ЖАРЫҚ ЖЫЛДАМДЫҒЫ

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

ЖАРЫҚ ТОЛҚЫНДАРЫ
ЖАРЫҚ ЖЫЛДАМДЫҒЫ
Геометриялық оптикада жарық сәулелерінің бағыты ғана зерттеледі.
Жарықтың таралу процесінің уақытқа байланысты қалай өтетіні жөніндегі
мәселе геометриялық оптика көлеміне кірмейді. Жарықтың қасиеті және оның
затпен өзара байланысы физикалық толқындық оптикада толығырақ
қарастырылады. Біз бұл тарауды жарық жылдамдығын қалай өлшегені жөніндегі
әңгімеден бастаймыз.
Қосқышты басып қалсақ, жарқ етіп бөлме іші жарыққа толады. Жарықтың
қабырғаларға жетуіне уақыттың мүлде керегі жоқ сияқты. Жарық жылдамдығын
анықтау үшін толып жатқан тәжірибелер жүргізілген. Ол үшін жарық сигналының
алыс ара қашықтықтарға (бірнеше километрге) таралу уақытын дәл сағатпен
өлшемек болған. Бірақ бұдан еш нәтиже шықпады. Жарықтың таралуына мүлде
уақыт кетпейді, жарық қандай ара қашықтыққа болсын лезде жетеді деп
ойлайтын болды. Алайда олай емес, жарықтың жылдамдығы шектеулі болып шықты,
ақырында ол жылдамдық та өлшеңді.
Жарық жылдамдығын өлшеудің астрономиялық тәсілі. Жарық жылдамдығын
алғаш рет 1676 жылы дат ғалымы О.Рёмер өлшеді. Рёмер астроном болған, оның
өлшеген жарық жолы — өте ұзақ болды, табысқа жетуіне себепші болған да сол
еді. Ол жол — күн жүйесіндегі планеталардың ара қашықтығы.
Рёмер күн жүйесіңдегі ең үлкен Юпитер планетасы серіктерінің тұтылуын
бақылады. Юпитердің Жерден өзгешелігі сол, оның он серігі бар. Рёмер
олардың ең жақынын — Ио серігін бақылады. Ол Ионың Юпитер алдынан қалай
өткенін, содан кейін оның көлеңкесіне кіріп, көзден қалай ғайып болғанын
көрді. Сонан соң ол лезде жарқ еткен шам тәрізденіп, қайта көрінді. Осы екі
от алудың уақыт аралығы 42 сағ 28 минутқа тең болып шықты. Сөйтіп, бұл
"ай", әрбір тең уақыт аралығында Жерге сигнал жіберіп тұратын, үлкен аспан
сағаты болып шықты.
Алғашқыда өлшеу жұмыстары, Жер өзінің Күңді айнала қозғалысында
Юпитерге ең жақын келген кезде жүргізілді (92-сурет). Бірнеше айдан соң дәл
осыңдай өлшеулер Жер Юпитерден қашықтағыңда жүргізілген, осындай өлшеулер
ойламаған жерден, Ионың белгілі айналу периоды бойынша есептеп шығаруға
болатьш серіктің көрінетін уақыт мезетімен салыстырғанда, серіктің
көлеңкеден 22 минут кешігіп шыққанын көрсетті.
Рёмер мұны былай түсіндірді: "Егер мен Жер орбитасының екінші жағында
тұратын болсам, онда әр жолы Ио белгіленген уақыт та көлеңкеден шығып
отырар еді. Бұл жағдайдағы кешігу менің алғаш бақылаған жерім мен қазір
тұрған орныма дейінгі ара қашықтықты жарықтың өтуіне кеткен 22

минутта болып отыр". Ионың кешігіп көрінген уақытын, соған сәйкес ара
қашықтықты біліп, осы ара қашықтықты кешіккен уақытқа бөліп, жылдамдықты
табуға болады. Жылдамдық аса зор шама болып шықты, шамамен 300000 кмс1.
Соңдықтан да Жер бетіндегі алыс деген екі нүкте арасында жарықтың таралу
уақытын білу аса қиын. Жарық бір секундта Жер экваторының ұзындығынан 7,5
есе артық ара қашықтықты жүріп өтетіні белгілі.
Жарық жылдамдығын өлшеудің лабораториялық әдістері. Жарық жылдамдығын
лабораториялық әдіспен 1849 жылы алғаш рет өлшеген француз физигі — И.
Физо.
Физо тәжірибесінде жарық көзінен шыққан жарық линза арқылы өтіп,
жартылай мөлдір пластинаға (1) түседі (93-сурет) Пластинадан шағылғаннан
соң фокусталған жіңішке шоқ тез айналатын тісті доңғалақтың тістерінің
арасына бағытталады. Тістердің арасынан өткен жарық доңғалақтың бірнеше
километр арақашықтықтағы айнаға (2) түсірілді. Айнадан шағылған жарық
бақылаушының көзіне түсуден бұрын қайтадан доңғалақ тістерінің арасынан
өтуі тиіс еді. Доңғалақ жай айналған кезде, айнадан шағылған жарық

көрінетін болады. Айналу жылдамдығы одан да артқанда, жарық қайтадан
көрінетін болды. Жарық айнаға барып, қайта келгенше, доңғалақ бұрынғы тіс
аралығының орнына басқа тіс аралығы келетіндей болып айналып үлгергені
айқын. Осы уақытты және доңғалақ пен айнаның ара қашықтығын біліп, жарық
жылдамдығын анықтауға болады. Физо тәжірибесінде ара қашықтық 8,6 км-ге
тең, ал жарық жылдамдығыныың мәні 313 000 кмс болған.
Жарық жылдамдығын өлшеудің бұлардан басқа да бірнеше дәлірек
лабораториялық әдістері табылған. Атап айтқанда, американ физигі Майкельсон
тісті доңғалақтың орнына айналмалы айналар қолданып, жарық жылдамдығын
өлшеудің жетілген әдісін тапты.
Жарық жылдамдығы түрлі мөлдір денелердің ішінде өлшенеді. Су ішіндегі
жарық жылдамдығы 1856 жылы өлшеңді. Вакуумге қарағанда, судағы жарық
жылдамдығы 43 есе аз болады. Вакуумге қарағанда, басқа
заттардың барлығында жарық жылдамдығы аз болады.
Қазіргі мәліметтерге қарағанда 1,2 мс дәлдікпен алғаңда вакуумдегі
жарық жылдамдығы 299 792 458 ± ±1,2 мс1. Жарық жылдамдығының жуық мәнін 3
• 108 мс деп айтуға болады. Жарық жылдамдығының бұл мәнін міндетті түрде
есте сақтау керек.
Жарық жылдамдығын анықтаудың ғылымдағы маңызы зор болды. Ол жарық
табиғатын білуге көп көмектесті. Жарық жылдамдығының ерекше мәні болғанының
себебі — дүниеде ешбір дененің жылдамдығы вакуумдегі жарық жылдамдығының
артық бола алмайды. Бұл — салыстырмалық теориясы шыққаннан кейін айқын
болды, ол теория туралы келесі тарауда айталады.
Жарықтың шағылу және сыну заңдарын толқындардың жай-күйін сипаттайтын
ортақ бір принциптен шығарып алуға болады. Бұл принципті алғаш Ньютонның
замандасы Христиан Г ю й г е н с ұсынған еді.
Гюйгенс принципі бойынша ортаның ұйытқу барып жеткен әрбір нүктесі
екінші реттік толқындардың көзі болып шығады. Толқын бетінің I уақыт
мезетіңдегі орнын табуды біле түра, оның келесі і + Дг уақыт мезетіндегі
орнын табу үшін, толқын бетінің әрбір нүктесін екінші реттік толқындар көзі
деп қарау керек. Екінші реттік толқындардың бәріне жанама бет келесі уақыт
мезетіндегі толқын беті болып шығады (94-сурет). Осы принцип механикалық,
жарық және т. б. кез келген толқындардың таралуын сипаттау үшін бірдей
жарамды.

Христиан Гюйгенс (1629-1695) — көрнекті Голландия физигі және математигі,
алғаш жарықтың толқындық теориясын жасаушы. Осы теорияның негізін Гюйгенс
„Жарық жайында трактат" деген еңбегінде баяндайды (1690). Гюйгенс ең апғаш
рет сағатты бір қалыппен жүргізу үшін маятникті қолданды және маятниктердің
математикалық және физикалық тербелістер периоды үшін формула қорытып
шығарды. Гюйгенстің математикалық жұмыстары конустық қималарды, циклоидты
және басқа қисықтарды зерттеу жайында еді. Ықтималдық теорисының алғашқы
жұмыстарының бірін Гюйгенс жазған. Гюйгенс Сатрунның серігі Титанды ашты.
Өзі жетілдірген астрономиялық түтіктің көмегімен.

Гюйгенс оны алғаш жарық толқыны үшін тұжырымдаған болатын.
Механикалық толқындар жағдайында Гюйгенс принципі көрне түрде
түсіндіріледі: тербелістер барып жеткен ортаның бөлшектері, өз кезегінде,
тербеле отырып, ортаның өзара әсерлесетін көршілес бөлшектерін қозғалысқа
келтіреді.
Шағылу заңы. Гюйгенс принципінің көмегімен, екі ортаның шекара бетінен
шағылған толқындар бағынатын заңды қорытып шығаруға болады.
Жазық толқынның қалай шағылатынын қарастырайық. Егер фазалары тең бет
(толқыңдық бет) жазық болса, онда толқын жазық толқын деп аталады. 95-
суретте ММ шағылдырушы бет, АА және ВІВ — түскен жазық толқынның екі
сәулесі (олар бір-біріне параллель). Ал АС жазықтығы — осы толқынның
толқындық беті.
Түскен сәуле мен шағылдырушы бетке түсу нүктесінде жүргізілген
перпендикуляр арасындағы а бұрышы түсу бұрышы деп аталады.
Шағылған толкынның бетін табу үшін, центрлері екі ортаның
шекаралығында жататын екінші реттік толқындардың қоршамасын жүргізу
керек. АС толқындық беттің әр түрлі беліктері шағылдырушы шекараға бір
мезгілде барып жетпейді. А нүктесінде тербелістің қозуы В нүктесіндегіден

t = CBv уақыттан ерте басталады (мұндағы v — толқын жылдамдығы),
Толқын В нүктесіне жетіп, осы нүктеде тербеліс қоза бастаған мезетте,
центрі А нүктесінде болатын екінші реттік толкындық радиусы
r = АD =vt= СВ жарты сфера болып шығады. Сонда А мен В нүктелерінің
арасында орналасқан көздерден тараған екінші реттік
толқыңдардың радиустары 95-суретте көрсетілгендей болып өзгереді. Екінші
реттік толқындардың қоршамасы – сфералық беттерге жанама болып

келген ВВ жазықтығы. Ол шағылған толқынның толқын беті болып табылады.
Шағылған АА2 ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.