Discover how your eyes work, why some people need glasses, how a prism splits white light into a rainbow, and why the sky is blue but sunsets are red.Janiye की हमारी eyes कैसे kaam करती हैं, logo को specs (चश्मा) क्यों लगता है, prism white light को rainbow colors में कैसे split करता है, और sky blue पर sunset red क्यों होता है।
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Remember from before:
In Chapter 9, we learned that light bends (refracts) when it passes from one transparent medium to another.Chapter 9 में हमने सीखा था की light जब एक transparent medium से दूसरे transparent medium में जाती है, तो वह bend (refract) होती है।
We used the lens formula ($1/v - 1/u = 1/f$) and found that convex lenses converge light while concave lenses diverge it.हमने lens formula ($1/v - 1/u = 1/f$) का उसे किया था और देखा था की convex lenses light को converge (इकट्ठा) करते हैं, जबकि concave lenses light को diverge (फैलाते) करते hain।
Power of a lens ($P = 1/f$) is measured in dioptres (D) — positive for convex, negative for concave.Lens की power ($P = 1/f$) को dioptres (D) में measure किया जाता है — convex lens के लिए ये positive और concave lens के लिए negative होती है।
1. The Human Eye1. थे मानव नेत्र (Human Eye) (मानव नेत्र)
Section Goal: After this section you will be able to label the main parts of the human eye, explain how the eye forms images on the retina, and describe the power of accommodation.Section Goal: इस section के बाद आप human eye के main parts को label कर सकेंगे, ये explain कर सकेंगे की eye retina पर image कैसे बनती है, और power of accommodation को describe कर सकेंगे।
📷 The Camera Analogy📷 थे Camera Analogy (कैमरा का example)
Your eye works exactly like a camera. The cornea is the front glass of the camera lens that does most of the bending of light. The iris is the aperture ring that opens wide in the dark and shrinks in bright light. The crystalline lens does the fine-focus adjustments. And the retina at the back is the camera film (or digital sensor) where the image actually forms!आपकी eye बिल्कुल एक camera की तरह kaam करती है। cornea camera lens का front glass है जो light को sabse ज़्यादा bend करता है। iris aperture ring की तरह है जो andhere में बड़ा और bright light में छोटा हो जाता है। crystalline lens fine-focus adjustments करता है। और back में present retina camera film (या digital sensor) की तरह है जहाँ image actually बनती है!
The human eye is one of the most valuable and sensitive sense organs. It allows us to see the wonderful world and colours around us [NCERT p.164]. Let's look at how this remarkable organ is built.मानव नेत्र (Human eye) हमारे sabse valuable और sensitive sense organs में से एक है। ये हमें हमारे aas-पास की सुंदर दुनिया और रंगों को देखने के काबिल बनती है [NCERT पेज 164]। आइए dekhein ki ये shandar organ kaise बना है।
Figure 10.1 — 3D medical anatomy render of the human eye showing corneal refraction and internal structures.Figure 10.1 — मानव नेत्र (Human eye) का 3D medical anatomy render जो corneal refraction और internal structures को दिखाता है।Figure 10.1 — Structure of the Human Eye. Light enters through the cornea, passes through the pupil, gets focused by the lens, and forms an inverted image on the retina. Adapted from NCERT Figure 10.1.Figure 10.1 — मानव नेत्र (Human eye) की structure। Light, cornea से enter करती है, pupil से pass होती है, lens द्वारा focus होती है, और retina पर inverted image बनाती है। NCERT Figure 10.1 पर आधारित।
Parts of the Human Eye
PartPart (भाग)
What it doesयह क्या करता है (कार्य)
Cornea (कॉर्निया)Cornea (कॉर्निया / cornea)
Thin, transparent front surface. Does most of the refraction (bending) of incoming light [NCERT p.164].Eyeball की patli और transparent front surface। Incoming light का sabsay ज्यादा refraction (bending) isi surface पर होता है [NCERT पेज 164]।
Iris (आइरिस / परितारिका)Iris (आइरिस / iris)
Coloured muscular diaphragm behind the cornea. Controls the size of the pupil [NCERT p.164].Cornea के पीछे present coloured muscular diaphragm। ये pupil के size को control करता है [NCERT पेज 164]।
Pupil (पुतली)Pupil (pupil)
The dark circular opening. Regulates the amount of light entering the eye [NCERT p.164]. Opens wide in dim light, shrinks in bright light.आँख के बीच का black circular opening। ये eye में enter करने wali light की quantity को regulate और control करता है [NCERT पेज 164]। Dim light में ये फैल जाता है, bright light में सिकुड़ जाता है।
Biconvex lens made of fibrous, jelly-like material. Fine-focuses light onto retina. Its curvature can be adjusted by ciliary muscles [NCERT p.164].Fibrous और jelly-like material से बना biconvex lens। ये light को retina पर fine-focus करता है। इसकी curvature ciliary muscles द्वारा adjust हो सकती है [NCERT पेज 164]।
Hold the lens and change its shape (curvature). Contract to make lens thicker, relax to make lens thinner [NCERT p.165].Lens को hold करती हैं और इसकी curvature (shape) को change करती हैं। Contract hokar lens को thick और relax hokar lens को thin बनती हैं [NCERT पेज 165]।
Retina (दृष्टिपटल)Retina (retina)
Delicate membrane at the back of the eye. Contains light-sensitive cells: rods (for dim-light vision) and cones (for colour vision) [NCERT p.164].Eye के back part की delicate membrane (screen)। इनमें light-sensitive cells होते हैं: rods (dim-light के लिए) और cones (colour vision के लिए) [NCERT पेज 164]।
Carries electrical signals from the retina to the brain for image processing [NCERT p.164].Retina पर बने electrical signals को brain तक carry करती है ताकि image को process किया jaa सके [NCERT पेज 164]।
Blind Spot (अंध बिन्दु)Blind Spot (अंध बिन्दु)
The point where the optic nerve exits. Has no light-sensitive cells — an image falling here cannot be seen [NCERT p.164].ऐसा point जहाँ से optic nerve exit होती है। यहाँ कोई light-sensitive cells नहीं होते — इसलिए यहाँ बनने wali image दिखाई नहीं देती [NCERT पेज 164]।
Power of AccommodationPower of Accommodation (power of accommodation)
The ability of the eye lens to adjust its focal length is called the power of accommodation[NCERT p.165]. Ciliary muscles adjust the curvature of the eye lens to change its focal length:Eye lens की अपनी focal length को adjust करने की ability को power of accommodation (power of accommodation) कहते हैं [NCERT पेज 165]। Ciliary muscles lens ki curvature को adjust karke iski focal length को बदलती हैं:
Looking at a distant object (far away): Ciliary muscles relax. Lens becomes thin. Focal length increases to its maximum. Parallel light rays focus perfectly on the retina [NCERT p.165].Looking at a distant object (दूर की चीजें): Ciliary muscles relax (शिथिल) हो जाती हैं। Lens thin (पतला) हो जाता है। Focal length maximum हो जाती है। Parallel light rays retina पर perfectly focus होती हैं [NCERT पेज 165]।
Looking at a nearby object: Ciliary muscles contract. Lens becomes thick (more curved). Focal length decreases. Diverging light from the near object is brought to focus on the retina [NCERT p.165].Looking at a nearby object (पास की चीजें): Ciliary muscles contract (सिकुड़) जाती हैं। Lens thick (मोटा) हो जाता है। Focal length decrease हो जाती है। Diverging light rays retina पर focus होती हैं [NCERT पेज 165]।
Key Concept: The near point (least distance of distinct vision) for a normal adult eye is 25 cm. The far point is at infinity [NCERT p.166]. If you hold a book closer than 25 cm, your ciliary muscles strain and you cannot focus clearly.Key Concept: Normal adult eye के लिए near point (साफ़ दृष्टि की minimum distance) 25 cm होती है, और far point infinity (endless) पर होता है [NCERT पेज 166]। अगर आप किसी book को 25 cm से पास rakhenge, तो ciliary muscles पर strain पड़ेगा और आप clear नहीं देख payenge।
Move the slider to change the object distance. Watch how the ciliary muscles change the lens shape and focal length to keep the image on the retina!Object की distance बदलने के लिए slider move करें। देखें कैसे ciliary muscles lens की shape और focal length को change करके image को retina पर बनाए रखती हैं!
200 cm (far)
Normal Vision (Far Object): Ciliary muscles are relaxed. The lens is thin, with a long focal length. Parallel rays from the distant object converge exactly on the retina.
⚡ Checkpoint 1
What is meant by the power of accommodation of the eye? [NCERT p.166, In-text Q1]Eye की power of accommodation से क्या मतलब है? [NCERT पेज 166, In-text Q1]
Eye Structure: Cornea does most refraction → iris/pupil regulate light → crystalline lens fine-focuses → image forms (inverted) on retina → optic nerve sends signals to brain.Eye Structure: Cornea refracts light → iris/pupil regulate light quantity → crystalline lens fine-focuses → retina पर inverted image बनती है → optic nerve signals को brain तक भेजती है।
Accommodation: Ciliary muscles change lens shape. Contract (thick lens, short f) for near objects. Relax (thin lens, long f) for far objects.Accommodation: Ciliary muscles lens की shape बदलती हैं। Near objects के लिए contract (thick lens, short f) और far objects के लिए relax (thin lens, long f) होती हैं।
Limits: Near point = 25 cm. Far point = infinity for a normal eye.Limits: Normal eye के लिए near point = 25 cm और far point = infinity (endless) होता hai।
2. Defects of Vision and their Correction2. Defects of Vision and their Correction (vision defect और उनका संशोधन)
Section Goal: After this section you will be able to identify myopia (निकट-दृष्टि दोष), hypermetropia (दीर्घ-दृष्टि दोष) and presbyopia (जरा-दूरदृष्टिता), explain their causes, and calculate the corrective lens power needed.Section Goal: इस section के बाद आप myopia (निकट-vision defect), hypermetropia (दीर्घ-vision defect) और presbyopia (जरा-दूरदृष्टिता) को identify कर sakenge, इनके causes explain कर sakenge, और corrective lens power को calculate कर sakenge।
🔍 The Projector Focus Analogy🔍 थे Projector Focus Analogy (प्रोजेक्टर फोकस का example)
Imagine a movie projector. If the screen is too close, the image is blurry beyond it. If the screen is too far, the image is blurry before it reaches. Your retina is the screen. In myopia, the "projector" (eye) focuses the image BEFORE the screen (retina) — you see blurry far objects. In hypermetropia, the image tries to form BEHIND the screen — you see blurry near objects. Corrective lenses act like adjusting the projector to hit the screen perfectly!एक movie projector के बारे में सोचें। अगर screen बहुत पास है, तो image blurry हो jayegi। अगर screen बहुत दूर है, तो image पहले ही blur हो jayegi। आपकी retina screen है। Myopia में, eye image को screen (retina) के पहले focus करती है — इसलिए दूर की cheezein blurry दिखती हैं। Hypermetropia में, image screen के पीछे बनती है — इसलिए पास की cheezein blurry दिखती हैं। Corrective lenses projector को adjust करने की तरह हैं ताकि focus screen पर perfectly ban सके!
Sometimes the eye loses its ability to focus clearly. There are three common defects of vision [NCERT p.166]:कभी-कभी eye की clear focus करने की capability कम हो जाती है। Vision के 3 common defects होते हैं [NCERT पेज 166]:
A person with myopia can see nearby objects clearly but cannot see distant objects distinctly [NCERT p.166].Myopia से peedit person पास की cheezon को तो clearly देख सकता है, पर दूर की cheezon को distinctly नहीं देख paata [NCERT पेज 166]।
Causes: (i) Excessive curvature of the eye lens, OR (ii) elongation of the eyeball [NCERT p.166].Causes (कारण): (i) Eye lens की excessive curvature (यानी लेंस का बहुत अधिक curve होना), OR (ii) eyeball का elongated (लंबा) ho जाना [NCERT पेज 166]।
What happens: The image of a distant object forms in front of the retina (not on it) [NCERT p.166].What happens: Distant object की image retina के आगे (front) बनती है, retina पर नहीं [NCERT पेज 166]।
Correction: Use a concave lens of appropriate power. It diverges the light rays slightly before they enter the eye, shifting the image back onto the retina [NCERT p.166].Correction (संशोधन): Sutable power के concave lens (अवतल लेंस) का use किया जाता है। यह light rays को enter करने से पहले थोड़ा diverge कर देता है, जिससे image peeche shift hokar retina पर banti है [NCERT पेज 166]।
Formula: Focal length of the corrective lens $f = -d$ (where $d$ is the far point distance). Power $P = 1/f$ (in meters) [NCERT p.166].Formula: Corrective lens की focal length $f = -d$ (जहाँ $d$ far point distance है)। Power $P = 1/f$ (meters में) [NCERT पेज 166]।
A person with hypermetropia can see distant objects clearly but cannot see nearby objects distinctly [NCERT p.167].Hypermetropia से peedit person दूर की cheezon को clearly देख सकता है, पर पास की cheezon को distinctly नहीं देख paata [NCERT पेज 167]।
Causes: (i) Focal length of the eye lens is too long, OR (ii) the eyeball is too short [NCERT p.167].Causes (कारण): (i) Eye lens की focal length का बहुत बड़ा होना, OR (ii) eyeball का छोटा होना [NCERT पेज 167]।
What happens: The image of a nearby object forms behind the retina [NCERT p.167].What happens: Nearby object की image retina के पीछे (behind) बनती है [NCERT पेज 167]।
Correction: Use a convex lens of appropriate power. It converges light rays slightly more, bringing the image forward onto the retina [NCERT p.167].Correction (संशोधन): Suitable power के convex lens (उत्तल लेंस) का use किया जाता है। यह light rays को थोड़ा converge करता है, जिससे image aage shift hokar retina पर banti है [NCERT पेज 167]।
This is an age-related condition. As a person grows older, the ciliary muscles gradually weaken and the crystalline lens loses its flexibility [NCERT p.168]. The near point gradually recedes away (becomes more than 25 cm).ये उम्र के साथ होने wali condition है। जैसे-जैसे इंसान की उम्र बढ़ती है, ciliary muscles gradually कमज़ोर हो जाती हैं और crystalline lens अपनी flexibility खो देता है [NCERT पेज 168]। Isse near point दूर चला जाता है (25 cm से ज़्यादा हो जाता है)।
Correction: Use bifocal lenses — the upper part is a concave lens for seeing distant objects, and the lower part is a convex lens for reading [NCERT p.168].Correction (संशोधन):bifocal lenses (द्विफोक्सी lenses) का use होता है — जिसमें upper part concave lens (दूर देखने के लिए) और lower part convex lens (reading के लिए) होता है [NCERT पेज 168]।
Sometimes a person may have both myopia and hypermetropia. Such a person also needs bifocal lenses [NCERT p.168].कभी-कभी किसी person को myopia और hypermetropia दोनों हो सकते हैं। ऐसे person को भी bifocal lenses की ज़रूरत होती है [NCERT पेज 168]।
Defect
Cannot See
Image FormsImage Forms (छवि कहाँ बनती है)
Cause
Corrective LensCorrective Lens (संशोधन लेंस)
Myopia
Far objectsDistant objects (दूर की वस्तुएं)
Before retinaBefore retina (रेटिना से पहले)
Lens too curved / eyeball too longLens का बहुत ज़्यादा curved होना / eyeball का बहुत लंबा (too long) होना
Concave (−ve power)Concave lens (अवतल लेंस)
Hypermetropia
Near objectsNearby objects (पास की वस्तुएं)
Behind retinaBehind retina (रेटिना के पीछे)
Lens too flat / eyeball too shortLens का बहुत ज़्यादा flat होना / eyeball का बहुत छोटा (too short) होना
Convex (+ve power)Convex lens (उत्तल लेंस)
Presbyopia
Near objects (age-related)Nearby objects (उम्र-संबंधी)
Behind retina
Weak ciliary muscles / rigid lensCiliary muscles का कमज़ोर (weak) होना / lens का rigid होना
👓 Try-It Lab 2: 3D Vision Defect & Correction Lab👁️ Try-It Lab 2: 3D Vision Defect & Correction Lab (vision defect और लेंस सुधारक सैंडबॉक्स)
Rotate the 3D eyeball model by dragging. Select a defect state to see where the parallel light rays focus inside the elongated or short eyeball. Toggle the corrective lens to fix the focus on the retina!Drag करके 3D eyeball model को rotate करें। Defect state को select करके देखें की parallel rays kahan focus होती हैं। Corrective lens toggle करके focus को retina पर वापस shift करें!
Initializing 3D WebGL...
Normal Vision: Parallel light rays focus exactly on the retina at the back.
🔢 Lens Power Calculator🔢 Lens Power Calculator (लेंस capacity कैलकुलेटर)
Enter the far point (for myopia) or near point (for hypermetropia) and click Calculate.Far point (myopia के लिए) या near point (hypermetropia के लिए) enter करें और Calculate button पर click करें।
⚡ Checkpoint 2
A student sitting in the last row has difficulty reading the blackboard. What defect of vision does the student likely have, and how can it be corrected? [NCERT p.168, In-text Q4]Last row में baithe student को blackboard पढ़ने में problem होती है। उसे क्या vision defect हो सकता है, और इससे कैसे correct किया ja सकता है? [NCERT पेज 168, In-text Q4]
📝 Section Summary
Myopia: Cannot see far. Image before retina. Fix: concave lens ($P = 1/f$, where $f = -d$ far point distance).Myopia: दूर की cheezein नहीं dikhtin। Image retina के आगे बनती है। Fix: concave lens ($P = 1/f$, जहाँ $f = -d$ far point distance)।
Hypermetropia: Cannot see near. Image behind retina. Fix: convex lens.Hypermetropia: पास की cheezein नहीं dikhtin। Image retina के peeche banti hai। Fix: convex lens (उत्तल लेंस)।
Presbyopia: Age-related loss of accommodation. Near point recedes. Fix: bifocal lens.Presbyopia: Age के साथ accommodation का loss। Near point recedes। Fix: bifocal lens।
3. Refraction of Light through a Prism3. Refraction of Light through a Prism (प्रिज़्म से light का refraction)
Section Goal: After this section you will be able to trace the path of a light ray through a triangular glass prism and identify the angle of incidence, angle of emergence, and angle of deviation.Section Goal: इस section के बाद आप एक triangular glass prism से light ray के path को trace कर सकेंगे और angle of incidence, angle of emergence, और angle of deviation को identify कर सकेंगे।
🏔️ The Mountain Road Analogy🏔️ थे Mountain Road Analogy (पहाड़ी सड़क का example)
Imagine driving on a straight road. Suddenly you reach a mountain (the prism). You have to take a turn at the entry slope and another turn at the exit slope. The total change in your direction from the original straight road is like the angle of deviation. The steeper the mountain's slopes (prism angle), the sharper you have to turn!मान लीजिए आप एक straight road पर drive कर रहे हैं। अचानक रास्ते में एक पहाड़ (prism) आता है। आपको entry slope पर एक turn लेना पड़ता है और exit slope पर दूसरा turn। आपकी direction में जो total change आया है, उसे angle of deviation की तरह समझें। पहाड़ की slopes जितनी तेज (prism angle) होंगी, आपको उतना ही sharp turn लेना पड़ेगा!
A prism is a transparent optical element with flat, polished surfaces that refract light [NCERT p.168]. It has two triangular bases and three rectangular lateral surfaces. The angle of the prism (A) is the angle between the two refracting surfaces [NCERT p.169].Prism एक transparent optical element है जिसकी flat, polished refracting surfaces होती हैं [NCERT पेज 168]। Iske पास do triangular bases और teen rectangular lateral surfaces होती हैं। Do refracting surfaces के बीच के angle को angle of the prism (A) kehte हैं [NCERT p.169]।
Figure 10.2 — Refraction of light through a triangular glass prism. The light bends toward the base at both surfaces. δ is the angle of deviation. Adapted from NCERT Figure 10.5.
When a ray of light enters a prism, it bends toward the base at the first surface, travels through the prism, and bends toward the base again at the second surface [NCERT p.169]. The angle between the original direction of the incident ray and the direction of the emergent ray is called the angle of deviation (δ)[NCERT p.169].जब light ray prism में enter करती है, तो ये first surface पर base की तरफ bend होती है, prism के अंदर travel करती है, और second surface पर वापस base की तरफ bend हो कर निकलता है [NCERT पेज 169]। Incident ray ki original direction और emergent ray ki direction के बीच के total angle को angle of deviation (δ) (विचलन कोण) kehte हैं [NCERT p.169]।
⚡ Checkpoint 3
When light passes through a glass prism, which direction does it bend? [NCERT p.169]जब light किसी glass prism से गुज़रती है, तो यह किस direction में bend होती है? [NCERT पेज 169]
📝 Section Summary
Prism: A triangular glass body with angle A between its two refracting surfaces.Prism: एक triangular glass body जिसके do refracting surfaces के बीच angle A होता है।
Bending Direction: Light bends toward the base at both surfaces.Bending Direction: Light rays दोनों surfaces पर base की तरफ bend होती हैं।
Angle of Deviation (δ): The total angle between the incident ray direction and emergent ray direction.Angle of Deviation (δ): Incident ray की original direction और emergent ray की direction के बीच का total angle।
4. Dispersion of White Light by a Glass Prism4. Dispersion of White Light by a Glass Prism (काँच के प्रिज़्म द्वारा श्वेत light का वर्ण-विक्षेपण)
Section Goal: After this section you will be able to explain what dispersion is, name the 7 colours of the visible spectrum (VIBGYOR), describe Newton's recombination experiment, and explain how rainbows form.Section Goal: इस section के बाद आप dispersion क्या है ये explain कर सकेंगे, spectrum के सातों रंगों (VIBGYOR) के नाम बता सकेंगे, Newton के recombination experiment को describe कर सकेंगे, और rainbow कैसे बनता है ये explain कर सकेंगे।
🎵 The Music Band Analogy🎵 थे Music Band Analogy (म्यूजिक बैंड का example)
Imagine a music band marching in step. As long as they march on a smooth road (air), they stay together — that's white light. When they hit a muddy patch (glass prism), the slower instruments (shorter wavelengths like violet) get stuck and slow down more, while the faster ones (longer wavelengths like red) speed through more easily. They spread out! That spreading is dispersion. If there's another mud patch tilted the other way (second inverted prism), they all sync up again — recombination back to white light!एक music band के बारे में सोचें जो कदम से कदम मिला कर चल रहा है। जब तक वे smooth road (air) पर चलते हैं, वे साथ रहते हैं — यह white light है। जब वे एक muddy patch (glass prism) पर पहुंचते हैं, तो slow चलने वाले instruments (short wavelengths जैसे violet) slow हो जाते हैं, जबकि fast चलने वाले (long wavelengths जैसे red) आसानी से निकल जाते हैं। वे फैल जाते हैं! यह फैलना ही dispersion है। अगर दूसरा mud patch inverted (उल्टा prism) लगा दिया जाए, तो वे सब फिर से sync हो जाते हैं — यानी white light में recombination हो जाता है!
White light (sunlight) splits into a band of seven colours: Violet, Indigo, Blue, Green, Yellow, Orange, Red (remembered as VIBGYOR) [NCERT p.169]. This band of colours is called a spectrum.White light (sunlight) 7 colors के band में split हो जाती है: Violet, Indigo, Blue, Green, Yellow, Orange, Red (जिसे VIBGYOR कहते हैं) [NCERT पेज 169]। रंगों के is band को spectrum kehte हैं।
The splitting of white light into its component colours is called dispersion (वर्ण-विक्षेपण)[NCERT p.169]. It happens because different colours have different wavelengths, and each wavelength bends by a different amount when passing through the prism.White light का अपने component colours में split होना dispersion (वर्ण-विक्षेपण) कहलाता है [NCERT पेज 169]। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि different colours ki different wavelengths होती हैं, और हर wavelength prism से गुज़रते waqt alag angle पर bend होती है।
Violet (shortest wavelength) bends the most[NCERT p.169].Violet (sabse छोटी wavelength) sabse ज्यादा bend होती है [NCERT पेज 169]।
Red (longest wavelength) bends the least[NCERT p.169].Red (sabse लंबी wavelength) sabse कम bend होती है [NCERT पेज 169]।
Newton's Experiment: RecombinationNewton's Experiment: Recombination (Newton का experiment: पुनर्combination)
Isaac Newton placed a second identical prism inverted (upside-down) in the path of the dispersed spectrum. The second prism recombined all seven colours back into white light [NCERT p.170]. This proved conclusively that white light is actually composed of seven colours mixed together.Isaac Newton ने dispersed spectrum के path में एक दूसरा identical prism inverted (ulta) rakh दिया। दूसरे prism ने सातों रंगों को फिर से white light में recombine कर दिया [NCERT पेज 170]। Isse conclusively prove हो गया ki white light actually सातों रंगों से मिलकर बनी है।
RainbowRainbow (इंद्रधनुष)
A rainbow is a natural spectrum seen in the sky after rain [NCERT p.170]. Tiny water droplets in the atmosphere act as small prisms. Sunlight entering a water droplet undergoes refraction, internal reflection, and dispersion — producing the beautiful arc of VIBGYOR colours [NCERT p.170].Rainbow एक natural spectrum है जो बारिश के बाद sky में दिखता है [NCERT पेज 170]। Atmosphere में suspended पानी ki छोटी बूंदें tiny prisms ki तरह kaam करती हैं। Sunlight जब इन droplets में enter करती है, तो refraction, internal reflection, और dispersion से गुज़र कर VIBGYOR रंगों का beautiful arc बनती है [NCERT p.170]।
Watch white light split into VIBGYOR through the first prism. Toggle the second inverted prism to recombine the colours back into white light (Newton's experiment)!First prism से white light को VIBGYOR में split होते हुए dekhein। सातों रंगों को वापस white light में recombine करने के लिए दूसरा inverted (ulta) prism toggle करें (Newton का experiment)!
Dispersion: White light is composed of 7 colours (VIBGYOR). A prism splits them because violet (shortest wavelength) bends the most and red (longest wavelength) bends the least [NCERT p.169].
⚡ Checkpoint 4
Which colour of light bends the most when passing through a prism, and why? [NCERT p.169]Prism से गुज़रते समय light का कौनसा colour सबसे ज़्यादा bend होता है, और क्यों? [NCERT पेज 169]
📝 Section Summary
Dispersion: Splitting of white light into 7 colours (VIBGYOR) by a prism.Dispersion: Prism द्वारा white light का 7 colours (VIBGYOR) में split होना।
Reason: Different colours have different wavelengths → different bending angles.Reason: Different wavelengths के karan different colours का refractive index और bending angle alag-alag होता है।
Newton's Proof: A second inverted prism recombines VIBGYOR back into white light.Newton's Proof: एक दूसरा inverted prism spectum के सातों रंगों को वापस white light में recombine कर देता है।
Rainbow: Natural dispersion by water droplets (refraction + internal reflection + dispersion).Rainbow: Water droplets द्वारा natural dispersion (refraction + internal reflection + dispersion)।
Section Goal: After this section you will be able to explain why stars twinkle, why planets don't twinkle, and why the sun is visible slightly before actual sunrise and after actual sunset.Section Goal: इस section के बाद आप explain कर सकेंगे की tare क्यों टिमटिमते हैं, planets क्यों नहीं टिमटिमते, और sun actual sunrise से पहले और actual sunset के बाद तक दिखता है।
🌊 The Swimming Pool Bottom Analogy🌊 थे Swimming Pool Bottom Analogy (स्विमिंग पूल का example)
Look at a coin at the bottom of a swimming pool. The water is slightly moving, and the coin seems to shimmer and shift position. That's because the water's surface is constantly changing, bending the light randomly. Stars twinkle for the same reason — Earth's atmosphere is like a giant, turbulent swimming pool of air above us. The starlight keeps getting bent in slightly different directions as atmospheric conditions change!एक swimming pool के bottom में रखे coin को dekhein। पानी के थोड़े hilne पर coin shimmer और shift होता हुआ दिखता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पानी की surface lagatar बदलती रहती है और light को randomly bend करती है। Stars भी isi wajah से twinkle करते हैं — Earth की atmosphere हमारे ऊपर air का एक बड़ा, ashant pool है। जैसे-जैसे atmospheric conditions बदलती हैं, starlight lagatar alag-alag directions में bend होती रहती है!
The Earth's atmosphere is made of layers of air with varying optical density. The density of air decreases with altitude [NCERT p.171]. Since light bends when it passes from one density to another, starlight is continuously refracted as it passes through different atmospheric layers [NCERT p.171].Earth का atmosphere alag-alag optical density wale air layers से बना hai। Altitude (ऊंचाई) के साथ air की density कम होती jaati है [NCERT पेज 171]। Chunki light jag ek density से दूसरी density में जाती है तो bend होती है, इसलिए starlight atmosphere के layers से गुज़रते waqt continuously refract होती रहती है [NCERT p.171]।
Twinkling of StarsTwinkling of Stars (तारों का टिमटिमाना)
Stars are very far away and appear as point sources of light [NCERT p.171]. As starlight enters the Earth's atmosphere, it passes through layers of air with constantly changing temperature and density. This causes the apparent position of the star to change slightly and continuously. The path of the light keeps fluctuating, so the amount of light reaching our eyes changes — making the star appear to twinkle [NCERT p.171].Stars बहुत दूर हैं और light के point sources की तरह दिखते हैं [NCERT पेज 171]। Starlight जब Earth के atmosphere में enter करती है, तो ये constant change hone wale temperature और density के air layers से गुज़रती है। Is wajah से star ki apparent position lagatar थोड़ी बदलती रहती है। Light का path fluctuate होता रहता है, jisse आँख में enter करने wali light ki quantity बदलती है — और star twinkle करता hua दिखता है [NCERT p.171]।
Planets are much closer to Earth than stars. They appear as extended sources (not point sources) — like a collection of many point sources of light [NCERT p.172]. The fluctuations caused by atmospheric refraction from individual points average out. Overall, the brightness remains steady, so planets don't twinkle [NCERT p.172].Planets, stars के मुकाबले Earth के बहुत पास hain। वे point sources नहीं बल्कि extended sources (बड़े source) की तरह दिखते हैं — जैसे बहुत saare point sources का collection ho [NCERT पेज 172]। Individual points से hone wali fluctuations average out हो जाती हैं। Isliye total brightness steady रहती है और planets twinkle नहीं करते [NCERT p.172]।
The Sun is visible about 2 minutes before it actually rises above the horizon, and about 2 minutes after it actually sets below the horizon [NCERT p.172].Sun actual sunrise (क्षितिज से ऊपर आना) से लगभग 2 minutes पहले और actual sunset के लगभग 2 minutes बाद tak dikhta rehta है [NCERT पेज 172]।
This happens because atmospheric refraction bends the sunlight toward the observer even when the Sun is still below the geometric horizon. The light from the Sun follows a curved path through the atmosphere (from less dense to more dense layers), making the Sun appear slightly above its actual position [NCERT p.172].ऐसा atmospheric refraction के karan होता है, जो sunlight को bend करके observer तक pahunchata है जबकि sun horizon के नीचे ही होता है। Sun से आने wali light atmosphere से गुज़रते waqt curve path follow करती है, जिससे sun actual position से थोड़ा ऊपर दिखता है [NCERT पेज 172]।
Quick Fact: Because of atmospheric refraction, each day is actually about 4 minutes longer than it would be if the Earth had no atmosphere (2 minutes extra at sunrise + 2 minutes at sunset) [NCERT p.172].
⚡ Checkpoint 5
Why do stars twinkle, but planets do not? [NCERT p.173, Ex Q8-Q9]Stars क्यों twinkle करते हैं, पर planets नहीं, ऐसा क्यों? [NCERT पेज 173, Ex Q8-Q9]
📝 Section Summary
Atmospheric Refraction: Light bends through layers of atmosphere with varying density.Atmospheric Refraction: Atmosphere के different density layers से passing light का refractive bending।
Stars Twinkle: Point sources → apparent position fluctuates → brightness varies.Stars Twinkle: Point sources → apparent position fluctuate होती है → brightness change होती है।
Planets Don't Twinkle: Extended sources → individual fluctuations average out.Planets Don't Twinkle: Extended sources → individual point fluctuations average out हो जाती हैं।
Extra Daylight: Sun visible ~2 min before sunrise and ~2 min after sunset due to atmospheric bending.Extra Daylight: Atmospheric bending के karan Sun actual sunrise से ~2 min पहले और sunset के ~2 min बाद तक visible रहता है।
6. Scattering of Light6. Scattering of Light (scattering of light)
Section Goal: After this section you will be able to explain the Tyndall effect, Rayleigh scattering, why the sky is blue, why sunsets are red, why clouds are white, and why danger signals are red.Section Goal: इस section के बाद आप Tyndall effect, Rayleigh scattering, sky के blue होने का reason, sunset/sunrise पर sun के red होने का reason, और danger signals के red होने का reason explain कर सकेंगे।
🔦 The Torch-in-a-Dusty-Room Analogy🔦 थे Torch-in-a-Dusty-Room Analogy (धूल भरे कमरे का example)
Shine a torch in a clean room — you can't see the beam. Now shake a dusty blanket and shine again — you see the light beam clearly! The dust particles scatter the light sideways toward your eyes. That's the Tyndall effect. Now imagine that the dust only scatters blue light well and lets red pass through. If you look at the torch FROM THE SIDE, you see blue. If you look AT the torch FROM FAR AWAY through the dust, you see the remaining red light. That's exactly why the sky is blue (side view) and sunsets are red (looking through a thick layer of atmosphere)!एक साफ़ kamre में torch jalayein — आपको beam नहीं dikhegi। अब एक dhul bhare blanket को jhadkar torch jalayein — आपको light beam clearly dikhegi! Dust particles light को sideways scatter करते हैं, जिससे वह हमारी आँखों तक पहुंचती है। Yahi Tyndall effect है। अब सोचें की dust सिर्फ blue light को scatter करती है और red को guzarne देती है। अगर आप side से dekhenge, तो blue dikhega। और अगर बहुत दूर से dekhenge, तो सिर्फ बची हुई red light dikhega। Yahi reason है की sky blue दिखता है और sunset/sunrise पर sun red दिखता है!
Tyndall Effect (टिंडल प्रभाव)
The scattering of light by colloidal particles (tiny particles suspended in a medium) is called the Tyndall effect[NCERT p.173].Colloidal particles (tiny suspended particles) द्वारा light का scatter होना Tyndall effect (टिंडल प्रभाव) कहलाता है [NCERT पेज 173]।
A beam of sunlight becomes visible when it enters a dusty room through a window [NCERT p.173].Window से जब sunbeam किसी dhul bhare kamre में enter करती है, तो उसका path visible हो जाता है [NCERT पेज 173]।
The path of sunlight becomes visible through the forest canopy as particles of mist scatter the light [NCERT p.173].Forest canopy (dense जंगलों के वितान) से guzarte waqt mist particles light को scatter करते हैं, जिससे path visible ho जाता है [NCERT पेज 173]।
The blue colour of smoke rising from an incense stick (agarbatti) is due to scattering by fine smoke particles [NCERT p.173].अगरबत्ती से nikalne wale dhuen का blue colour fine smoke particles द्वारा light के scattering के karan होता है [NCERT पेज 173]।
Rayleigh Scattering (रेले प्रकीर्णन)
According to Lord Rayleigh, the amount of scattering is inversely proportional to the fourth power of the wavelength of light [NCERT p.173]:Lord Rayleigh के according to, light की scattering का amount उसकी wavelength की fourth power के inversely proportional होता है [NCERT पेज 173]:
Scattering ∝ 1 / λ4
This means shorter wavelengths (like blue and violet) scatter much more than longer wavelengths (like red and orange). Since blue light has roughly half the wavelength of red, it scatters about 24 = 16 times more than red!इसका matlab है की short wavelengths (जैसे blue और violet) long wavelengths (जैसे red और orange) के comparison में बहुत ज़्यादा scatter होती हैं। चूंकि blue light की wavelength red की लगभग आधी होती है, इसलिए ये red से लगभग 24 = 16 times ज़्यादा scatter होती है!
Why is the Sky Blue? (आसमान नीला क्यों है?)
Fine particles in the atmosphere (molecules of N2 and O2) are much smaller than the wavelength of visible light. These particles scatter shorter wavelengths (blue) much more effectively than longer wavelengths (red) [NCERT p.173]. The scattered blue light reaches our eyes from all directions, making the sky appear blue.Atmosphere के fine particles (N2 और O2 molecules) visible light की wavelength से बहुत छोटे होते हैं। ये particles short wavelengths (blue) को long wavelengths (red) के comparison में ज़्यादा effectively scatter करते हैं [NCERT पेज 173]। ये scattered blue light हमारी आँखों तक सभी directions से पहुंचती है, jisse sky blue दिखता है।
Why not violet? Our eyes are more sensitive to blue than violet, and some violet gets absorbed in the upper atmosphere. So the sky appears blue, not violet [NCERT p.173].Violet क्यों नहीं? हमारी आँखें violet के comparison में blue के लिए ज़्यादा sensitive हैं, और कुछ violet upper atmosphere में absorb हो जाता है। इसलिए sky blue दिखता है, violet नहीं [NCERT पेज 173]।
Why Does the Sky Appear Dark from Space?
In outer space, there is no atmosphere to scatter sunlight. Without scattering, the sky appears dark and black, and you can see stars even during the daytime [NCERT p.173].Outer space में कोई atmosphere नहीं होता। बिना scattering के, sky बिल्कुल black (dark) दिखता है, और आप दिन में भी stars देख सकते हैं [NCERT पेज 173]।
Why Do Clouds Appear White?
Clouds contain relatively large water droplets. These droplets are much bigger than the wavelength of visible light. Large particles scatter all wavelengths equally. Since all colours are scattered equally and reach our eyes together, clouds appear white [NCERT p.174].Clouds में पानी की बड़ी droplets होते हैं जो visible light की wavelength से काफी बड़ी होती हैं। बड़ा size होने के karan ये सभी wavelengths (रंगों) को equally scatter करती हैं। सभी रंग barabar scatter hokar जब हमारी आँख तक पहुंचते हैं, तो clouds white दिखते हैं [NCERT पेज 174]।
Why Does the Sun Appear Reddish at Sunrise and Sunset?
At sunrise and sunset, sunlight has to travel through a much thicker layer of atmosphere to reach our eyes. During this long journey, most of the blue and shorter-wavelength light gets scattered away by atmospheric particles. Only the longer-wavelength light (red and orange) manages to reach our eyes without being scattered much [NCERT p.174]. That's why the Sun and the sky near the horizon look reddish.Sunrise और sunset के समय, sunlight को हमारी आँख तक पहुंचने के लिए atmosphere की मोटी layer से travel करना पड़ता है। इस लंबे सफर में, blue और short wavelengths atmospheric particles द्वारा scatter hokar बाहर निकल जाती हैं। सिर्फ long wavelength light (red और orange) ही बिना ज़्यादा scatter हुए हम तक पहुंच paati है [NCERT पेज 174]। Isliye sun और horizon के पास का sky reddish दिखता है।
Why are Danger Signals Red?
Red light has the longest wavelength among visible colours and therefore scatters the least. It can travel through fog, smoke, and mist farther than any other colour without being scattered away [NCERT p.174]. That's why danger signals, brake lights, and traffic stop lights are red — they're visible from the greatest distance.Red light की wavelength visible spectrum में sabse lambi होती है, इसलिए ये sabse कम scatter होती hai। यह fog (कोहरे), dhuen (smoke) और mist में से bina scatter हुए doosre rangon के comparison में दूर tak jaa सकती है [NCERT पेज 174]। Yahi reason है ki danger signals, brake lights और traffic stop lights red होते हैं — taaki ये sabse दूर से भी dikh sakein।
Move the sun from noon to the horizon. Watch the sky colour change from blue to orange/red as the light path through the atmosphere increases!Sun को noon (dopahar) से horizon (क्षितिज) tak move karein। देखें कैसे atmosphere में light path badhne पर sky का colour blue से orange/red ho जाता है!
Noon (overhead)
Noon Sky: The sun is high overhead. Sunlight travels through a thin layer of atmosphere. Blue light is scattered effectively in all directions by fine atmospheric molecules, making the sky appear blue[NCERT p.173].
⚡ Checkpoint 6
Why does the Sun appear reddish early in the morning? [NCERT p.174, Ex Q10]सुबह के समय Sun हमें reddish क्यों दिखाई देता है? [NCERT पेज 174, Ex Q10]
📝 Section Summary
Tyndall Effect: Scattering of light by colloidal/fine particles (dusty room, smoke, forest canopy).Tyndall Effect: Colloidal/fine particles द्वारा light का scatter होना (dusty room, smoke, forest canopy)।
Rayleigh Scattering: Scattering ∝ $1/\lambda^4$. Blue scatters ~16× more than red.Rayleigh Scattering: Scattering ∝ $1/\lambda^4$। Blue light red के comparison में ~16× ज़्यादा scatter होती है।
Blue Sky: Blue scattered most by fine N2/O2 molecules.Blue Sky: Atmospheric N2/O2 molecules द्वारा blue light sabsay ज़्यादा scatter होती है।
Red Sunrise/Sunset: Long atmospheric path scatters away blue; only red/orange reaches eye.Red Sunrise/Sunset: लंबा atmospheric path blue को scatter कर देता है; सिर्फ red/orange आँख तक पहुंचता है।
White Clouds: Large water droplets scatter all colours equally.White Clouds: बड़ी water droplets सभी रंगों को equally scatter करती हैं, जिससे ये सफेद दिखते हैं।
Dark Sky in Space: No atmosphere = no scattering.Dark Sky in Space: Space में कोई atmosphere नहीं होता, इसलिए वहाँ black (dark) दिखता है।
NCERT Textbook Solutions
In-text Questions
Q1. What is meant by power of accommodation of the eye?
Answer: The ability of the eye lens to adjust its focal length (by changing its shape through ciliary muscles) is called the power of accommodation. When ciliary muscles contract, the lens becomes thicker (shorter focal length) to focus nearby objects. When they relax, the lens becomes thinner (longer focal length) to focus distant objects [NCERT p.165].
Q2. A person with a myopic eye cannot see objects beyond 1.2 m distinctly. What should be the type of the corrective lens used to restore proper vision?Q2. एक myopic person 1.2 m से दूर की objects को distinctly नहीं देख पाता। Proper vision को restore करने के लिए किस प्रकार का corrective lens उसे किया जाना चाहिए?
Answer: The person has myopia (near-sightedness). A concave lens should be used. Since the far point is 1.2 m, the focal length of the corrective lens $f = -1.2$ m. Power $P = 1/f = 1/(-1.2) =$ $-0.83$ D (approximately) [NCERT p.166].Answer: इस person को myopia (निकट-vision defect) hai। इसको correct करने के लिए concave lens (अवतल लेंस) use किया जाना chahiye। चूंकि far point 1.2 m है, तो corrective lens की focal length $f = -1.2$ m hogi। Power $P = 1/f = 1/(-1.2) =$ $-0.83$ D (approximately) [NCERT पेज 166]।
Q3. What is the far point and near point of the human eye with normal vision?Q3. Normal vision वाले human eye के लिए near point और far point क्या होते हैं?
Answer: For a person with normal vision: • Far point = Infinity (∞) — the farthest point up to which the eye can see clearly. • Near point = 25 cm — the closest point at which the eye can see clearly (also called least distance of distinct vision) [NCERT p.166].Answer: Normal vision wale person के लिए: • Far point (दूर point) = Infinity (endless - ∞) — वे maximum distance जहाँ tak eye clear देख सकती hai। • Near point (निकट point) = 25 cm — वह minimum distance जहाँ पर रखी object को eye बिना stress के clear देख सकती है [NCERT पेज 166]।
Q4. A student has difficulty reading the blackboard while sitting in the last row. What could be the defect of vision in this case? How can it be corrected?Q4. Last bench पर baithe एक student को blackboard पढ़ने में problem होती है। इस case में vision defect क्या हो सकता है, और इसका correction कैसे किया jayega?
Answer: The student has myopia (near-sightedness). He can see nearby objects (like his notebook) clearly but cannot see distant objects (like the blackboard). This can be corrected by using spectacles with a concave lens of appropriate power. The concave lens diverges the incoming light slightly before it enters the eye, so that the image of the distant blackboard shifts back onto the retina [NCERT p.166].Answer: Student को myopia (निकट-vision defect) hai। वे पास की objects (जैसे notebook) को clear देख सकता है पर दूर की objects (blackboard) को नहीं देख paata। इस defect को correct करने के लिए suitable power का concave lens (अवतल lens) spectacles में use किया jayega। Concave lens parallel light rays को enter करने से पहले थोड़ा diverge कर देता है, जिससे blackboard की image shift hokar retina पर banti है [NCERT पेज 166]।
Exercise QuestionsExercise Questions (अभ्यास के प्रश्न)
Q1. The human eye can focus objects at different distances by adjusting the focal length of the eye lens. This is due to: (a) presbyopia (b) accommodation (c) near-sightedness (d) far-sightednessQ1. Eye lens की focal length को adjust करके human eye different distances पर objects को focus कर सकती है। ये kiski wajah से होता है: (a) presbyopia (b) accommodation (c) near-sightedness (d) far-sightedness
Answer: (b) accommodation The ability of the eye lens to adjust its focal length to focus objects at different distances is called the power of accommodation [NCERT p.165].Answer: (b) accommodation (समंजन capacity) Different distances पर रखी objects को focus करने के लिए lens की focal length adjust करने की capability को power of accommodation कहते हैं [NCERT पेज 165]।
Q2. The human eye forms the image of an object at its: (a) cornea (b) iris (c) pupil (d) retinaQ2. मानव नेत्र (Human eye) किसी object की image कहाँ बनाती है: (a) cornea (b) iris (c) pupil (d) retina
Answer: (d) retina The retina acts as the screen of the eye where the image is formed [NCERT p.164].Answer: (d) retina (दृष्टिपटल) Retina eye की screen की तरह kaam करता है जहाँ actually image बनती है [NCERT पेज 164]।
Q3. The least distance of distinct vision for a young adult with normal vision is about: (a) 25 m (b) 2.5 cm (c) 25 cm (d) 2.5 mQ3. Normal vision वाले young adult के लिए least distance of distinct vision लगभग कितनी होती है: (a) 25 m (b) 2.5 cm (c) 25 cm (d) 2.5 m
Answer: (c) 25 cm The least distance of distinct vision (near point) for a young adult with normal vision is approximately 25 cm [NCERT p.166].Answer: (c) 25 cm Normal vision wale young adult के लिए near point (साफ़ दृष्टि की minimum distance) लगभग 25 cm होता है [NCERT पेज 166]।
Q4. Make a diagram to show how hypermetropia is corrected. The near point of a hypermetropic eye is 1 m. What is the power of the lens required to enable him to read clearly a book held at 25 cm?Q4. Diagram बनाकर दिखाएं की hypermetropia को कैसे correct किया जाता है। एक hypermetropic eye का near point 1 m है। 25 cm पर रखी book को clear पढ़ने के लिए किस power के lens की ज़रूरत होगी?
Answer: Hypermetropia is corrected using a convex lens.
Calculation: The person wants to read a book at $u = -25$ cm (normal near point). But his near point is 1 m, so the image must form at $v = -100$ cm (virtual, same side). Using the lens formula: $1/v - 1/u = 1/f$ $1/(-100) - 1/(-25) = 1/f$ $-1/100 + 1/25 = 1/f$ $(-1 + 4)/100 = 1/f$ $3/100 = 1/f$ $f = 100/3 = +33.33$ cm = $+0.333$ m Power $P = 1/f = 1/0.333 =$ $+3$ D[NCERT p.167].Answer: Hypermetropia को convex lens (उत्तल लेंस) का use करके correct किया जाता hai।
Calculation: Person 25 cm distance पर book पढ़ना चाहता है, तो object distance $u = -25$ cm (normal near point)। But उसका near point 1 m (100 cm) है, तो image $v = -100$ cm पर banni चाहिए (virtual image, same side)। Lens formula उसे करने पर: $1/v - 1/u = 1/f$ $1/(-100) - 1/(-25) = 1/f$ $-1/100 + 1/25 = 1/f$ $(-1 + 4)/100 = 1/f$ $3/100 = 1/f$ $f = +100/3$ cm = $+33.33$ cm = $+0.333$ m Power $P = 1/f = 1/0.333 =$ $+3$ D[NCERT पेज 167]।
Q5. The far point of a myopic person is 80 cm in front of the eye. What is the nature and power of the corrective lens required to enable him to see very distant objects clearly?Q5. एक myopic person का far point आँख के सामने 80 cm है। बहुत दूर की objects को clear देखने के लिए corrective lens की nature और power क्या होगी?
Answer: The person has myopia. Far point = 80 cm = 0.8 m. A concave lens is needed. The concave lens must form a virtual image of a distant object (at infinity) at the far point of the eye. For distant objects: $u = -\infty$, $v = -80$ cm = $-0.8$ m Using the lens formula: $1/v - 1/u = 1/f$ $1/(-0.8) - 1/(-\infty) = 1/f$ $-1/0.8 - 0 = 1/f$ $f = -0.8$ m Power $P = 1/f = 1/(-0.8) =$ $-1.25$ D Nature: Concave (diverging) lens with negative power [NCERT p.166].Answer: Person को myopia है। Far point = 80 cm = 0.8 m. एक concave lens (अवतल lens) की ज़रूरत hogi। Concave lens को infinity पर रखी दूर की object की virtual image far point (80 cm) पर banani hogi। Distant objects के लिए: $u = -\infty$, $v = -80$ cm = $-0.8$ m Lens formula से: $1/v - 1/u = 1/f$ $1/(-0.8) - 1/(-\infty) = 1/f$ $-1/0.8 - 0 = 1/f$ $f = -0.8$ m Power $P = 1/f = 1/(-0.8) =$ $-1.25$ D Nature: Negative power वाला concave (diverging) lens [NCERT पेज 166]।
Q6. Why is a normal eye not able to see clearly the objects placed closer than 25 cm?Q6. Normal eye 25 cm से पास रखी objects को clearly क्यों नहीं देख पाती?
Answer: When an object is placed closer than 25 cm, the ciliary muscles cannot contract enough to make the lens sufficiently thick (curved) to reduce the focal length further. The image would form behind the retina, resulting in a blurry view. Therefore, 25 cm is the minimum distance at which a normal eye can see objects clearly without straining [NCERT p.166].Answer: जब किसी object को 25 cm से ज़्यादा पास रखा जाता है, तो ciliary muscles lens को और ज़्यादा thick (curved) करने के लिए contract नहीं हो paati हैं, जिससे focal length और ज़्यादा कम नहीं हो सकती। इस wajah से light rays retina के पीछे focus होती हैं और image blurry दिखती है। इसलिए, normal eye के बिना strain के clear देखने के लिए minimum distance 25 cm होती है [NCERT पेज 166]।
Q7. What happens to the image distance in the eye when we increase the distance of an object from the eye?Q7. जब हम eye से object की distance बढ़ाते हैं, तो eye के अंदर image distance पर क्या प्रभाव पड़ता है?
Answer: The image distance in the eye stays approximately the same. The image always forms on the retina (which is at a fixed distance from the lens). When the object distance increases, the ciliary muscles relax, the lens becomes thinner, and its focal length increases to ensure the image still forms on the retina [NCERT p.165].Answer: Eye के अंदर image distance लगभग same रहती है। Image हमेशा retina पर ही बनती है (जो lens से fixed distance पर है)। जब object distance बढ़ती है, तो ciliary muscles relax हो जाती हैं, जिससे lens पतला (thin) हो जाता है और इसकी focal length बढ़ जाती है ताकि image वापस retina पर ही focus हो सके [NCERT पेज 165]।
Q8. Why do stars twinkle?Q8. Stars क्यों twinkle करते हैं?
Answer: Stars are very distant and appear as point sources. Their light passes through different layers of the atmosphere with varying density and temperature. This causes the light's path to refract continuously and the apparent position of the star to change slightly. As the atmospheric conditions fluctuate, the amount of starlight entering our eyes varies, making stars appear to twinkle [NCERT p.171].Answer: Stars बहुत दूर हैं और point sources की तरह behave करते हैं। Unse आने wali light atmosphere के alag-alag layers (jinki temperature और density lagatar बदलती रहती है) से गुज़रती है। इस wajah से starlight का continuous refraction होता है और star की apparent position थोड़ी बदलती रहती है। Atmosphere के fluctuation के karan आँख तक पहुंचने wali starlight की quantity बदलती रहती है, जिससे stars टिमटिमते हुए दिखते हैं [NCERT पेज 171]।
Q9. Explain why the planets do not twinkle.Q9. Explain करें की planets क्यों नहीं टिमटिमते।
Answer: Planets are much closer to Earth compared to stars. They appear as extended sources of light (not point sources). An extended source is essentially a collection of many point sources. The total variation in the amount of light from all these individual points averages out. As a result, the brightness of a planet remains steady and it does not appear to twinkle [NCERT p.172].Answer: Planets, stars के comparison में Earth के काफी पास हैं। वह point sources के bajay extended sources (बड़े source) की तरह दिखते हैं। एक extended source को हम बहुत सारे point sources का collection maan सकते हैं। इन individual points से आने wali light की fluctuations आपस में average out (neutralize) हो जाती हैं। इस wajah से planet की overall brightness steady बनी रहती है और वह twinkle नहीं करते [NCERT पेज 172]।
Q10. Why does the Sun appear reddish early in the morning?Q10. सुबह के समय Sun हमें reddish क्यों दिखाई देता है?
Answer: At sunrise (and sunset), the Sun is near the horizon. Its light must travel through a much thicker (longer) layer of the atmosphere to reach our eyes. During this long path, the shorter wavelengths (blue, violet) are scattered away in all directions by fine atmospheric particles (Rayleigh scattering: scattering ∝ 1/λ4). Only the longer wavelengths (red, orange) survive this journey and reach our eyes, making the Sun appear reddish [NCERT p.174].Answer: Sunrise (और sunset) के समय Sun horizon के पास होता है। उसके light को हमारी आँखों तक पहुंचने के लिए atmosphere की काफी मोटी और लंबी layer से travel करना पड़ता है। इस लंबे रास्ते में, short wavelengths (blue, violet) fine particles द्वारा charo तरफ scatter (Rayleigh scattering $\propto 1/\lambda^4$) हो जाती हैं। सिर्फ लंबी wavelength wali light (red, orange) ही बिना ज़्यादा scatter हुए हम तक पहुंच paati है, जिससे Sun reddish दिखता है [NCERT पेज 174]।
Q11. Why does the sky appear dark instead of blue to an astronaut?Q11. Astronauts को sky blue के बजाय dark/black क्यों दिखाई देता है?
Answer: In outer space, there is no atmosphere. Since there are no atmospheric particles to scatter sunlight, no scattered light reaches the astronaut's eyes from different directions. The sky therefore appears dark and black instead of blue [NCERT p.173].Answer: Outer space में कोई atmosphere नहीं होता है। चूंकि वहाँ sunlight को scatter करने के लिए particles ही नहीं होते, इसलिए किसी भी direction से scatter hokar light astronauts की आँख तक नहीं पहुंचती। Yahi karan है की astronauts को sky blue के bajay black (dark) दिखता है [NCERT पेज 173]।
Solved CBSE Previous Year Questions (PYQs)
1 Mark Questions (Very Short Answer)
Q1. Name the type of lens used to correct (i) myopia, (ii) hypermetropia. [CBSE 2020]Q1. उन lenses के type बताएं जो (i) myopia, (ii) hypermetropia को correct करने के लिए उसे किए जाते हैं। [CBSE 2020]
Answer: (i) Myopia is corrected using a concave lens (diverging lens). (ii) Hypermetropia is corrected using a convex lens (converging lens).Answer: (i) Myopia को correct करने के लिए concave lens (अवतल लेंस) use होता hai। (ii) Hypermetropia को correct करने के लिए convex lens (उत्तल लेंस) use होता hai।
Q2. What is the cause of dispersion of white light by a glass prism? [CBSE 2019]Q2. Glass prism dwara white light के dispersion (वर्ण-विक्षेपण) का क्या cause है? [CBSE 2019]
Answer: White light is made of seven colours with different wavelengths. Each wavelength bends by a different amount when passing through the glass prism (different refractive index for each colour). Violet (shortest λ) bends the most, red (longest λ) bends the least. This differential bending splits white light into its component colours.Answer: White light 7 colors से मिलकर बनी है jinki wavelengths different होती हैं। Glass prism से pass होने पर हर रंग की wavelength alag refractive index के karan alag amount पर bend होती है। Violet (shortest $\lambda$) sabse ज़्यादा bend होता है और red (longest $\lambda$) sabse कम bend होता है। इस differential bending के karan white light अपने constituent colors में split हो जाती है।
Q3. Why does the sky appear blue on a clear day? [CBSE 2022]Q3. एकदम साफ़ मौसम (clear day) में sky हमें blue क्यों दिखाई देता है? [CBSE 2022]
Answer: Fine molecules (N2, O2) in the atmosphere scatter shorter wavelengths of sunlight much more than longer wavelengths (Rayleigh scattering ∝ 1/λ4). Blue light, having a shorter wavelength, is scattered abundantly in all directions. This scattered blue light reaches our eyes from all parts of the sky, making it appear blue.Answer: Atmosphere के fine molecules ($N_2$, $O_2$) sunlight की short wavelengths को long wavelengths के comparison में काफी ज़्यादा scatter करते हैं (Rayleigh scattering $\propto 1/\lambda^4$)। Blue light की wavelength छोटी होने के karan ये charo तरफ बहुत ज़्यादा scatter हो जाती है। ये scattered blue light जब हमारी आँखों तक पहुंचती है, तो sky blue दिखता है।
Q4. State the function of the iris in the human eye. [CBSE 2021]Q4. मानव नेत्र (Human eye) में iris का function (work) क्या है? [CBSE 2021]
Answer: The iris is a coloured muscular diaphragm that controls the size of the pupil. In bright light, it contracts to make the pupil smaller (reducing light entry). In dim light, it expands to make the pupil larger (allowing more light to enter).Answer: Iris एक coloured muscular diaphragm है जो pupil के size को control करता है। Bright light में, ये contract hokar pupil को छोटा कर देता है (जिससे कम light enter kare)। Dim light में, ये expand hokar pupil को बड़ा कर देता है (जिससे ज़्यादा light enter कर सके)।
2 Marks Questions (Short Answer I)
Q5. Explain with the help of a diagram, how the defect of myopia can be corrected by using a suitable lens. [CBSE 2023]Q5. Diagram की help से explain करें की myopia (निकट-vision defect) को suitable lens use करके कैसे correct किया जाता hai। [CBSE 2023]
Answer: In myopia, the image of distant objects forms in front of the retina (either due to elongated eyeball or excessive lens curvature). A concave lens of appropriate power is placed before the eye. The concave lens diverges the incoming parallel rays slightly, so that after refraction by the eye lens, the image shifts back and forms on the retina.
The focal length of the concave lens equals the negative of the far point distance. For example, if far point = 1.5 m, then $f = -1.5$ m and $P = -0.67$ D.Answer: Myopia में, दूर की object की image retina के आगे (front) बनती है (eyeball के लंबे होने या lens curvature के ज़्यादा होने से)। एक suitable power का concave lens (अवतल लेंस) aankh के सामने lagaya जाता hai। Concave lens incident parallel rays को थोड़ा diverge कर देता है, जिससे eye lens dwara refraction के बाद image वापस retina पर focus ho jaati hai।
Corrective lens की focal length far point distance के negative के barabar होती है। For example, अगर far point = 1.5 m है, तो $f = -1.5$ m और $P = -0.67$ D hoga।
Q6. What is meant by the 'power of accommodation' of the eye? How does it help in clear vision? [CBSE 2020]Q6. Eye की power of accommodation से क्या मतलब है? यह clear vision में कैसे मदद करती है? [CBSE 2020]
Answer: The power of accommodation is the ability of the eye lens to change its focal length by adjusting its curvature through ciliary muscles. • For distant objects: ciliary muscles relax → lens becomes thin → focal length increases → parallel rays focus on retina. • For nearby objects: ciliary muscles contract → lens becomes thick → focal length decreases → diverging rays focus on retina. This ensures objects at various distances are seen clearly.Answer: Power of accommodation eye lens की वह ability है जिसके through ciliary muscles lens की curvature और shape को change करके उसकी focal length को adjust करती हैं। • Distant objects (दूर की चीजें) के लिए: ciliary muscles relax होती हैं → lens thin हो जाता है → focal length बढ़ जाती है → parallel rays retina पर focus होती हैं। • Nearby objects (पास की चीजें) के लिए: ciliary muscles contract होती हैं → lens thick हो जाता है → focal length कम हो जाती है → diverging rays retina पर focus होती हैं। इस तरह different distances पर रखी objects clear दिखती हैं।
3 Marks Questions (Short Answer II)
Q7. (a) Why do stars twinkle? (b) Why do planets not twinkle? (c) If we viewed the stars from outer space, would they appear to twinkle? [CBSE 2022]Q7. (a) Stars क्यों twinkle करते हैं? (b) Planets क्यों twinkle नहीं करते? (c) अगर stars को outer space से देखा जाए, तो क्या वे twinkle करेंगे? [CBSE 2022]
Answer: (a) Stars twinkle because they are very far away and appear as point sources. The light from stars passes through layers of atmosphere with varying density and temperature, causing continuous refraction. The apparent position of the star fluctuates slightly, and the amount of light reaching our eye varies — producing the twinkling effect.
(b) Planets are much closer and appear as extended sources (tiny discs, not points). They are collections of many point sources. Individual fluctuations average out, so their brightness appears steady — no twinkling.
(c) No. In outer space, there is no atmosphere. Without atmospheric layers to cause refraction, starlight would travel in a straight line without fluctuation. Stars would appear as steady points of light and would not twinkle.Answer: (a) Stars Twinkling: Stars बहुत दूर हैं और point sources की तरह दिखते हैं। उनका light temperature और density बदलते atmosphere के layers से गुज़रता है, जिससे continuous refraction होता है। Star की apparent position fluctuate होती है और आँख तक आने wali light की quantity बदलती है — जिससे twinkling होती है।
(b) Planets: Planets Earth के काफी पास हैं और extended sources (बड़े source) की तरह दिखते हैं। वह multiple point sources के sum की तरह हैं, इसलिए individual fluctuations cancel/average out हो जाती हैं और planets twinkle नहीं करते।
(c) Space view: Nahi। Space में कोई atmosphere नहीं होता। बिना atmospheric layers के refraction नहीं होगा, इसलिए starlight straight travel karegi और stars steady points की तरह बिना twinkle किए dikhenge।
Q8. Explain the phenomenon of dispersion of white light through a glass prism. Draw a neat labeled diagram. Why is the sequence of colours in a rainbow VIBGYOR? [CBSE 2021]Q8. Glass prism से white light के dispersion के process को explain करें। Diagram बनाएं। Rainbow में colors का sequence VIBGYOR क्यों होता है? [CBSE 2021]
Answer: When white light enters a glass prism, it splits into a band of seven colours: Violet, Indigo, Blue, Green, Yellow, Orange, and Red (VIBGYOR). This is called dispersion.
Why VIBGYOR order: Different colours have different wavelengths. Violet has the shortest wavelength and bends the most. Red has the longest wavelength and bends the least. Therefore, violet appears at the bottom of the dispersed spectrum (nearest to base) and red at the top. The sequence VIBGYOR is from the most deviated to the least deviated colour.
In a rainbow, the same order (VIBGYOR) appears because water droplets act as tiny prisms that disperse sunlight through refraction, internal reflection, and further refraction.Answer: जब white light glass prism में enter करती है, तो ये 7 colors (VIBGYOR) के spectrum में split हो जाती है। Ise dispersion (वर्ण-विक्षेपण) कहते hain।
VIBGYOR Order का reason: Different colors की different wavelengths होती हैं। Violet की wavelength sabse short होती है और ये sabse ज़्यादा bend होता है। Red की wavelength sabse long होती है और ये sabse कम bend होता है। इसलिए violet spectrum के sabse bottom पर (base के पास) और red sabse top पर दिखता है। VIBGYOR sequence most deviated से least deviated color का order है।
Rainbow में भी yahi same order दिखता है क्योंकि water droplets tiny prisms की तरह sunlight का refraction, internal reflection और dispersion करती हैं।
5 Marks Questions (Long Answer)
Q9. (a) What is myopia? State two causes of myopia. Draw ray diagrams to show (i) the myopic eye and (ii) correction of myopia. (b) The far point of a myopic person is 80 cm. Calculate the power of the lens required. [CBSE 2023]Q9. (a) Myopia क्या है? इसके do causes बताएं। Myopic eye और उसके correction का ray diagram बनाएं। (b) एक myopic person का far point 80 cm है। Required lens की power calculate करें। [CBSE 2023]
Answer: (a)Myopia (near-sightedness) is a defect of vision in which a person can see nearby objects clearly but cannot see distant objects distinctly.
Two causes: (i) Excessive curvature of the eye lens (too converging). (ii) Elongation (lengthening) of the eyeball.
In a myopic eye, the image of distant objects forms in front of the retina instead of on it. This is corrected by placing a concave lens of suitable focal length in front of the eye. The concave lens first diverges the light rays, so that after refraction by the eye lens, the image forms exactly on the retina.
(b) Calculation: Far point = 80 cm = 0.8 m The concave lens must create a virtual image of a distant object at the far point. $u = -\infty$ (object at infinity), $v = -80$ cm = $-0.8$ m $1/f = 1/v - 1/u = 1/(-0.8) - 0 = -1.25$ $f = -0.8$ m Power $P = 1/f = $ $-1.25$ DAnswer: (a) Myopia: Myopia (निकट-vision defect) vision का वे defect है जिसमें person पास की objects तो clear देख सकता है पर दूर की objects clear नहीं देख पाता।
दो कारण (Two causes): (i) Eye lens की curvature का excessive (बहुत ज़्यादा) होना। (ii) Eyeball का elongated (लंबा) हो जाना।
Myopic eye में distant object की image retina के आगे (front) बनती है। इसको correct करने के लिए spectacles में एक concave lens (अवतल लेंस) use किया जाता है। Concave lens rays को पहले ही diverge कर देता है ताकि eye lens से pass होने के बाद focus retina पर बने।
(b) Calculation: Far point = 80 cm = 0.8 m Concave lens infinity पर रखी object की virtual image far point (80 cm) पर बनाएगा। $u = -\infty$, $v = -80$ cm = $-0.8$ m $1/f = 1/v - 1/u = 1/(-0.8) - 0 = -1.25$ $f = -0.8$ m Power $P = 1/f = $ $-1.25$ D
Q10. (a) What is Rayleigh's law of scattering? (b) Using this law, explain: (i) why the sky is blue, (ii) why the Sun appears reddish at sunrise and sunset, and (iii) why danger signals are red. [CBSE 2020]Q10. (a) Rayleigh's law of scattering क्या है? (b) इस law के base पर explain करें: (i) sky blue क्यों है, (ii) sunrise/sunset पर Sun reddish क्यों दिखता है, और (iii) danger signals red क्यों होते हैं। [CBSE 2020]
Answer: (a) Rayleigh's Law: The amount of scattering of light is inversely proportional to the fourth power of the wavelength of light: Scattering ∝ 1/λ4. Shorter wavelengths scatter much more intensely than longer wavelengths.
(b)(i) Blue sky: Fine atmospheric molecules (N2, O2) scatter shorter wavelengths (blue, violet) much more than longer wavelengths (red, orange). The scattered blue light reaches our eyes from all directions across the sky, making it appear blue. (Violet scatters even more but our eyes are less sensitive to it, and upper atmosphere absorbs some.)
(b)(ii) Reddish sunrise/sunset: Near the horizon, sunlight must travel through a much thicker layer of atmosphere. During this long path, most blue and shorter wavelengths are scattered away by atmospheric particles. Only longer wavelengths (red, orange) survive the journey and reach our eyes, making the Sun appear reddish.
(b)(iii) Red danger signals: Red light has the longest wavelength in the visible spectrum. According to Rayleigh's law, it scatters the least. Therefore, red light can travel the farthest distance through fog, dust, and mist without being scattered. This makes red signals visible from the greatest distance — ideal for danger and traffic signals.Answer: (a) Rayleigh's Law: Light की scattering का amount उसकी wavelength की fourth power के inversely proportional होता है: Scattering $\propto 1/\lambda^4$। Short wavelengths (blue/violet) long wavelengths (red/orange) के comparison में काफी ज़्यादा scatter होती हैं।
(b)(i) Blue sky: Atmosphere के tiny molecules ($N_2$, $O_2$) short wavelength (blue/violet) light को long wavelength (red/orange) के relative काफी effective scatter करते हैं। Scattered blue light सभी directions से हमारी आँखों तक पहुंचती है, जिससे sky blue दिखता है। (Violet ज़्यादा scatter होता है पर eye sensitivity blue के लिए ज़्यादा होती है)।
(b)(ii) Reddish sunrise/sunset: Horizon पर sunlight को atmosphere की मोटी layer से लंबी distance travel karni padti है। इस लंबे path पर blue और short wavelengths scatter हो जाती हैं। सिर्फ long wavelength (red/orange) ही हम तक पहुंच paati है, जिससे Sun reddish दिखता है।
(b)(iii) Red danger signals: Red light की wavelength visible range में longest होती है, इसलिए Rayleigh's law के according ये sabse कम scatter होती है। ये fog, dust और mist के through बिना scatter हुए sabse दूर तक jaa सकती है, जिससे danger signals दूर से भी clearly visible होते हैं।
☑ What You Can Now Do:☑ What You Can Now Do (अब आप क्या कर सकते हैं):
Label the parts of the human eye and explain how each part helps in vision.मानव नेत्र (Human eye) के parts को label कर सकते हैं और उनके function को explain कर सकते हैं।
Explain the power of accommodation and why we can't focus objects closer than 25 cm.Power of accommodation को explain कर सकते हैं और ये बता सकते हैं की 25 cm से पास focus क्यों नहीं होता।
Identify myopia, hypermetropia, and presbyopia — their causes, effects, and corrective lenses.Myopia, hypermetropia और presbyopia के causes, effects और corrective lenses को identify कर सकते हैं।
Calculate the power of a corrective lens given the far point or near point.Far point या near point दिए होने पर corrective lens की power calculate कर सकते हैं।
Trace a light ray through a prism and identify angle of incidence, emergence, and deviation.Prism से refraction trace कर सकते हैं और angle of incidence, emergence, deviation को label कर सकते हैं।
Explain dispersion, name all 7 VIBGYOR colours, and describe Newton's recombination experiment.Dispersion को explain कर सकते हैं, सातों रंगों के नाम और Newton का recombination experiment बता सकते हैं।
Explain why stars twinkle, planets don't, and why the sun is visible before actual sunrise.Stars के twinkling, planets के steady light और advance sunrise के reasons explain कर सकते हैं।
Use Rayleigh's law (scattering ∝ 1/λ4) to explain blue sky, red sunset, white clouds, and red danger signals.Rayleigh's law ($1/\lambda^4$) के through blue sky, reddish sunset, white clouds, और red danger signals को explain कर सकते हैं।
