2021 A/L Physics Past Paper · Question 29 (Tamil Medium)

Answer: (1) (A) மாத்திரம் உண்மையானது.

வினா என்ன கேட்கிறது

எமக்குத் தெரிந்தவை:

ஒரே உலோகம் மூன்று வகை ஒளிகளால், ஒன்றன் பின் ஒன்றாக, ஒளிர்த்தப்படுகிறது: நீலம், சிவப்பு, மஞ்சள். ஒவ்வொரு ஒளிக்கும் ஒரே ஒரு நிறம் மட்டும் (ஒருநிற ஒளி).

ஒவ்வோர் எழுத்தும் எதைக் குறிக்கிறது:

$f$ ($\text{Hz}$): ஒளியின் மீடிறன்.

$f_0$ ($\text{Hz}$): உலோகத்தின் நுழைவாய் மீடிறன், இலத்திரன்களை வெளியேற்றக்கூடிய மிகச் சிறிய மீடிறன்.

$\lambda$ ("லம்டா", $\text{m}$): ஒளியின் அலைநீளம்.

$c$ ($\text{m s}^{-1}$): ஒளியின் கதி, எல்லா நிறங்களுக்கும் ஒன்றே.

$f_R$, $f_Y$, $f_B$ ($\text{Hz}$): சிவப்பு, மஞ்சள், நீல ஒளிகளின் மீடிறன்கள்.

(A), (B), (C) ஆகிய கூற்றுகளில் எப்போதும் உண்மையானவை எவை எனக் காண்க.

திட்டம்: மூன்று நிறங்களையும் மீடிறனின் ஒழுங்கில் வைக்க. பின்னர் நுழைவாய் மீடிறனுக்கான விதியைக் கொண்டு ஒவ்வொரு கூற்றையும் சோதிக்க.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

படும் ஒளியின் மீடிறனானது நுழைவாய் மீடிறன் (threshold frequency) எனப்படும் ஒரு குறித்த இழிவுப்பெறுமானத்திலும் அதிகரித்தால் மாத்திரமே ஒளிக்காலல் நிகழும்.

அலைநீளங்கள் $380\text{nm}$ (ஊதா) இலிருந்து $760\text{ nm}$ (சிவப்பு) வரையிருக்கும். அவ் வீச்சத்திலுள்ள நிறத்தொடரான சிவப்பு, செம்மஞ்சல், மஞ்சள், பச்சை, நீலம், கருநீலம், ஊதாக்கள் அடங்கும்.

வெற்றிடத்தில் அல்லது சுயாதீனவெளியில் அலை ஒளியின் கதியான $3 \times 10^8\text{ ms}^{-1}$ உடன் முன்னேறும்.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

முதலில் நிறங்களின் ஒழுங்கு. ஒவ்வொரு நிறமும் ஒரே கதி $c$ இல் செல்கிறது. கதி என்பது மீடிறன் பெருக்கல் அலைநீளம்:

$$c = f\lambda$$

இது சொல்வது: $c$ மாறாவிட்டால் குறுகிய அலைநீளத்துக்கு உயர்ந்த மீடிறன் இருக்க வேண்டும்.

சிவப்புக்கு மிக நீண்ட அலைநீளம், ஏறத்தாழ $760\ \text{nm}$. மஞ்சள் அதை விடக் குறுகியது. நீலம் இன்னும் குறுகியது.

எனவே மீடிறன்கள் மறு திசையில்:

$$f_R < f_Y < f_B$$

இது சொல்வது: சிவப்புக்கு மிகக் குறைந்த மீடிறன், நீலத்துக்கு மிக உயர்ந்தது.

இப்போது விதி. சுவரில் உள்ள ஒரு கோட்டை விட உயரமான சிறுவர்களை மட்டும் அனுமதிக்கும் ஒரு விளையாட்டுச் சவாரியை நினையுங்கள். அந்தக் கோடு $f_0$.

உயரம் குறைந்த சிறுவன் உள்ளே சென்றால், அவனை விட உயரமான சிறுவனும் நிச்சயம் செல்வான். ஆனால் உயரமான சிறுவன் சென்றால், உயரம் குறைந்தவன் இன்னும் குறைவாக இருக்கலாம்.

ஒளியும் அப்படியே. குறைந்த மீடிறன் $f_0$ ஐ விடக் கூடியதாயின், அதை விட உயர்ந்த எல்லா மீடிறன்களும் கூடியவையே. உயர்ந்த மீடிறன் வேலை செய்வது குறைந்த மீடிறன் பற்றி உறுதியாக எதையும் சொல்லாது.

காரணம் / கணக்கீடு

சிவப்பு ஒளி ஒளியிலத்திரன்களை வெளியேற்றினால், நீல ஒளியும் ஒளியிலத்திரன்களை வெளியேற்றுதல் வேண்டும்.

சிவப்பு வேலை செய்கிறது, எனவே $f_R > f_0$. நீலத்துக்கு இன்னும் உயர்ந்த மீடிறன், எனவே $f_B > f_0$. நீலம் இலத்திரன்களை வெளியேற்றியே தீரும்.

A

மஞ்சள் ஒளி ஒளியிலத்திரன்களை வெளியேற்றினால், சிவப்பு ஒளியும் ஒளியிலத்திரன்களை வெளியேற்றுதல் வேண்டும்.

மஞ்சள் வேலை செய்கிறது, எனவே $f_Y > f_0$. ஆனால் சிவப்புக்கு மஞ்சளை விடக் குறைந்த மீடிறன். அது $f_0$ இற்குக் கீழே இருக்கலாம். சிவப்பு இலத்திரன்களை வெளியேற்ற வேண்டியதில்லை.

B

நீல ஒளி ஒளியிலத்திரன்களை வெளியேற்றினால், சிவப்பு ஒளியும் ஒளியிலத்திரன்களை வெளியேற்றுதல் வேண்டும்.

நீலம் வேலை செய்கிறது, எனவே $f_B > f_0$. சிவப்புக்கு மிகக் குறைந்த மீடிறன். அது $f_0$ இற்குக் கீழே இருக்கலாம். சிவப்பு இலத்திரன்களை வெளியேற்ற வேண்டியதில்லை.

C

(A) மட்டுமே குறைந்த மீடிறனிலிருந்து உயர்ந்த மீடிறனுக்கு மேலே செல்கிறது. எனவே (A) மட்டுமே உறுதியானது.

(B), (C) மிகக் குறைந்த மீடிறனுள்ள சிவப்புக்குக் கீழே செல்கின்றன. எனவே அவை உறுதியில்லை. விடை (1).

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

சிவப்புக்கு மஞ்சளை விடக் குறைந்த மீடிறன். எனவே (B) உறுதியில்லை. (A) உண்மை.

(B) மஞ்சளிலிருந்து குறைந்த மீடிறனுள்ள சிவப்புக்குக் கீழே செல்கிறது. அது உறுதியில்லை.

(B), (C) இரண்டும் சிவப்புக்குக் கீழே செல்கின்றன. சிவப்பு நுழைவாய் மீடிறனுக்குக் கீழே இருக்கலாம்.

நுழைவாய் மீடிறனுக்குக் கீழே உள்ள நிறம் இலத்திரன்களை வெளியேற்றாது. எனவே (B), (C) உறுதியில்லை.

முடிவு

பொருத்தமானதா?

உலோகத்தின் $f_0$ சிவப்பை விட உயர்வாயின், மிகப் பிரகாசமான சிவப்பு விளக்கும் எதையும் வெளியேற்றாது. பிரகாசம் உதவாது. மீடிறன் மட்டுமே முக்கியம்.

எனவே இங்கு சிவப்பே "வலிமை குறைந்த" நிறம். உயர்ந்த மீடிறனில் முடியும் கூற்று மட்டுமே உறுதியாக இருக்க முடியும்.

மீடிறனில் சிவப்பு மிகக் குறைவு, பின்னர் மஞ்சள், பின்னர் நீலம். $f > f_0$ ஆகும்போது மட்டுமே இலத்திரன்கள் வெளியேறும்.

சிவப்பு வேலை செய்தால் நீலம் நிச்சயம் வேலை செய்யும், எனவே (A) உண்மை. மஞ்சளோ நீலமோ வேலை செய்வதால் சிவப்பு வேலை செய்யும் என்பதில்லை, எனவே (B), (C) பொய். விடை (1).

"இந்த நிறம் வேலை செய்தால் அந்த நிறமும் வேலை செய்யும்" என்ற ஒளிமின் வினாக்களில் முதலில் நிறங்களை மீடிறனின் ஒழுங்கில் வைக்க.

மீடிறனில் மேலே செல்வது எப்போதும் பாதுகாப்பானது. கீழே செல்வது ஒருபோதும் உறுதியில்லை.

பரீட்சைக் குறிப்பு