Incident and Refracted Rays: the Rules പതനരശ്മി, അപവർത്തനരശ്മി
Does light bend the same way going from air into water as it does coming out of water into air? Here you name the parts of a ray diagram – incident ray, refracted ray, angle of incidence, angle of refraction – measure them in two virtual experiments, sort six textbook figures, and end up with the four rules of refraction. Then you get a refraction explorer to test any pair of media.
1. Same angle, two directions – Fig 1.7
രണ്ട് മാധ്യമങ്ങളുടെ വിഭജനതലത്തിലേക്കു വന്നു പതിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മിയെ പതനരശ്മി (incident ray) എന്നും അപവർത്തനത്തിനു വിധേയമാകുന്ന രശ്മിയെ അപവർത്തനരശ്മി (refracted ray) എന്നും വിളിക്കാം. അപവർത്തനരശ്മിക്കും പതനബിന്ദുവിലെ ലംബത്തിനും (NN′) ഇടയിലുള്ള കോൺ ആണ് അപവർത്തനകോൺ.
Angle of incidence (i) പതനകോൺ – the angle between the incident ray and the normal.
Angle of refraction (r) അപവർത്തനകോൺ – the angle between the refracted ray and the normal NN′ at the point of incidence.
Both incident rays make the same angle with the normal. Watch the refracted rays: in (a) it is closer to the normal than the incident ray, in (b) it is farther from it. (Angles drawn with n(water) = 1.33.)
Table 1.3 (page 12)
ഓരോ ചിത്രത്തിലേയും പതനരശ്മി, അപവർത്തനരശ്മി, പതനകോൺ, അപവർത്തനകോൺ എന്നിവ കണ്ടെത്തി പട്ടിക പൂർത്തീകരിക്കൂ. – Find the incident ray, refracted ray, angle of incidence and angle of refraction in each figure and complete the table.
| Fig 1.7 (a) | Fig 1.7 (b) | |
|---|---|---|
| Incident ray പതനരശ്മി | AB | ? |
| Refracted ray അപവർത്തനരശ്മി | ? | ? |
| Angle of incidence (i) പതനകോൺ | ∠ABN | ? |
| Angle of refraction (r) അപവർത്തനകോൺ | ∠CBN′ | ? |
| Angle of refraction greater / less than the angle of incidence | ? | ? |
So – is the change of direction the same?
വായുവിൽ നിന്ന് ജലത്തിലേക്ക് കടക്കുമ്പോഴും ജലത്തിൽ നിന്ന് വായുവിലേക്ക് കടക്കുമ്പോഴും അപവർത്തനരശ്മിയുടെ ദിശാ വ്യതിയാനത്തിന് എന്ത് പ്രത്യേകതയാണ് കാണാൻ കഴിയുന്നത്? സയൻസ് ഡയറിയിൽ രേഖപ്പെടുത്തൂ. – What is special about the change of direction when light goes from air to water, and from water to air? Record it in your science diary.
Q1. വായുവിൽ നിന്ന് ജലത്തിലേക്ക് ചരിഞ്ഞു പ്രവേശിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മിയുടെ ദിശാവ്യതിയാനം എപ്രകാരമാണ്? (ലംബത്തോട് അടുക്കുന്നു/ലംബത്തിൽ നിന്ന് അകലുന്നു) – How does a ray entering water obliquely from air change direction? (bends towards the normal / away from the normal)
Q2. ജലത്തിൽ നിന്ന് വായുവിലേക്ക് ചരിഞ്ഞ് പ്രവേശിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മിയുടെ ദിശാവ്യതിയാനം എപ്രകാരമാണ്? – How does a ray entering air obliquely from water change direction?
2. Six pairs of media – Fig 1.8 (a)–(f)
വ്യത്യസ്ത മാധ്യമജോഡികളിൽ കൂടി പ്രകാശം കടന്നു പോകുന്ന ചിത്രങ്ങൾ നിരീക്ഷിക്കൂ. – Observe the figures in which light passes through different pairs of media. (Redrawn from the textbook with the real refractive indices; air grey, water blue, glass green.)
Score: 0 / 6
മാധ്യമങ്ങളുടെ പ്രകാശികസാന്ദ്രതയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ചുവടെ നൽകിയ ചോദ്യങ്ങൾക്ക് ഉത്തരം കണ്ടെത്തി സയൻസ് ഡയറിയിൽ രേഖപ്പെടുത്തൂ. – Using the optical densities of the media, answer these questions and record them in your science diary.
(a) പ്രകാശികസാന്ദ്രത കൂടിയ മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് കുറഞ്ഞ മാധ്യമത്തിലേക്ക് പ്രകാശരശ്മി ചരിഞ്ഞ് പ്രവേശിക്കുന്നതായി കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ചിത്രങ്ങൾ ഏതൊക്കെയാണ്? – Which figures show a ray entering obliquely from an optically denser medium into a rarer one?
(b) ഇവിടെ അപവർത്തനം സംഭവിക്കുന്ന രശ്മിയുടെ ദിശാവ്യതിയാനം എപ്രകാരമാണ്? (ലംബത്തിനടുത്തേക്ക് / ലംബത്തിൽ നിന്ന് അകലേക്ക്) – How does the refracted ray change direction here? (towards the normal / away from the normal)
(c) അപവർത്തനരശ്മി ലംബത്തോട് അടുക്കുന്ന സന്ദർഭങ്ങൾ വ്യക്തമാക്കുന്ന ചിത്രങ്ങൾ ഏതൊക്കെയാണ്? – Which figures show the refracted ray bending towards the normal?
(d) ലംബത്തോട് അടുക്കുന്ന സന്ദർഭങ്ങളിൽ പ്രകാശം ഏത് മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് ഏത് മാധ്യമത്തിലേക്കാണ് കടന്നു പോകുന്നത്? (പ്രകാശികസാന്ദ്രത കൂടിയതിൽ നിന്ന് കുറഞ്ഞതിലേക്ക്/പ്രകാശികസാന്ദ്രത കുറഞ്ഞതിൽ നിന്ന് കൂടിയതിലേക്ക്) – When the ray bends towards the normal, from which medium into which does light pass? (denser → rarer / rarer → denser)
(e) ചിത്രം 1.8 (c), 1.8 (e) എന്നിവയിൽ പ്രകാശത്തിന് അപവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നില്ല. കാരണം എന്തായിരിക്കും? – In Fig 1.8 (c) and (e) the light is not refracted. What could be the reason?
3. The rules of refraction
- പ്രകാശം ഒരു മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് മറ്റൊരു മാധ്യമത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുമ്പോൾ പതന രശ്മി, അപവർത്തന രശ്മി, പതനബിന്ദുവിലെ ലംബം എന്നിവ ഒരേ തലത്തിൽ ആയിരിക്കും.
- പ്രകാശികസാന്ദ്രത കുറഞ്ഞ മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് കൂടിയ മാധ്യമത്തിലേക്ക് പ്രകാശം ചരിഞ്ഞ് പ്രവേശിക്കുമ്പോൾ അപവർത്തനരശ്മി ലംബത്തോട് അടുക്കുന്നു.
- പ്രകാശികസാന്ദ്രത കൂടിയ മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് കുറഞ്ഞ മാധ്യമത്തിലേക്ക് പ്രകാശം ചരിഞ്ഞ് പ്രവേശിക്കുമ്പോൾ അപവർത്തനരശ്മി ലംബത്തിൽ നിന്ന് അകലുന്നു.
- മാധ്യമത്തിന്റെ വിഭജനതലത്തിലേക്ക് ലംബമായി പതിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മിക്ക് അപവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നില്ല.
- The incident ray, the refracted ray and the normal at the point of incidence all lie in the same plane.
- When light passes obliquely from an optically rarer medium into a denser one, the refracted ray bends towards the normal.
- When light passes obliquely from an optically denser medium into a rarer one, the refracted ray bends away from the normal.
- A ray falling perpendicularly (normally) on the interface is not refracted.
Slower → Towards (rarer → denser: light slows, bends towards the normal). Faster → Away (denser → rarer: light speeds up, bends away). And always measure i and r from the normal, never from the surface.
4. Refraction explorer – test any pair
The faint ray going back up is the small part of the light that is always reflected at an interface (not in the syllabus, but you can see it in the laser tank too). Try glass → air at more than 42° – something surprising happens; it is the subject of page 10.
🚀 Go further (not in the Class 9 textbook): Snell's law
The explorer draws every ray with Snell's law: n₁ × sin i = n₂ × sin r where n₁ is the refractive index of the first medium and n₂ that of the second. If n₂ > n₁ (into a denser medium), sin r must be smaller than sin i, so r < i – the ray bends towards the normal. If n₂ < n₁, r > i – away. If i = 0, then r = 0 – no bending. The four rules of page 14 are all hidden in this one equation. You will learn "sin" in higher classes; the readout of the explorer shows that both sides come out equal.
Stand at the edge of a temple pond or a paddy-field canal and look at a stick standing slantwise in the water: light from its tip comes up from the water (denser) into the air (rarer) and bends away from the normal – so the stick looks bent upwards. A diver in the pond looking up at the sky sees the light from above bent towards the normal as it enters the water. Same interface, opposite direction, opposite bending.
5. Check yourself
- Incident ray comes to the interface, refracted ray goes on; i and r are measured from the normal NN′.
- Air → water (rarer → denser): r < i, towards the normal. Water → air (denser → rarer): r > i, away from the normal.
- Along the normal (i = 0): no refraction.
- Incident ray, refracted ray and normal lie in one plane.
Next: Glass slab and everyday refraction – coins, ponds and fishing ▶