Class 9 Physical Science - SCERT Telangana

Chapter 4: Refraction of Light at Plane Surfaces (సమతల ఉపరితలాలపై కాంతి వక్రీభవనం)

Time Spent: 0 seconds / గడిపిన సమయం: 0 సెకన్లు (Data logged for balaswamysm@gmail.com)
Pages 49-50

1. Introduction and Refraction / పరిచయం మరియు వక్రీభవనం

We have learnt about the reflection of light on plane surfaces in class 7 and 8. Beauty of the nature is made apparent with light. Light exhibits many interesting phenomena. Let us try to explore a few of them.
అనువాదం: మేము 7 మరియు 8 తరగతులలో సమతల ఉపరితలాలపై కాంతి పరావర్తనం గురించి నేర్చుకున్నాము. కాంతితో ప్రకృతి సౌందర్యం స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది. కాంతి అనేక ఆసక్తికరమైన దృగ్విషయాలను ప్రదర్శిస్తుంది. వాటిలో కొన్నింటిని అన్వేషిద్దాం.
You might have observed that a coin kept at the bottom of a vessel filled with water appears to be raised. Similarly, a lemon kept in a glass of water appears to be bigger than its size. When a thick glass slab is placed over some printed letters, the letters appear raised when viewed through the glass slab.
అనువాదం: నీళ్లతో నింపిన పాత్ర అడుగున ఉంచిన నాణెం పైకి లేచినట్లు మీరు గమనించి ఉంటారు. అలాగే, నీటి గ్లాసులో ఉంచిన నిమ్మకాయ దాని అసలు పరిమాణం కంటే పెద్దదిగా కనిపిస్తుంది. కొన్ని ముద్రిత అక్షరాలపై మందపాటి గాజు దిమ్మను ఉంచినప్పుడు, గాజు దిమ్మ ద్వారా చూస్తే అక్షరాలు పైకి లేచినట్లు కనిపిస్తాయి.
"The process of changing speed at an interface when light travels from one medium to another resulting in a change in direction is refraction of light. The process of refraction involves bending of light ray except when it is incident normally."
అనువాదం: కాంతి ఒక యానకం నుండి మరొక యానకంలోకి ప్రయాణించేటప్పుడు యానకాలను వేరుచేసే తాకుతల వద్ద వేగంలో మార్పు జరిగి, దాని దిశ మరే కోణంలో మారడాన్ని కాంతి వక్రీభవనం అంటారు. లంబంగా పతనమైనప్పుడు తప్ప మిగతా సందర్భాలలో వక్రీభవన ప్రక్రియలో కాంతి కిరణం వంగడం జరుగుతుంది.
Pages 51-52

2. Refractive Index / వక్రీభవన గుణకం

Let v be the speed of light in a certain medium. Then the ratio of speed of light in vacuum to the speed of light in that medium is defined as refractive index 'n'. It is called absolute refractive index. Formula: n = c / v.
అనువాదం: ఒక నిర్దిష్ట యానకంలో కాంతి వేగం 'v' అనుకుందాం. అప్పుడు శూన్యంలో కాంతి వేగానికి మరియు ఆ యానకంలో కాంతి వేగానికి గల నిష్పత్తిని వక్రీభవన గుణకం 'n' అంటారు. దీనిని పరమ వక్రీభవన గుణకం అంటారు. సూత్రం: n = c / v.
Relative Refractive Index (n21) = Refractive index of second medium (n2) / Refractive index of first medium (n1) = v1 / v2.
అనువాదం: సాపేక్ష వక్రీభవన గుణకం (n21) = రెండవ యానకం వక్రీభవన గుణకం (n2) / మొదటి యానకం వక్రీభవన గుణకం (n1) = v1 / v2.
Pages 52-57

3. Snell's Law and Lab Activities / స్నెల్ నియమం మరియు ప్రయోగశాల కార్యకలాపాలు

During refraction, light follows Snell's law: n1 sin i = n2 sin r (or) sin i / sin r = constant.
అనువాదం: వక్రీభవన సమయంలో, కాంతి స్నెల్ నియమాన్ని పాటిస్తుంది: n1 sin i = n2 sin r (లేదా) sin i / sin r = స్థిరాంకం.
Laws of refraction: 1. The incident ray, the refracted ray and normal at the point of incidence all lie in the same plane. 2. Light follows Snell's law.
అనువాదం: వక్రీభవన నియమాలు: 1. పతన కిరణం, వక్రీభవన కిరణం మరియు రెండు యానకాలను వేరుచేసే ఉపరితలంపై పతన బిందువు వద్ద గీచిన లంబము అన్నీ ఒకే తలంలో ఉంటాయి. 2. కాంతి స్నెల్ నియమాన్ని పాటిస్తుంది.
Pages 57-61

4. Total Internal Reflection and Mirages / పూర్తి అంతర్గత పరావర్తనం మరియు మృగతృష్ణలు

When the angle of incidence is greater than the critical angle, the light ray gets reflected into the denser medium at the interface i.e., light never enters the rarer medium. This phenomenon is called total internal reflection.
అనువాదం: పతన కోణం సందిగ్ధ కోణం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, కాంతి కిరణం యానకాలను వేరుచేసే తాకుతల వద్ద సాంద్రతర యానకంలోకే పరావర్తనం చెందుతుంది, అనగా కాంతి ఎప్పటికీ విరళ యానకంలోకి ప్రవేశించదు. ఈ దృగ్విషయాన్ని పూర్తి అంతర్గత పరావర్తనం అంటారు.
Mirage is an optical illusion where it appears that water has collected on the road at a distant place but when we get there, we don't find any water.
అనువాదం: మృగతృష్ణ అనేది ఒక దృశా భ్రాంతి, దీనిలో దూరంగా ఉన్న రోడ్డుపై నీరు నిల్వ ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది కానీ మనం అక్కడికి వెళ్ళినప్పుడు అక్కడ ఎలాంటి నీరు ఉండదు.
Pages 61-63

5. Refraction Through a Glass Slab & Lateral Shift / గాజు దిమ్మ ద్వారా వక్రీభవనం మరియు పార్శ్వ స్థానభ్రంశం

The light ray that falls perpendicular to one side of the slab surface comes out without any deviation. The incident and emergent rays are parallel, and the distance between them is called lateral shift.
అనువాదం: గాజు దిమ్మ ఉపరితలంపై లంబంగా పడే కాంతి కిరణం ఎలాంటి విచలనం లేకుండా బయటికి వస్తుంది. పతన కిరణం మరియు నిర్గమ కిరణాలు సమాంతరంగా ఉంటాయి, వాటి మధ్య దూరాన్ని పార్శ్వ స్థానభ్రంశం (lateral shift) అంటారు.
Page 64

6. Glossary Vocabulary with Examples / పదజాలం మరియు ఉదాహరణలు

Word (English) Telugu Meaning & Example (English / Telugu)
Refraction వక్రీభవనం: Bending of light ray when it passes from one transparent medium to another.
Example: Refraction of light makes a swimming pool appear shallower than it actually is. (కాంతి వక్రీభవనం వల్ల ఈత కొలను దాని వాస్తవ లోతు కంటే తక్కువగా ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది.)
Incident Ray పతన కిరణం: The ray of light that strikes the interface of two media.
Example: The incident ray makes an angle of 45 degrees with the normal. (పతన కిరణం లంబంతో 45 డిగ్రీల కోణాన్ని చేస్తుంది.)
Refracted Ray వక్రీభవన కిరణం: The ray of light that travels into the second medium after bending.
Example: The refracted ray bends towards the normal when entering glass. (గాజులోకి ప్రవేశించేటప్పుడు వక్రీభవన కిరణం లంబం వైపు వంగుతుంది.)
Critical Angle సందిగ్ధ కోణం: The angle of incidence in the denser medium for which the angle of refraction is 90 degrees.
Example: Total internal reflection occurs when the angle exceeds the critical angle. (కోణం సందిగ్ధ కోణాన్ని మించినప్పుడు పూర్తి అంతర్గత పరావర్తనం జరుగుతుంది.)
Optical Fibre ఆప్టికల్ ఫైబర్: A very thin fiber made of glass or plastic that transmits light via total internal reflection.
Example: Optical fibres are widely used in telecommunications for high-speed data transmission. (టెలికమ్యూనికేషన్లలో హై-స్పీడ్ డేటా ప్రసారం కోసం ఆప్టికల్ ఫైబర్లు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి.)
Mirage మృగతృష్ణ: An optical illusion of water on roads during hot summer days caused by refraction and total internal reflection.
Example: Drivers often see a mirage on hot asphalt roads in summer. (వేసవిలో వేడి అసఫాల్ట్ రోడ్లపై డ్రైవర్లు తరచుగా మృగతృష్ణను చూస్తారు.)
Lateral Shift పార్శ్వ స్థానభ్రంశం: The perpendicular distance between the incident ray and the emergent ray through a glass slab.
Example: The lateral shift increases with the thickness of the glass slab. (గాజు దిమ్మ మందంతో పార్శ్వ స్థానభ్రంశం పెరుగుతుంది.)
Pages 64-67

7. Complete Textbook Exercises & Solutions / పూర్తి పాఠ్యపుస్తక అభ్యాసాలు మరియు సమాధానాలు

I. Reflections on Concepts / భావనలపై ప్రతిబింబాలు

Q1. The speed of the light in a diamond is 1,24,000 km/s. Find the refractive index of diamond if the speed of light in air is 3,00,000 km/s. (Ans: 2.42)

ప్రశ్న 1: వజ్రంలో కాంతి వేగం 1,24,000 కి.మీ/సె. గాలిలో కాంతి వేగం 3,00,000 కి.మీ/సె అయితే వజ్రం యొక్క వక్రీభవన గుణకాన్ని కనుగొనండి.

Solution: Absolute Refractive index n = c / v = 3,00,000 / 1,24,000 = 2.42.
సమాధానం: పరమ వక్రీభవన గుణకం n = c / v = 3,00,000 / 1,24,000 = 2.42.

Q2. Refractive index of glass relative to water is 9/8. What is the refractive index of water relative to glass? (Ans: 8/9)

ప్రశ్న 2: నీటితో పోలిస్తే గాజు యొక్క వక్రీభవన గుణకం 9/8. గాజుతో పోలిస్తే నీటి వక్రీభవన గుణకం ఎంత?

Solution: n(water/glass) = 1 / n(glass/water) = 1 / (9/8) = 8/9.
సమాధానం: n(నీరు/గాజు) = 1 / (9/8) = 8/9.

Q3. The absolute refractive index of water is 4/3. What is the critical angle? (Ans: 48.5°)

ప్రశ్న 3: నీటి పరమ వక్రీభవన గుణకం 4/3 అయితే, దాని సందిగ్ధ కోణం ఎంత?

Solution: sin C = 1 / n = 1 / (4/3) = 3/4 = 0.75 => C = 48.5°.
సమాధానం: sin C = 3/4 = 0.75 => C = 48.5°.

Q4. Determine the refractive index of benzene if the critical angle of benzene with respect to air is 42°. (Ans: 1.51)

ప్రశ్న 4: గాలితో పోలిస్తే బెంజీన్ సందిగ్ధ కోణం 42° అయితే దాని వక్రీభవన గుణకాన్ని కనుగొనండి.

Solution: n = 1 / sin C = 1 / sin 42° = 1 / 0.6691 = 1.51.
సమాధానం: n = 1 / sin 42° = 1.51.

Q5. Explain the formation of mirage?

ప్రశ్న 5: మృగతృష్ణ ఏర్పడటాన్ని వివరించండి.

Answer: On a hot summer day, the air near the ground is hotter and rarer, while higher up it is cooler and denser. Light from a tall object or sky travels from denser to rarer medium, bending continuously until the angle of incidence exceeds the critical angle near the ground, causing total internal reflection. This creates a virtual inverted image of the sky, giving an optical illusion of flowing water on the road.
సమాధానం: వేసవి రోజులలో భూమికి దగ్గరగా ఉన్న గాలి వేడిగా (విరళంగా) ఉంటుంది, పైనున్న గాలి చల్లగా (సాంద్రత ఎక్కువగా) ఉంటుంది. చెట్టు లేదా ఆకాశం నుండి వచ్చే కాంతి కిరణాలు సాంద్రతర యానకం నుండి విరళ యానకానికి ప్రయాణిస్తూ వంగి, భూమి దగ్గర సందిగ్ధ కోణాన్ని మించి పూర్తి అంతర్గత పరావర్తనం చెందుతాయి. దీనివల్ల రోడ్డుపై నీరు ఉన్నట్లు భ్రాంతి (మృగతృష్ణ) ఏర్పడుతుంది.

Q6. Explain the refraction of light through a glass slab with a neat ray diagram.

ప్రశ్న 6: చక్కని కిరణ చిత్రంతో గాజు దిమ్మ ద్వారా కాంతి వక్రీభవనాన్ని వివరించండి.

Answer: When a light ray enters a glass slab from air (rarer to denser), it bends towards the normal. When it exits the glass slab into air (denser to rarer), it bends away from the normal. The emergent ray is parallel to the incident ray, displaced by a perpendicular distance known as lateral shift.
సమాధానం: గాలి నుండి గాజు దిమ్మలోకి (విరళ నుండి సాంద్రతరానికి) ప్రవేశించే కాంతి కిరణం లంబం వైపు వంగుతుంది. గాజు నుండి తిరిగి గాలిలోకి బయటికి వచ్చేటప్పుడు లంబానికి దూరంగా వంగుతుంది. నిర్గమ కిరణం పతన కిరణానికి సమాంతరంగా ఉండి, కొంత పార్శ్వ స్థానభ్రంశాన్ని చూపుతుంది.

Q7. Why do stars appear twinkling?

ప్రశ్న 7: నక్షత్రాలు ఎందుకు మెరిసినట్లు కనిపిస్తాయి?

Answer: Stars twinkle due to atmospheric refraction of starlight. As starlight passes through varying layers of Earth's atmosphere with changing densities and temperatures, the light refracts continuously in random directions, causing the apparent position and brightness of the star to fluctuate, making it twinkle.
సమాధానం: వాతావరణ వక్రీభవనం వల్ల నక్షత్రాలు మెరుస్తాయి. నక్షత్ర కాంతి భూవాతావరణంలోని వివిధ సాంద్రతలు మరియు ఉష్ణోగ్రతలు గల పొరల గుండా ప్రయాణించేటప్పుడు నిరంతరం వక్రీభవనం చెంది దిశ మారుతుంది, దీనివల్ల నక్షత్రం కాంతి తీవ్రత మారుతూ మెరుస్తున్నట్లు కనిపిస్తుంది.

II. Application of Concepts / భావనాల అన్వయం

Q1. A light ray is incident on air-liquid interface at 45° and is refracted at 30°. What is the refractive index of the liquid? For what angle of incidence will the angle between reflected ray and refracted ray be 90°? (Ans: 1.414, 54.7°)

ప్రశ్న 1: గాలి-ద్రవం తాకుతలంపై ఒక కాంతి కిరణం 45° కోణంతో పతనమై 30° కోణంతో వక్రీభవనం చెందింది. ద్రవపు వక్రీభవన గుణకం ఎంత? పరావర్తన కిరణానికి మరియు వక్రీభవన కిరణానికి మధ్య కోణం 90° ఉండాలంటే పతన కోణం ఎంత ఉండాలి?

Solution: n = sin i / sin r = sin 45° / sin 30° = (1/sqrt(2)) / (1/2) = sqrt(2) approx 1.414. For the second part, using angle relations (i + 90° + r = 180° => r = 90° - i), tan i = n = 1.414 => i = 54.7°.
సమాధానం: n = sin 45° / sin 30° = 1.414. మరియు పతన కోణం 54.7°.

Q2. In what cases does a light ray not deviate at the interface of two media?

ప్రశ్న 2: ఏ సందర్భాలలో కాంతి కిరణం రెండు యానకాలను వేరుచేసే తాకుతల వద్ద విచలనం చెందదు?

Answer: 1. When the light ray is incident normally (at an angle of incidence i = 0°) to the interface. 2. When the refractive indices of both media are equal (n1 = n2).
సమాధానం: 1. కాంతి కిరణం రెండు యానకాల తాకుతలంపై లంబంగా (i = 0°) పతనమైనప్పుడు. 2. రెండు యానకాల వక్రీభవన గుణకాలు సమానంగా ఉన్నప్పుడు (n1 = n2).

Q3. Place an object on the table. Look at the object through the transparent glass slab. You will observe that it will appear closer to you. Draw a ray diagram to show the passage of light ray in this situation.

ప్రశ్న 3: టేబుల్ పై ఒక వస్తువును ఉంచండి. పారదర్శక గాజు దిమ్మ ద్వారా ఆ వస్తువును చూడండి. అది మీకు దగ్గరగా ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది. ఈ స్థితిలో కాంతి ప్రయాణాన్ని తెలిపే కిరణ చిత్రాన్ని గీయండి.

Answer: Light rays coming from the object refract away from the normal when moving from glass to air at the top surface, appearing to come from a raised virtual position, making the object look closer.
సమాధానం: వస్తువు నుండి వచ్చే కాంతి కిరణాలు గాజు నుండి గాలిలోకి ప్రయాణించేటప్పుడు వక్రీభవనం చెంది లంబానికి దూరంగా వంగుతాయి. దీనివల్ల వస్తువు పైకి లేచినట్లు (దగ్గరగా ఉన్నట్లు) కనిపిస్తుంది.

Q4. Why does a diamond shine more than a glass piece cut to the same shape?

ప్రశ్న 4: ఒకే ఆకారంలో కత్తిరించిన గాజు ముక్క కంటే వజ్రం ఎందుకు ఎక్కువగా ప్రకాశిస్తుంది?

Answer: The critical angle of diamond is very low (24.4°) compared to glass. Due to this low critical angle, light entering a diamond undergoes multiple total internal reflections inside it, causing brilliant sparkling.
సమాధానం: గాజుతో పోలిస్తే వజ్రం యొక్క సందిగ్ధ కోణం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది (24.4°). దీనివల్ల వజ్రం లోపలికి ప్రవేశించిన కాంతి కిరణాలు అనేకసార్లు పూర్తి అంతర్గత పరావర్తనం చెంది బాగా ప్రకాశిస్తాయి.

III. Higher Order Thinking Questions / ఉన్నత స్థాయి ఆలోచనా ప్రశ్నలు

Q1. Why is it difficult to shoot a fish swimming in water?

ప్రశ్న 1: నీటిలో ఈదుతున్న చేపను తుపాకితో కాల్చడం ఎందుకు కష్టం?

Answer: Due to refraction of light from water to air, the fish appears to be at a higher position than its actual depth. If we aim at the apparent position, we miss the fish because its true position is deeper.
సమాధానం: నీటి నుండి గాలిలోకి కాంతి ప్రయాణించడం వల్ల వక్రీభవనం జరిగి, చేప దాని వాస్తవ లోతు కంటే కొంచెం పైకి కనిపిస్తుంది. మనం కనిపించే స్థానాన్ని లక్ష్యంగా చేసుకుంటే చేప తగులదు, ఎందుకంటే దాని వాస్తవ స్థానం లోతులో ఉంటుంది.

Q2. Explain why a test tube immersed at a certain angle in a tumbler of water appears to have a mirror surface for a certain viewing position?

ప్రశ్న 2: నీటి గ్లాసులో ఒక నిర్దిష్ట కోణంలో ముంచిన పరీక్ష నాళిక ఒక నిర్దిష్ట వీక్షణ స్థానం వద్ద అద్దం వలె ఎందుకు కనిపిస్తుంది? వివరించండి.

Answer: When light travels from water (denser) to the air inside the test tube (rarer) at an angle greater than the critical angle, total internal reflection takes place. The inner wall acts like a total reflecting mirror.
సమాధానం: నీరు (సాంద్రతర యానకం) నుండి పరీక్ష నాళికలోని గాలిలోకి (విరళ యానకం) కాంతి కిరణాలు సందిగ్ధ కోణం కంటే ఎక్కువ కోణంతో పతనమైనప్పుడు పూర్తి అంతర్గత పరావర్తనం జరుగుతుంది. అందువల్ల పరీక్ష నాళిక అద్దంలా మెరుస్తుంది.

Q3. When we sit at a camp fire, objects beyond the fire are seen swaying. Give the reason for it.

ప్రశ్న 3: మనం కాంప్ ఫైర్ దగ్గర కూర్చున్నప్పుడు, మంట వెనుక ఉన్న వస్తువులు ఊగుతున్నట్లు కనిపిస్తాయి. దానికి కారణం ఏమిటి?

Answer: The air directly above the camp fire gets very hot and becomes rarer, while surrounding air is cooler. Hot air has varying refractive indices and convection currents cause continuous refraction changes, making distant objects appear to sway.
సమాధానం: మంట కారణంగా దాని పైన గాలి వేడెక్కి సాంద్రత మారుతుంది. వేడి గాలి మరియు చల్లని గాలిల వక్రీభవన గుణకాలు మారుతుండటం వల్ల కాంతి నిరంతరం వక్రీభవనం చెంది మంట వెనుక ఉన్న వస్తువులు కదులుతున్నట్లు (ఊగుతున్నట్లు) భ్రాంతి కలుగుతుంది.

Pages 65-66

8. Multiple Choice Questions (బహుళ ఎంపిక ప్రశ్నలు)

1. Which of the following is Snell's law?
a) n1 sin i = sin r / n2    b) n1/n2 = sin r / sin i
c) n2/n1 = sin r / sin i    d) n1 sin i = n2 sin r

సమాధానం: (d) n1 sin i = n2 sin r

2. The refractive index of glass with respect to air is 2. Then the critical angle of glass-air interface is:
a) 0°   b) 45°   c) 30°   d) 60°

సమాధానం: (c) 30° (sin C = 1/2 => C = 30°)

3. Total internal reflection takes place when the light ray travels from:
a) rarer to denser   b) rarer to rarer   c) denser to rarer   d) denser to denser

సమాధానం: (c) denser to rarer medium (సాంద్రతర యానకం నుండి విరళ యానకానికి)

4. If the angle of incidence is equal to critical angle, then the angle of refraction is:
a) 0°   b) 20°   c) 90°   d) 180°

సమాధానం: (c) 90°

5. Mirage is a best example for the phenomenon of:
a) Reflection   b) Refraction   c) Total internal reflection   d) Shift

సమాధానం: (c) Total internal reflection (పూర్తి అంతర్గత పరావర్తనం)

6. Refractive indices of Ice, Benzene, Ruby and Kerosene are 1.31, 1.50, 1.71 and 1.44 respectively. In which of the above media, light travels slowly?
a) Ice   b) Benzene   c) Ruby   d) Kerosene

సమాధానం: (c) Ruby (రూబీ - ఎక్కువ వక్రీభవన గుణకం కలిగి ఉన్నందున వేగం తక్కువగా ఉంటుంది)

7. The relative refractive index of water with respect to air is 4/3. Then relative refractive index of air with respect to water is:
a) 4   b) 3   c) 4/3   d) 3/4

సమాధానం: (d) 3/4

8. In an experiment to trace the path of ray through a glass slab, Shiva traced as shown in the figure. The teacher asked to identify the emergent ray. Which of the following would Shiva identify?
a) AB   b) BC   c) CD   d) N1, N2

సమాధానం: (b) BC (లేదా నిర్గమ కిరణాన్ని సూచించేది)

Pages 66-67

9. Suggested Experiments and Project Works / సూచించిన ప్రయోగాలు మరియు ప్రాజెక్టు పనులు

Suggested Experiments / సూచించిన ప్రయోగాలు:

Suggested Project Works / సూచించిన ప్రాజెక్టు పనులు: