Оптика атомдык Жане ядролык физика

1. Шағылу заңы.

Жарықтың шағылу және сыну заңдарын алғаш рет Христиан Гюйгенс ұсынған.

Оның принципі бойынша екі ортаның шекара бетінен шағылған сәуленің бағынатын заңын қорытып шығарған.

Түскен сәуле мен шағылған сәуле, сәуленің түсу нүктесінен шағылдырушы бетке тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.

Шағылу бұрышы түсу бұрышына тең болады.

α – түсу бұрышы, β – шағылу бұрышы.

3. Сыну заңы.

Сыну құбылысы қалай болады. Егер стаканға су құйып, оған қарандаш салып, бүйіріне қарасақ, бір бөлігі әрігерек жылжып кететін сияқты. Сұрақ, бұл неліктен олай болады?

Жарық бір ортадан екінші ортаға өткенде оның жылдамдығына байланысты: с װ γ

α – түсу бұрышы γ – сыну бұрышы

Екі ортаны бөлетін шекара арқылы өткенде таралу бағытының өзгеруі жарықтың сынуы деп атайды.

n-тұрақты шама, сыну көрсеткіші

с- ауадағы жарық жылдамдығы

v-әр ортадағы жарық жылдамдығы.

n=с/v n=Sinα/Sinγ

Линза дегеніміз екі сфералық беттермен шектелген (кейбір жағ­дайда цилиндрлік беттермен шектелген) сыну көрсеткіші n –ге тең оптикалық мөлдір дене. Екі беттің қисықтық центрінен өтетін түзу сы­зық линзаның бас оптикалық осі деп аталады.

Геометриялық оптика әдістері арқылы линзаның негізгі оп­ти­калық сипаттамаларын анықтауға болады. Мысал ретінде, лин­за­ны шектейтін беттердің ара қашықтығы олардың диаметрімен са­лыстырғанда өте аз жұқа линзаларды қарастырайық. 1.3-су­рет­те жұқа дөңес-ойыс линза (мениск) көрсетілген. Мұнда R₁ – ал­дыңғы, R₂ -артқы беттердің оң таңбамен алынған радиустарі.

1.3-сурет

2. Жарықтың интерференциясы[өңдеу]

Фазалар ығысуы тұрақты және жиіліктері бірдей толкындардың қосылуы жарық толқындарының өзара әрекеттесуіндегі көңіл аударатын жағдай. Мұнда кеңістіктің кейбір нүктелерінде толқындардың қабаттасуынан бір-бірін күшейтетін, ал басқа бір нүктелерінде керісінше бір-бірін әлсірететін интерференция құбылысы байқалады. Экранда күңгірт және ашық жолақтар кезектесіп орналасады. Бұл интерференция құбылысы. Жарықтың интерференциясы механикалық толқындардың интерференциясы сияқты өтеді. Жарықтың минимум (әлсіреу) және максимум (күшею) шарттары (4.10) және (4.11) формулаларымен анықталады. Сонымен қатар жарық толқындары интерференциясының кейбір ерекшеліктері бар. Егер екі жарық көзінен бірдей жиілікті синусоидалық жарық толқындары шығарылса, онда олар кездескен жерде интерференция көрінісі пайда болады. Бірақ осы көріністі бір-біріне қатысы жоқ бірдей жарық шығаратын екі жарық көзінен шық қан толқындар арқылы алу мүмкін емес. Жарық толқындарының интерференция құбылысы жоқ деген қорытындыға келгендей боламыз.

Интерференция құбылысын 1675 жылы Томас Юнг Ньютон, одан кейін Юнг және Френель байқаған. Мұны қалай түсіндіруге болады? Шын мәнінде, мәселе толқынның цугінде екен. Дененің әр түрлі атомдары бір-біріне байланыссыз жарық шығарады. Сондықтан олардың жиіліктерінің бірдей болуына қарамастан, әр цугтің фазасы әр түрлі. Ал бұл жарықтың фазасы ретсіз өзгеретін электромагниттік толқын екенін көрсетеді. Сонда екі толқынды бір-біріне қосқанда пайда болған қорытқы толқынның берілген нүктедегі амплитудасы да кездейсоқ түрде бір секундта миллион есе (максимум немесе минимум болып) өзгеріп отырады.

Жарық түскен бет біздің көзімізге біркелкі жарық түскен беттей болып көрінеді. Сондықтан жарық толқынының интерференциясы тек когерентті толқындар қабаттасқанда ғана пайда болады.

Юнг әдісі[

4.10-сурет

Ағылшын физигі Томас Юнг жарық толқындарының кеңістіктік когеренттігін алды. Ол S жарық көзінің алдына кішкентай саңылауы бар S₁ тосқауылды орналастырды. Жарық толқындары ол саңылаудан өтіп, бірдей фазамен бір уақытта екі кішкене S₂ және S₃ саңылауларға жетеді. Бұл саңылаулар бір-біріне жақын және жарық көзіне қатысты симметриялы орналастырылған (4.10-сурет).

Сондықтан S₂ және S₃ саңылаулары бір толқындық бетте жатыр деп есептеуге болады. Гюйгенс принципі бойынша толқындық беттің әрбір нүктесі екінші толқын көзі болып табылады.

Ньютон сақиналары[өңдеу]

Ньютон сақиналары жұқа қабыршақтардағы интерференцияның дербес түрі, ол жұқа қабыршақ қалыңдығының біркелкі өзгеретін жағдайында байқалады. 1675 жылы Ньютон астрономиялық рефрактордың дөңес объективі мен жазық шыны арасындағы жұқа ауа қабатының түсін бақылаған. Ньютон тәжірибесінде тығыз сығылған шыны мен объективтің арасындағы ауаның жұқа қабатының қалыңдығы шыны мен объективтің түйіскен жерінен объективтің сыртқы шетіне қарай біркелкі ұлғая бастайды. Қарапайым есептеу аркылы өткен жарықтың радиусын, мәселен, ақшыл сақинаның радиусын анықтауға болады:

мұндағы r — сақинаның радиусы, R — линза қисығының радиусы, d — жазық шынының бетінен линзаның жарық сынатын бетіне дейінгі арақашықтық

3. Дифракция (лат. dіfractus – сындырылған) – механикалық, дыбыс және жарық толқындарының өздерінің толқын ұзындығымен шамалас тосқауылды орап өтуі, сондай-ақ сұйықтық пен газ молекулаларының немесе кристалл, сұйықтық, т.б. микробөлшектерінің электрондар, нейтрондар.^[1]

Жарық дифракциясы — жарық толқындарының мөлшері сол толқындардың ұзындығымен қарайлас тосқауылды (тар саңылау, жіңішке сым, т.б.) орап өту құбылысы. Жарық дифракциясы болуы үшін, мұның үстіне, жарық түскен дененің айқын шекарасы болуы да тиіс. Дифракция жарыққа ғана тән емес, басқа да толқындық процестерде де байқалады (мысалы, [механикалық толқын|механикалық толқындардың жолында кездескен тосқауылды орап өтуі, т.б.). Жарық дифракциясы кезінде жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы, яғни геометриялық оптиканың негізгі заңдары бұзылады. Жарық толқындарының ұзындығы өте аз болғандықтан қалыпты жағдайда Жарық дифракциясы байқалмайды. Жарық дифракциясы — жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейтін негізгі құбылыстардың бірі. Бұл құбылысты 17 ғ-да италиялық физик және астроном Ф.Гримальди (1618 — 1663) ашты, ал оны француз физигі О.Френель (1788 — 1827) түсіндірді (1812). Френель Жарық дифракциясын екінші реттік толқындардың интерференциялану нәтижесі деп тұжырымдады. Жарық дифракциясының жуық теориясы Гюйгенс — Френель принципіне негізделген. Зоналар (аймақтар) әдісі деп аталатын бұл көрнекі әдіс бойынша толқындық бет ойша дөңгелек аймақтарға бөлінеді. Осы аймақтардан таралып бір-біріне қабаттасуы кезінде интерференцияланған элементар толқындардың амплитудалары мен фазалары есепке алынады. Нүктелік жарық көзінен шыққан жарық, күңгірт экранның кішкене дөңгелек саңылауынан немесе күңгірт дөңгелек экранның шетінен өткенде, концентрлі шеңбер тәрізді дифракциялық жолақтар пайда болды. Егер саңылаудан өткен аймақтар саны жұп болса, онда дифракциялық — толқын ұзындығы), ал параллель сәулелер дифракциясы: b шарттарын қанағаттандырады. Соңғы жағдайда саңылауға түскенlбейненің центрінде қараңғы дақ, ал тақ болса — жарық дақ көрінеді. Дифракциялық жолақтардың арасы жарықтың толқын ұзындығына байланысты анықталады. Жарық дифракциясының сфералық толқындар дифракциясы (Френель дифракциясы) және параллель сәулелер дифракциясы (Фраунгофер дифракциясы) деп аталатын екі түрі бар. Френель аймағының мөлшерімен шамалас сфералық толқындардың дифракциясы: (мұндағы b — саңылаудың мөлшері, — бақылау нүктесінің экраннан қашықтығы, параллель жарық сәулелер =0) мәндерінде болады. Жарық дифракциясы нәтижесінде ұзын толқынды сәулелер көбірек, қысқа толқынды сәулелер азырақ бұрылады, яғни күрделі жарық толқын ұзындықтары бойынша жіктеледі. Басқаша айтқанда, дифракциялық спектрлер пайда болады. Кейбір спектрлік приборлардың жұмыс істеу принципі осы құбылысқа негізделген. Жарық дифракциясының көмегімен оптикалық приборлардың (j=0 (яғни j/b (m =1, 2, 3,...). Жарықталынудың ең үлкен шамасы m=0 және sіnl=mj бұрышының өзгеруіне сәйкес болып экран бетінде өзгеріп отырады: sіnj/b) ажырайды. Тар саңылау арқылы өткен монохромат жарықтың параллель шоғы экранға түскенде, қарқындылығы тез кемитін, алма-кезек ауыса орналасқан жарық және қараңғы жолақтар пайда болады. Егер жарық саңылау жазықтығына перпендикуляр бағытта түссе, онда экрандағы жолақтар орталық жолаққа симметриялы болып орналасады (2-сурет). Ал экранның жарықталынуы l ~ jшоғы алшақтау бұрышымен (телескоптардың, микроскоптардың, т.б.) ажыратқыштық шамасы, сондай-ақ, лазер сәулесінің жинақтылығы анықталады

Дифракциялық тор[өңдеу]

Айқын да анық дифракциялық суретті алу және бақылау үшін дифракциялық торды пайдаланады. Дифракциялық тoр дегеніміз — жарық дифракциясы байқалатын тосқауылдар және саңылаулардың жиынтығы.

Дифракциялық торды реттелген дифракциялық тop және реттелмеген дифракциялық тop деп бөледі. Реттелген тор деп саңылаулары белгілі бір қатаң тәртіп бойынша орналаскан торларды, ал реттелмеген деп саңылаулары тәртіпсіз орналасқан торларды айтады. Геометриялық құрылысына қарай торларды жазық және кеңістіктік торлар деп те бөледі. Кеңістіктік реттелмеген торларға, мысалы, тұмандағы ауа тамшылары немесе мұз қиыршықтарының жиынтығы, көз кірпіктері жатады.

1. Жарықтың полярлануы, жарық поляризациясы — жарық толқынының электр және магнит өрістері кернеуліктері векторларының (Е және Н) жарық сәулесі жазықтығына перпендикуляр жазықтықта бағдарлануының реттелуі. Электр өрісі кернеулігі (Е) мен жарық сәулесі жататын жазықтық полярлану жазықтығы деп аталады. Жарықтың полярлынуы сызықтық жарықтың полярлынуы (Е өзінің тұрақты бағытын сақтайды), эллипстік Жарықтың полярлынуы (Е-нің ұшы жарық сәулесіне перпендикуляр жазықтықта эллипс сызады) және дөңгелек жарықтың полярлынуы (Е-нің ұшы шеңбер сызады) болып ажыратылады. Жарықтың полярлануын полярланған приборлар, поляроидтар, т.б. арқылы алуға болады. Жарықтың полярлануы зат құрылысының кейбір ерекшеліктерін түсіндіруге мүмкіндік береді. “ Жарықтың полярлануы ” ұғымын И.Ньютон енгізген (1704 — 06).

Малюс Заңы — анализатордан өткен сызықты поляризацияланған жарық қарқындылығының cos α-ге пропорционал азаятындығын өрнектейтін заң; мұндағы α — жарық поляризациясы жазықтығы мен прибор (анализатор) арасындағы бұрыш. Бұл заңды 1810 жылы француз физигі Э.Л. Малюс (1775 — 1812) ашқан. Егер І0 және І — анализаторға түсетін және одан шығатын жарық қарқындылықтарын сипаттаса, онда Малюс Заңы бойынша: І=І0cos2α түрінде орындалады. Өзгеше (сызықты емес) поляризацияланған жарықты екі сызықты поляризацияланған құраушылардың қосындысы түрінде қарастыруға болады. Олардың әрқайсысы үшін Малюс Заңы орындалады. Барлық поляризациялық приборлардан өтетін жарық қарқындылығы Малюс Заңы бойынша есептеледі, ал Малюс Заңы ескермейтін, α-ға тәуелді болатын шағылу кезіндегі шығындар басқа тәсілмен қосымша анықталады. Жарық қарқындылығын өлшеуге арналған оптик. құрал — поляризациялық фотометрдің құрылысы Малюс Заңына негізделген.

Date: 2015-05-08; view: 1594; Нарушение авторских прав