📚 Topic: Optics — Reflection, Refraction, Mirrors and Lenses / ஒளியியல் — பிரதிபலிப்பு, ஒளிவிலகல், கண்ணாடிகள் மற்றும் லென்ஸ்கள்
🎯 Key Points / முக்கிய குறிப்புகள்
1. Reflection is the bouncing back of light when it hits a smooth surface. / பிரதிபலிப்பு என்பது ஒளி ஒரு மென்மையான பரப்பில் மோதி திரும்பி வருவதாகும்.
2. Law of reflection: angle of incidence = angle of reflection, and both rays lie in the same plane as the normal. / பிரதிபலிப்பு விதி: படு கோணம் = பிரதிபலிப்பு கோணம், மேலும் இரு கதிர்களும் செங்குத்துக்கோட்டுடன் ஒரே தளத்தில் இருக்கும்.
3. Mirrors are of three types: plane, concave (converging) and convex (diverging). / கண்ணாடிகள் மூன்று வகை: தட்டையான, குழிவான (குவியும்), குவிந்த (பரவும்).
4. Concave mirrors form real or virtual images depending on object position; convex mirrors always form virtual, diminished, erect images. / குழி கண்ணாடிகள் பொருளின் இடத்தைப் பொறுத்து மெய்/மாயப் பிம்பம் தரும்; குவி கண்ணாடிகள் எப்போதும் மாய, சிறிய, நிமிர்ந்த பிம்பத்தையே தரும்.
5. Mirror formula: 1/v + 1/u = 1/f, where u = object distance, v = image distance, f = focal length. / கண்ணாடி சூத்திரம்: 1/v + 1/u = 1/f.
6. Refraction is the bending of light when it passes from one transparent medium to another due to a change in speed. / ஒளிவிலகல் என்பது ஒளி ஒரு ஊடகத்திலிருந்து மற்றொரு ஊடகத்திற்குச் செல்லும்போது வேகம் மாறுவதால் திசை மாறுவதாகும்.
7. Snell’s Law: n1 sinθ1 = n2 sinθ2. / ஸ்நெல் விதி: n1 sinθ1 = n2 sinθ2.
8. Refractive index n = speed of light in vacuum / speed of light in medium (c/v). / ஒளிவிலகல் எண் n = வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் / ஊடகத்தில் ஒளியின் வேகம்.
9. Lenses are of two types: convex (converging, thick at middle) and concave (diverging, thin at middle). / லென்ஸ்கள் இரு வகை: குவி லென்ஸ் (நடுவில் தடிமன்), குழி லென்ஸ் (நடுவில் மெலிதானது).
10. Lens formula: 1/v − 1/u = 1/f. Power of lens P = 1/f (metres), unit is Dioptre (D). / லென்ஸ் சூத்திரம்: 1/v − 1/u = 1/f. லென்ஸின் திறன் P = 1/f, அலகு டையாப்டர்.
11. Myopia (short-sightedness) is corrected using a concave lens; Hypermetropia (long-sightedness) is corrected using a convex lens. / மயோபியா (கிட்டப்பார்வை) குழி லென்ஸால் சரிசெய்யப்படும்; ஹைப்பர்மெட்ரோபியா (தூரப்பார்வை) குவி லென்ஸால் சரிசெய்யப்படும்.
12. Total Internal Reflection occurs when light travels from a denser to a rarer medium at an angle greater than the critical angle. / அடர்த்தியான ஊடகத்திலிருந்து குறைந்த அடர்த்தியுள்ள ஊடகத்திற்கு, விமர்சனக் கோணத்தை விட அதிக கோணத்தில் ஒளி சென்றால் முழு உள் பிரதிபலிப்பு ஏற்படும்.
13. Optical fibres, mirages, and the sparkle of diamonds work on the principle of total internal reflection. / ஆப்டிகல் ஃபைபர், கானல்நீர், வைரத்தின் பிரகாசம் ஆகியவை முழு உள் பிரதிபலிப்பு கொள்கையில் இயங்குகின்றன.
14. Dispersion of white light through a prism produces the VIBGYOR spectrum. / மென்குழாய் (ப்ரிசம்) வழியாக வெள்ளை ஒளி விலகும்போது VIBGYOR நிறமாலை உருவாகிறது.
15. The blue colour of the sky is due to scattering of shorter wavelengths of sunlight (Rayleigh scattering). / வானத்தின் நீல நிறம் குறுகிய அலைநீள ஒளி சிதறுவதால் (ரேலீ சிதறல்) ஏற்படுகிறது.
📖 Detailed Notes / விரிவான குறிப்புகள்
Optics is a scoring area in the TNPSC General Science section because it is largely conceptual, SSLC-level, and repeats across Group 1, 2 and 4 papers. This section covers reflection, refraction, mirrors, lenses, the human eye and related natural phenomena in depth.
Reflection of Light: When light falls on a smooth, polished surface, it bounces back into the same medium — this is reflection. The ray of light that falls on the surface is called the incident ray, and the ray that bounces back is the reflected ray. The line drawn perpendicular to the surface at the point of incidence is called the normal. The law of reflection states that the angle of incidence always equals the angle of reflection, and the incident ray, reflected ray and normal all lie in the same plane. A plane mirror always forms a virtual, erect, laterally inverted image of the same size as the object, located as far behind the mirror as the object is in front of it.
Spherical Mirrors: A concave mirror is curved inward like the inside of a spoon and converges parallel rays of light to a focal point; it is used in shaving/makeup mirrors, torches, headlights, solar cookers, reflecting telescopes and dentist’s mirrors. Depending on where the object is placed relative to the focus (F) and centre of curvature (C), a concave mirror can form a real, inverted image (diminished, same size, or magnified) or a virtual, erect, magnified image when the object is placed between the pole and focus. A convex mirror bulges outward and diverges parallel rays; it always produces a virtual, erect, diminished image regardless of object distance, giving a wider field of view — this is why it is used as vehicle rear-view mirrors and in shop security mirrors. The mirror formula relating object distance (u), image distance (v) and focal length (f) is 1/v + 1/u = 1/f, and the relationship between focal length and radius of curvature is f = R/2.
Refraction of Light: When light passes obliquely from one transparent medium into another of different optical density, its speed changes, causing it to bend at the interface — this bending is refraction. Light bends towards the normal when entering a denser medium and away from the normal when entering a rarer medium. Snell’s Law governs this: n1 sinθ1 = n2 sinθ2. The refractive index of a medium is the ratio of the speed of light in vacuum to its speed in that medium (n = c/v); a higher refractive index means light slows down and bends more. A classic exam example is a pencil appearing bent when dipped in a glass of water, and the apparent shift of coins seen through water.
Lenses: A lens is a piece of transparent material bound by two curved surfaces (or one curved, one flat). A convex (converging) lens is thicker in the middle and bends parallel rays to meet at a focal point on the other side; it can form real, inverted images (used in cameras, projectors, magnifying glasses when object is within focal length, and to correct hypermetropia). A concave (diverging) lens is thinner in the middle, spreads out parallel rays, and always forms a virtual, erect, diminished image; it is used to correct myopia. The lens formula is 1/v − 1/u = 1/f, and the power of a lens is P = 1/f (with f measured in metres), expressed in Dioptres (D). A convex lens has positive power; a concave lens has negative power.
The Human Eye and Defects of Vision: The human eye focuses light through the cornea and the crystalline lens onto the retina, forming a real, inverted image that the brain interprets as upright. Myopia (near-sightedness) occurs when the eyeball is too long or the lens too curved, focusing the image in front of the retina — corrected with a concave (diverging) lens. Hypermetropia (far-sightedness) occurs when the image focuses behind the retina — corrected with a convex (converging) lens. Presbyopia, an age-related loss of near-focusing ability, is corrected with bifocal lenses. Astigmatism, caused by an irregularly curved cornea, is corrected with cylindrical lenses.
Total Internal Reflection (TIR): When light travels from a denser medium to a rarer medium and the angle of incidence exceeds a critical angle, the light is completely reflected back into the denser medium instead of refracting out. This principle explains the working of optical fibres (used in telecommunications and medical endoscopy), the brilliance/sparkle of cut diamonds, and the mirage effect seen on hot roads.
Dispersion and Scattering: When white light passes through a glass prism, each constituent colour (Violet, Indigo, Blue, Green, Yellow, Orange, Red — VIBGYOR) bends by a different amount because each wavelength travels at a slightly different speed in glass, producing a spectrum. A rainbow is formed by dispersion, refraction and total internal reflection of sunlight inside raindrops. Scattering of light by atmospheric particles explains why the sky appears blue (shorter blue wavelengths scatter more — Rayleigh scattering) and why the sun appears reddish at sunrise and sunset (light travels a longer path through the atmosphere, scattering out blue and leaving red/orange). Atmospheric refraction causes the twinkling of stars and the apparent flattening of the sun near the horizon.
Current affairs connection: Optical instruments remain relevant in current affairs — ISRO’s Aditya-L1 mission carries the Visible Emission Line Coronagraph (VELC), an optical telescope studying the Sun’s corona, and India’s space and defence programmes increasingly use fibre-optic and laser-based optical systems, both frequently referenced in TNPSC current affairs questions.
📖 தமிழில் விரிவான குறிப்புகள் (Detailed Notes in Tamil)
ஒளியியல் பகுதி TNPSC பொது அறிவியல் தேர்வில் மதிப்பெண் தேட எளிதான பகுதியாகும். ஏனெனில் இது பெரும்பாலும் கருத்தியல் அடிப்படையிலானது, SSLC நிலை என்பதோடு Group 1, 2, 4 தேர்வுகளில் மீண்டும் மீண்டும் கேட்கப்படுகிறது.
ஒளியின் பிரதிபலிப்பு: ஒளி ஒரு மென்மையான, பளபளப்பான பரப்பில் விழும்போது, அது அதே ஊடகத்திற்குள் திரும்பி வருகிறது — இதைப் பிரதிபலிப்பு என்கிறோம். பரப்பில் விழும் கதிர் படுகதிர் எனவும், திரும்பி வரும் கதிர் பிரதிபலிப்புக் கதிர் எனவும் அழைக்கப்படும். படுபுள்ளியில் பரப்புக்குச் செங்குத்தாக வரையப்படும் கோடு செங்குத்துக்கோடு எனப்படும். பிரதிபலிப்பு விதிப்படி, படு கோணம் எப்போதும் பிரதிபலிப்பு கோணத்திற்குச் சமமாக இருக்கும்; படுகதிர், பிரதிபலிப்புக் கதிர், செங்குத்துக்கோடு ஆகிய மூன்றும் ஒரே தளத்தில் அமையும். ஒரு தட்டையான கண்ணாடி எப்போதும் பொருளின் அளவிற்குச் சமமான, நிமிர்ந்த, பக்கவாட்டில் மாறிய மாயப் பிம்பத்தையே தரும்.
கோள கண்ணாடிகள்: குழி கண்ணாடி ஒரு கரண்டியின் உட்பகுதி போல் உள்நோக்கி வளைந்திருக்கும்; இது இணையான ஒளிக்கதிர்களை ஒரு குவியப்புள்ளியில் குவிக்கும். இது ஷேவிங் கண்ணாடிகள், டார்ச் லைட், வாகன ஹெட்லைட், சூரிய அடுப்புகள், பிரதிபலிப்பு தொலைநோக்கிகள், பல் மருத்துவர் கண்ணாடி ஆகியவற்றில் பயன்படுகிறது. பொருள் வைக்கப்படும் இடத்தைப் பொறுத்து குழி கண்ணாடி மெய், தலைகீழான பிம்பத்தையோ (சிறிய, சமமான அல்லது பெரிதாக்கப்பட்ட) அல்லது பொருள் குவியத்திற்கும் முனைவுக்கும் இடையில் இருக்கும்போது மாய, நிமிர்ந்த, பெரிதாக்கப்பட்ட பிம்பத்தையோ தரும். குவி கண்ணாடி வெளிநோக்கி உப்பியிருக்கும்; இது இணையான கதிர்களைப் பரப்பும். பொருள் எந்த தூரத்தில் இருந்தாலும் எப்போதும் மாய, நிமிர்ந்த, சிறிய பிம்பத்தையே தரும் என்பதால், அது அதிக பார்வைப் பரப்பைத் தருகிறது — இதனால் இது வாகன பின்பார்வைக் கண்ணாடிகளிலும், கடை பாதுகாப்புக் கண்ணாடிகளிலும் பயன்படுகிறது. கண்ணாடி சூத்திரம்: 1/v + 1/u = 1/f. குவியத் தொலைவும் வளைவு ஆரமும் தொடர்பு: f = R/2.
ஒளியின் விலகல்: ஒளி ஒரு ஒளியியல் அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திலிருந்து வேறு அடர்த்தி கொண்ட ஊடகத்திற்குச் சாய்வாகச் செல்லும்போது, அதன் வேகம் மாறுவதால் அது இடைமுகத்தில் வளைகிறது — இதுவே ஒளிவிலகல். அடர்த்தியான ஊடகத்திற்குள் நுழையும்போது ஒளி செங்குத்துக்கோட்டை நோக்கி வளையும்; குறைந்த அடர்த்தியுள்ள ஊடகத்திற்குள் நுழையும்போது செங்குத்துக்கோட்டிலிருந்து விலகி வளையும். இதை ஸ்நெல் விதி விளக்குகிறது: n1 sinθ1 = n2 sinθ2. ஒரு ஊடகத்தின் ஒளிவிலகல் எண் என்பது வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகத்திற்கும் அந்த ஊடகத்தில் ஒளியின் வேகத்திற்கும் உள்ள விகிதமாகும் (n = c/v). தண்ணீர் நிரப்பிய கண்ணாடி கிளாஸில் பென்சில் வளைந்து தெரிவது, தண்ணீருக்கு அடியில் உள்ள நாணயத்தின் இடம் மாறியது போல் தோன்றுவது ஆகியவை பொதுவான தேர்வு உதாரணங்கள்.
லென்ஸ்கள்: லென்ஸ் என்பது இரு வளைந்த பரப்புகளால் (அல்லது ஒரு வளைந்த, ஒரு தட்டையான பரப்பால்) சூழப்பட்ட ஒளிஊடுருவும் பொருள். குவி லென்ஸ் நடுவில் தடிமனாக இருக்கும்; இது இணையான கதிர்களை மறுபுறம் ஒரு குவியப்புள்ளியில் சந்திக்கச் செய்யும். இது மெய், தலைகீழான பிம்பங்களைத் தரும் (கேமரா, ப்ரொஜெக்டர், பெரிதாக்கும் கண்ணாடி, ஹைப்பர்மெட்ரோபியா சரிசெய்தலில் பயன்படும்). குழி லென்ஸ் நடுவில் மெலிதாக இருக்கும், இணையான கதிர்களைப் பரப்பும், எப்போதும் மாய, நிமிர்ந்த, சிறிய பிம்பத்தையே தரும்; இது மயோபியா சரிசெய்தலில் பயன்படுகிறது. லென்ஸ் சூத்திரம்: 1/v − 1/u = 1/f. லென்ஸின் திறன் P = 1/f (மீட்டரில் f), அலகு டையாப்டர் (D). குவி லென்ஸுக்கு நேர் திறன்; குழி லென்ஸுக்கு எதிர் திறன்.
மனித கண் மற்றும் பார்வைக் குறைபாடுகள்: மனிதக் கண் கார்னியா மற்றும் லென்ஸ் வழியாக ஒளியை ரெட்டினாவில் குவித்து, மெய், தலைகீழான பிம்பத்தை உருவாக்குகிறது; மூளை அதை நிமிர்ந்ததாக விளக்குகிறது. மயோபியா (கிட்டப்பார்வை) — கண்ணின் நீளம் அதிகமாகவோ லென்ஸ் அதிக வளைவுடனோ இருப்பதால், பிம்பம் ரெட்டினாவுக்கு முன் குவியும்; குழி லென்ஸால் சரிசெய்யப்படும். ஹைப்பர்மெட்ரோபியா (தூரப்பார்வை) — பிம்பம் ரெட்டினாவுக்குப் பின் குவியும்; குவி லென்ஸால் சரிசெய்யப்படும். பிரெஸ்பயோபியா — வயதானதால் ஏற்படும் நெருக்கப் பார்வைக் குறைபாடு, பை-ஃபோகல் லென்ஸால் சரிசெய்யப்படும். ஆஸ்டிக்மேடிசம் — ஒழுங்கற்ற கார்னியா வளைவால் ஏற்படும், உருளை லென்ஸால் சரிசெய்யப்படும்.
முழு உள் பிரதிபலிப்பு: ஒளி அடர்த்தியான ஊடகத்திலிருந்து குறைந்த அடர்த்தியுள்ள ஊடகத்திற்குச் செல்லும்போது, படுகோணம் விமர்சனக் கோணத்தை மீறினால், ஒளி வெளியேறாமல் முழுவதுமாக பிரதிபலிக்கும். இக்கொள்கையே ஆப்டிகல் ஃபைபர் (தொலைத்தொடர்பு, மருத்துவ எண்டோஸ்கோபியில் பயன்படும்), வெட்டப்பட்ட வைரங்களின் பிரகாசம், சூடான சாலைகளில் தோன்றும் கானல்நீர் ஆகியவற்றை விளக்குகிறது.
ஒளிச் சிதறல் மற்றும் நிறப்பிரிகை: வெள்ளை ஒளி ஒரு கண்ணாடி மென்குழாய் வழியாகச் செல்லும்போது, ஒவ்வொரு நிறமும் (VIBGYOR) வெவ்வேறு அளவில் வளைகிறது, ஏனெனில் ஒவ்வொரு அலைநீளமும் கண்ணாடியில் சற்று வேறுபட்ட வேகத்தில் பயணிக்கிறது — இதனால் நிறமாலை உருவாகிறது. மழைத்துளிகளுக்குள் சூரிய ஒளி சிதறல், விலகல், முழு உள் பிரதிபலிப்பு அடைவதால் வானவில் உருவாகிறது. வளிமண்டல துகள்களால் ஒளி சிதறுவதால் வானம் நீல நிறமாகத் தோன்றுகிறது (குறுகிய நீல அலைநீளங்கள் அதிகம் சிதறுகின்றன); சூரிய உதயம்/அஸ்தமனத்தில் சூரியன் சிவப்பாகத் தோன்றுவதற்கும் இதுவே காரணம். வளிமண்டல ஒளிவிலகல் நட்சத்திரங்கள் மின்னுவது போல் தோன்றுவதற்கும் காரணமாகிறது.
நடப்பு நிகழ்வு தொடர்பு: இஸ்ரோவின் ஆதித்யா-எல்1 திட்டத்தில் பயன்படுத்தப்படும் VELC (Visible Emission Line Coronagraph) ஒரு ஆப்டிகல் தொலைநோக்கியாகும், இது சூரியனின் கொரோனாவை ஆய்வு செய்கிறது — இது TNPSC நடப்பு நிகழ்வு வினாக்களில் அடிக்கடி இடம்பெறும் தலைப்பு.
❓ Practice MCQs / பயிற்சி வினாக்கள்
1. Which mirror is used in vehicle rear-view mirrors? / வாகன பின்பார்வைக் கண்ணாடியில் எந்த கண்ணாடி பயன்படுத்தப்படுகிறது?
(a) Concave / குழி (b) Convex / குவி (c) Plane / தட்டையான (d) Cylindrical / உருளை
2. The mirror formula is / கண்ணாடி சூத்திரம்:
(a) 1/v − 1/u = 1/f (b) 1/v + 1/u = 1/f (c) v + u = f (d) v/u = f
3. Myopia is corrected using / மயோபியா எதன் மூலம் சரிசெய்யப்படுகிறது?
(a) Convex lens / குவி லென்ஸ் (b) Concave lens / குழி லென்ஸ் (c) Plane mirror / தட்டையான கண்ணாடி (d) Prism / மென்குழாய்
4. Optical fibres work on the principle of / ஆப்டிகல் ஃபைபர் எந்தக் கொள்கையில் இயங்குகிறது?
(a) Dispersion / சிதறல் (b) Total Internal Reflection / முழு உள் பிரதிபலிப்பு (c) Diffraction / விளிம்பு விலகல் (d) Polarisation / முனைவாக்கம்
5. The blue colour of the sky is due to / வானம் நீல நிறமாகத் தோன்றுவதற்குக் காரணம்:
(a) Absorption / உட்கவர்தல் (b) Total Internal Reflection / முழு உள் பிரதிபலிப்பு (c) Scattering of light / ஒளி சிதறல் (d) Refraction only / ஒளிவிலகல் மட்டும்
Answers / விடைகள்: 1-(b), 2-(b), 3-(b), 4-(b), 5-(c)
💡 Memory Tips / நினைவாற்றல் குறிப்புகள்
1. “CONcave = CONverges & CONvex = COuNts wide view” — Concave mirrors converge light; convex mirrors give a wide field of view. / குழி = குவியும்; குவி (convex) = அகல பார்வை.
2. VIBGYOR — remember the spectrum order using “Very Important Bird Gives Yellow Orange Rings”. / VIBGYOR நிறங்களை நினைவில் வைக்க “Very Important Bird Gives Yellow Orange Rings” எனும் வாக்கியத்தைப் பயன்படுத்தவும்.
3. Myopia = “M” for “Minus/Minified near” → needs concave (diverging, negative power) lens. Hypermetropia = “H” for “High/far” → needs convex (positive power) lens. / மயோபியா = குழி லென்ஸ் (எதிர் திறன்); ஹைப்பர்மெட்ரோபியா = குவி லென்ஸ் (நேர் திறன்).
4. Snell’s Law order: “n1 sinθ1 = n2 sinθ2” — remember it like a balancing equation, both sides equal in one line. / ஸ்நெல் விதியை ஒரு சமன்பாடு போல் நினைவில் வைக்கவும்.
5. Sunset red, sky blue — “Short wavelength scatters most” (blue scatters in the sky; only long-wavelength red survives the longer path at sunset). / குறுகிய அலைநீளம் அதிகம் சிதறும் — வானம் நீலம், அஸ்தமனம் சிவப்பு.
🔗 Previous Year Questions / முந்தைய ஆண்டு வினாக்கள்
1. TNPSC Group 4 exams have repeatedly asked: “The image formed by a plane mirror is always _____ (virtual, erect, same size).” / தட்டையான கண்ணாடியில் உருவாகும் பிம்பம் எப்போதும் மாய, நிமிர்ந்த, சமமான அளவு உடையது என்ற வகை வினா தொடர்ந்து கேட்கப்பட்டுள்ளது.
2. TNPSC Group 2/4 General Science papers have included questions on “the working principle of optical fibre communication” and “the mirror used in solar cookers and headlights (concave mirror).”
3. Questions on “why the sky is blue” and “why the sun appears red at sunrise/sunset” (scattering of light) have appeared in TNPSC General Science sections in past combined civil services exams.
