताना कसा बदलतो ते पाहा. आपाती कोन हळूहळू वाढवत गेलो तर असे दिसते की अपवर्तन कोन फारच वेगाने वाढतो. (आलेख १ पाहा.) एका विशिष्ट आपाती कोनाला तर अपवर्तन कोन जवळजवळ ९०० होतो, म्हणजेच प्रकाशकिरण पाण्याच्या पृष्ठभागाला जवळजवळ समांतरच जातात. या आपाती कोनाला क्रांतिक कोन (उ१्र३्रूं’ अल्लॠ’ी) असे म्हणतात.
आपाती कोन अजून वाढवला तर एक मजेशीर घटना पाहायला मिळते. प्रकाशकिरण पाण्यामधून हवेमध्ये जाऊच शकत नाहीत; तर ते पाण्यामध्येच परावर्तीत झालेले दिसतात (छायाचित्र ३ पाहा). यालाच संपूर्ण आंतरिक परावर्तन (ळ३ं’ कल्ल३ी१ल्लं’ फीऋ’ीू३्रल्ल) असे म्हणतात. येथे संपूर्ण हा शब्द फार महत्त्वाचा आहे. कारण १०० टक्केप्रकाश ऊर्जा परत पाण्यामध्येच परावर्तीत होते. म्हणजेच पाण्याचा पृष्ठभाग हा एक आदर्श आरसा असल्यासारखा गुणधर्म दाखवतो आणि प्रकाशाच्या परावर्तनाचे सर्व नियम येथे लागू पडतात.
या संपूर्ण आंतरिक परावर्तनाचे अनेक उपयोग आहेत. त्यातील सर्वात महत्त्वाचे दोन उपयोग असे –
१) ऑप्टिकल फायबर – अत्यंत कार्यक्षमपणे व कमी खर्चात प्रकाशाच्या रूपात संदेश वहन.
२) एण्डोस्कोपी – डॉक्टरांना शरीराच्या आतील भागात ऑप्टिकल फायबरच्या साहाय्याने डोकावून पाहता येते व ऑपरेशन्स करता येतात.
संपूर्ण आंतरिक परावर्तन कसे घडते ते प्रत्यक्ष पाहता यावे यासाठी मी हे खास उपकरण बनविले आहे. टायरोस्कोप हे नाव मी खास करून शोधून काढले आहे, कारण या नावातूनच त्याचे कार्य स्पष्ट होते. ळकफडरउडढए (ळ३ं’ कल्ल३ी१ल्लं’ फीऋ’ीू३्रल्ल डु२ी१५ं३्रल्ल रउडढए)
या उपकरणाचा आणखी एक उपयोग – हवेतून पाण्यात शिरताना प्रकाशाचे अपवर्तन कसे होते, हेसुद्धा आपण अभ्यासू शकतो. (छायाचित्र ४ पाहा) तसेच आपाती कोन व अपवर्तन कोन यांची मोजमापे घेऊन स्नेलचा नियम (रल्ली’’’२ छं६) वापरून पाण्याचा अपवर्तनांक (फीऋ१ूं३्र५ी कल्लीि७) काढू शकतो.
पाण्याऐवजी दुसरा एखादा पारदर्शक द्रव पदार्थ (उदा. केरोसिन, गोडेतेल, अल्कोहोल इ.) घेऊन त्याचा अपवर्तनांक काढू शकतो आणि त्यावरून त्याची शुद्धता पडताळून पाहता येते. (त्यासाठी अत्यंत अचूक मोजमापे लागतात.)
विशेष टीप –
आपाती कोन क्रांतिक कोनापेक्षा लहान असतो तेव्हा अंशत: आंतरिक परावर्तन (ढं१३्रं’ कल्ल३ी१ल्लं’ फीऋ’ीू३्रल्ल) पाहायला मिळते. (छायाचित्र १ व २ पाहा.)
