Жарықтың дифракциясы
Жоспары:
Жарықтың дифракциясы.
І. Дифракция . толқындардың бөгеттерді орап өтуі.
ІІ. а) Юнг тәжірибесі;
ә) Френeль теориясы;
б) Геометриялық оптиканың заңдары.
ІІІ. Жарық дифракциясы . оптикалардың мүмкіндік қабілетіне шек қоюшы.
Дифракциялық тор.
І. Дифракциялық тор . тамаша оптикалық құрал.
ІІ. Дифракциялық тордың элементар теориясы.
ІІІ. Жіңішке саңылаулар тамаша оптикалық құрал жасайды.
Жарық дисперсиясы.
І. И. Ньютон ашқан жаңалықтар
ІІ. а) Кемпірқосақ жеті түстен құралған;
ә) Ньютонның жасаған қорытындылары.
ІІІ. Ньютон ашқан дисперсия құбылысы . түстердің табиғатын түсінуге жасалған алғашқы қадам.
Жарықтың интерференциясы.
І. Жарық толқындардың когеренттік шарты.
ІІ. а) Жұқа қабықшалардағы интерференция;
ә) «Ньютон сақиналары»
б) Электромагниттік толқындар интерференциясы.
ІІІ. Жарықтың интерференциясы . қызықты құбылыс.
Жарықтың дифракциясы.
І. Дифракция . толқындардың бөгеттерді орап өтуі.
ІІ. а) Юнг тәжірибесі;
ә) Френeль теориясы;
б) Геометриялық оптиканың заңдары.
ІІІ. Жарық дифракциясы . оптикалардың мүмкіндік қабілетіне шек қоюшы.
Дифракциялық тор.
І. Дифракциялық тор . тамаша оптикалық құрал.
ІІ. Дифракциялық тордың элементар теориясы.
ІІІ. Жіңішке саңылаулар тамаша оптикалық құрал жасайды.
Жарық дисперсиясы.
І. И. Ньютон ашқан жаңалықтар
ІІ. а) Кемпірқосақ жеті түстен құралған;
ә) Ньютонның жасаған қорытындылары.
ІІІ. Ньютон ашқан дисперсия құбылысы . түстердің табиғатын түсінуге жасалған алғашқы қадам.
Жарықтың интерференциясы.
І. Жарық толқындардың когеренттік шарты.
ІІ. а) Жұқа қабықшалардағы интерференция;
ә) «Ньютон сақиналары»
б) Электромагниттік толқындар интерференциясы.
ІІІ. Жарықтың интерференциясы . қызықты құбылыс.
Жарық дифракциясы. Егер жарықтың өзі толқындық процесс болса, онда интерференциядан басқа жарықтың дифракциясы да байқалуы тиіс. Өйткені дифракция – толқындардың бөгеттерді орап өтуі – әрбір толқындық қозғалысқа тән нәрсе. Бірақ жарық дифракциясын бақылау оңай емес. Оның себебі, егер бөгеттің өлшемдері жарық толқынының ұзындығымен салыстырарлықтай болса, онда толқын бөгетті елеулі түрде орап өтеді. Бірақ жарық толқынының ұзындығы өте аз.
Жіңішке жарық шоғын тар тесік арқылы өткізіп, жарықтың түзу сызықпен таралу заңынан ауытқуын бақылауға болады. Тесіктің қарсысында пайда болатын ақ дақтың өлшемі, жарықтың түзу сызықпен таралғандағысындай емес, үлкен болады.
Юнг тәжірибесі. Жарық интерференциясын ашқан Т. Юнг 1802 жылы дифракциядан классикалық тәжірибе жасады. Мөлдір емес қалқаға, ол түйреуішпен бір-біріне жақын, кішкене екі В және С тесік жасады. Бұл тесіктер екінші қалқаға кішкене А тесіктен өткен жіңішке жарық шоғымен жарықталды. Ол кезде олай ойлап табуы оңай емес, дәл осы жайт тәжірибенің сәтті болуына себеп болды. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады. Гюйгенс принципіне сәйкес А тесіктен пайда болатын сфералық толқын В мен С тесіктерде когерентті толқындар туғызады. Дифракция салдарынан В мен С тесіктерде, аздап бірін-бірі жабатын, екі жарық конус шықты. Жарық толқындарының интерференциясы нәтижесінен, экранда кезектесіп келетін ашық және көмескі жолақтар пайда болды. Тесіктердің бірін жауып, Юнг интерференциялық жолақтардың жоғалып кеткенін көрді. Міне, дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әртүсті жарық сәулелеріне сәйкес келетін, толқындар ұзындығын өте дәл өлшеді.
Френель теориясы. Дифракцияны зерттеу О. Френель еңбектерімен тиянақталды. Френель тәжірибе кезінде дифракцияның түрлі жағдайларын мұқият зерттеп қана қойған жоқ, дифракцияның сандық теориясын да жасады, ол теория, жарық әйтеуір бір бөгетті орап өткен кезде пайда болатын, дифракциялық көріністі есептеуге мүмкіндік берді. Ол тағы алғаш рет толқындық теория тұрғысынан жарықтың біртекті ортада түзу сызықпен таралуына анық түсінік берді. Френель бұл табыстарға, Гюйгенс принципін екінші реттік толқындардың интерференция идеясымен біріктіріп барып, жеткен болатын. Френель идеясы бойынша кез келген уақыт мезетіндегі толқындық бет дегеніміз айналып өтетін екінші реттік толқындардың жай ғана өзі емес, олардың интерференцияларының нәтижесі (Гюйгенс – Френель принципі).
Кеңістіктің кез келген нүктесіндегі жарық толқынының амплитудасын есептеп шығару үшін жарық көзін ойша тұйық бетпен қоршау керек. Осы бетке орналасқан екінші реттік жарық көздерінің толқындар интерференциясы кеңістіктің қарастырылып отырған нүктесіндегі амплитуданы анықтайды.
Осындай есептеулер, сфералық толқындар шығаратын нүктелік жарық көзінен шыққан жарық кеңістіктің кез келген В нүктесіне қалай жеткенін түсінуге мүмкіндік берді. Егер радиусы R сфералық толқын беттегі екінші реттік жарық көздерін қарастырсақ, онда В нүктеде сол жарық көздерінен туған екінші реттік толқындар интерференциясының нәтижесі, В нүктеге кішкене сфералық сегменттегі тек екінші реттік жарық көзі ғана жіберген жарықтай болады екен. Беттің қалған бөліктеріне орналасқан жарық көздерінен шыққан екінші реттік толқындар интерференция нәтижесінде бірін-бірі өшіреді. Сондықтан барлық жарық тек қана SB түзуінің бойымен, яғни түзу сызықты таралғандай болады.
Сонымен қатар Френель дифракцияны түрлі бөгеттерде сандық жағынан қарастырды. 1818 жылы француз Ғылым академиясының мәжілісінде бір қызық жағдай болды. Мәжіліске қатысқан ғалымдардың біреуі Френель теориясынан ақылға қонбайтын бір факті келіп шығатынына көңіл аударады. Тесіктердің белгілі бір өлшемінде, тесіктен жарық көзіне дейінгі белгілі бір ара қашықтықта, ақ дақтың центрінде күнгірт дақ болуға тиіс. Кішкене мөлдір емес дискінің сыртында, керісінше, көлеңкенің центрінде ақ дақ болуы тиіс. Жасалған эксперименттер шынында солай болатынын дәлелдегенде, ғалымдар таң қалды.
Түрлі бөгеттерден дифракциялық көрініс. Жарық толқынының ұзындығы өте кіші болғандықтан, жарықтың түзу сызықпен таралу бағытынан ауытқу бұрышы кішкене болады. Сондықтан дифракцияны мұқият бақылау үшін не өте кішкене бөгеттерді пайдалану керек, не экранды бөгеттен алыс қою керек. Егер экранға дейінгі қашықтық жүздеген метрге немесе
Жіңішке жарық шоғын тар тесік арқылы өткізіп, жарықтың түзу сызықпен таралу заңынан ауытқуын бақылауға болады. Тесіктің қарсысында пайда болатын ақ дақтың өлшемі, жарықтың түзу сызықпен таралғандағысындай емес, үлкен болады.
Юнг тәжірибесі. Жарық интерференциясын ашқан Т. Юнг 1802 жылы дифракциядан классикалық тәжірибе жасады. Мөлдір емес қалқаға, ол түйреуішпен бір-біріне жақын, кішкене екі В және С тесік жасады. Бұл тесіктер екінші қалқаға кішкене А тесіктен өткен жіңішке жарық шоғымен жарықталды. Ол кезде олай ойлап табуы оңай емес, дәл осы жайт тәжірибенің сәтті болуына себеп болды. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады. Гюйгенс принципіне сәйкес А тесіктен пайда болатын сфералық толқын В мен С тесіктерде когерентті толқындар туғызады. Дифракция салдарынан В мен С тесіктерде, аздап бірін-бірі жабатын, екі жарық конус шықты. Жарық толқындарының интерференциясы нәтижесінен, экранда кезектесіп келетін ашық және көмескі жолақтар пайда болды. Тесіктердің бірін жауып, Юнг интерференциялық жолақтардың жоғалып кеткенін көрді. Міне, дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әртүсті жарық сәулелеріне сәйкес келетін, толқындар ұзындығын өте дәл өлшеді.
Френель теориясы. Дифракцияны зерттеу О. Френель еңбектерімен тиянақталды. Френель тәжірибе кезінде дифракцияның түрлі жағдайларын мұқият зерттеп қана қойған жоқ, дифракцияның сандық теориясын да жасады, ол теория, жарық әйтеуір бір бөгетті орап өткен кезде пайда болатын, дифракциялық көріністі есептеуге мүмкіндік берді. Ол тағы алғаш рет толқындық теория тұрғысынан жарықтың біртекті ортада түзу сызықпен таралуына анық түсінік берді. Френель бұл табыстарға, Гюйгенс принципін екінші реттік толқындардың интерференция идеясымен біріктіріп барып, жеткен болатын. Френель идеясы бойынша кез келген уақыт мезетіндегі толқындық бет дегеніміз айналып өтетін екінші реттік толқындардың жай ғана өзі емес, олардың интерференцияларының нәтижесі (Гюйгенс – Френель принципі).
Кеңістіктің кез келген нүктесіндегі жарық толқынының амплитудасын есептеп шығару үшін жарық көзін ойша тұйық бетпен қоршау керек. Осы бетке орналасқан екінші реттік жарық көздерінің толқындар интерференциясы кеңістіктің қарастырылып отырған нүктесіндегі амплитуданы анықтайды.
Осындай есептеулер, сфералық толқындар шығаратын нүктелік жарық көзінен шыққан жарық кеңістіктің кез келген В нүктесіне қалай жеткенін түсінуге мүмкіндік берді. Егер радиусы R сфералық толқын беттегі екінші реттік жарық көздерін қарастырсақ, онда В нүктеде сол жарық көздерінен туған екінші реттік толқындар интерференциясының нәтижесі, В нүктеге кішкене сфералық сегменттегі тек екінші реттік жарық көзі ғана жіберген жарықтай болады екен. Беттің қалған бөліктеріне орналасқан жарық көздерінен шыққан екінші реттік толқындар интерференция нәтижесінде бірін-бірі өшіреді. Сондықтан барлық жарық тек қана SB түзуінің бойымен, яғни түзу сызықты таралғандай болады.
Сонымен қатар Френель дифракцияны түрлі бөгеттерде сандық жағынан қарастырды. 1818 жылы француз Ғылым академиясының мәжілісінде бір қызық жағдай болды. Мәжіліске қатысқан ғалымдардың біреуі Френель теориясынан ақылға қонбайтын бір факті келіп шығатынына көңіл аударады. Тесіктердің белгілі бір өлшемінде, тесіктен жарық көзіне дейінгі белгілі бір ара қашықтықта, ақ дақтың центрінде күнгірт дақ болуға тиіс. Кішкене мөлдір емес дискінің сыртында, керісінше, көлеңкенің центрінде ақ дақ болуы тиіс. Жасалған эксперименттер шынында солай болатынын дәлелдегенде, ғалымдар таң қалды.
Түрлі бөгеттерден дифракциялық көрініс. Жарық толқынының ұзындығы өте кіші болғандықтан, жарықтың түзу сызықпен таралу бағытынан ауытқу бұрышы кішкене болады. Сондықтан дифракцияны мұқият бақылау үшін не өте кішкене бөгеттерді пайдалану керек, не экранды бөгеттен алыс қою керек. Егер экранға дейінгі қашықтық жүздеген метрге немесе
Пайдаланылған әдебиеттер
1) Жалпы білім беретін мектептің 11-сыныбына арналған «Физика» оқулығы.
2) «Физика және астрономия» журналы, № 7.
3) «Қазақ Совет энциклопедиясы» 4-том, 266-бет.
1) Жалпы білім беретін мектептің 11-сыныбына арналған «Физика» оқулығы.
2) «Физика және астрономия» журналы, № 7.
3) «Қазақ Совет энциклопедиясы» 4-том, 266-бет.
Жоспары:
Жарықтың дифракциясы.
І. Дифракция – толқындардың бөгеттерді орап өтуі.
ІІ. а) Юнг тәжірибесі;
ә) Френeль теориясы;
б) Геометриялық оптиканың заңдары.
ІІІ. Жарық дифракциясы – оптикалардың мүмкіндік қабілетіне шек қоюшы.
Дифракциялық тор.
І. Дифракциялық тор – тамаша оптикалық құрал.
ІІ. Дифракциялық тордың элементар теориясы.
ІІІ. Жіңішке саңылаулар тамаша оптикалық құрал жасайды.
Жарық дисперсиясы.
І. И. Ньютон ашқан жаңалықтар
ІІ. а) Кемпірқосақ жеті түстен құралған;
ә) Ньютонның жасаған қорытындылары.
ІІІ. Ньютон ашқан дисперсия құбылысы – түстердің табиғатын түсінуге
жасалған алғашқы қадам.
Жарықтың интерференциясы.
І. Жарық толқындардың когеренттік шарты.
ІІ. а) Жұқа қабықшалардағы интерференция;
ә) Ньютон сақиналары
б) Электромагниттік толқындар интерференциясы.
ІІІ. Жарықтың интерференциясы – қызықты құбылыс.
Жарық дифракциясы. Егер жарықтың өзі толқындық процесс болса, онда
интерференциядан басқа жарықтың дифракциясы да байқалуы тиіс. Өйткені
дифракция – толқындардың бөгеттерді орап өтуі – әрбір толқындық қозғалысқа
тән нәрсе. Бірақ жарық дифракциясын бақылау оңай емес. Оның себебі, егер
бөгеттің өлшемдері жарық толқынының ұзындығымен салыстырарлықтай болса,
онда толқын бөгетті елеулі түрде орап өтеді. Бірақ жарық толқынының
ұзындығы өте аз.
Жіңішке жарық шоғын тар тесік арқылы өткізіп, жарықтың түзу сызықпен
таралу заңынан ауытқуын бақылауға болады. Тесіктің қарсысында пайда болатын
ақ дақтың өлшемі, жарықтың түзу сызықпен таралғандағысындай емес, үлкен
болады.
Юнг тәжірибесі. Жарық интерференциясын ашқан Т. Юнг 1802 жылы
дифракциядан классикалық тәжірибе жасады. Мөлдір емес қалқаға, ол
түйреуішпен бір-біріне жақын, кішкене екі В және С тесік жасады. Бұл
тесіктер екінші қалқаға кішкене А тесіктен өткен жіңішке жарық шоғымен
жарықталды. Ол кезде олай ойлап табуы оңай емес, дәл осы жайт тәжірибенің
сәтті болуына себеп болды. Тек когерентті толқындар ғана
интерференцияланады. Гюйгенс принципіне сәйкес А тесіктен пайда болатын
сфералық толқын В мен С тесіктерде когерентті толқындар туғызады.
Дифракция салдарынан В мен С тесіктерде, аздап бірін-бірі жабатын, екі
жарық конус шықты. Жарық толқындарының интерференциясы нәтижесінен, экранда
кезектесіп келетін ашық және көмескі жолақтар пайда болды. Тесіктердің
бірін жауып, Юнг интерференциялық жолақтардың жоғалып кеткенін көрді. Міне,
дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әртүсті жарық сәулелеріне сәйкес
келетін, толқындар ұзындығын өте дәл өлшеді.
Френель теориясы. Дифракцияны зерттеу О. Френель еңбектерімен
тиянақталды. Френель тәжірибе кезінде дифракцияның түрлі жағдайларын мұқият
зерттеп қана қойған жоқ, дифракцияның сандық теориясын да жасады, ол
теория, жарық әйтеуір бір бөгетті орап өткен кезде пайда болатын,
дифракциялық көріністі есептеуге мүмкіндік берді. Ол тағы алғаш рет
толқындық теория тұрғысынан жарықтың біртекті ортада түзу сызықпен
таралуына анық түсінік берді. Френель бұл табыстарға, Гюйгенс принципін
екінші реттік толқындардың интерференция идеясымен біріктіріп барып, жеткен
болатын. Френель идеясы бойынша кез келген уақыт мезетіндегі толқындық бет
дегеніміз айналып өтетін екінші реттік толқындардың жай ғана өзі емес,
олардың интерференцияларының нәтижесі (Гюйгенс – Френель принципі).
Кеңістіктің кез келген нүктесіндегі жарық толқынының амплитудасын
есептеп шығару үшін жарық көзін ойша тұйық бетпен қоршау керек. Осы бетке
орналасқан екінші реттік жарық көздерінің толқындар интерференциясы
кеңістіктің қарастырылып отырған нүктесіндегі амплитуданы анықтайды.
Осындай есептеулер, сфералық толқындар шығаратын нүктелік жарық
көзінен шыққан жарық кеңістіктің кез келген В нүктесіне қалай жеткенін
түсінуге мүмкіндік берді. Егер радиусы R сфералық толқын беттегі екінші
реттік жарық көздерін қарастырсақ, онда В нүктеде сол жарық көздерінен
туған екінші реттік толқындар интерференциясының нәтижесі, В нүктеге
кішкене сфералық сегменттегі тек екінші реттік жарық көзі ғана жіберген
жарықтай болады екен. Беттің қалған бөліктеріне орналасқан жарық көздерінен
шыққан екінші реттік толқындар интерференция нәтижесінде бірін-бірі
өшіреді. Сондықтан барлық жарық тек қана SB түзуінің бойымен, яғни түзу
сызықты таралғандай болады.
Сонымен қатар Френель дифракцияны түрлі бөгеттерде сандық жағынан
қарастырды. 1818 жылы француз Ғылым академиясының мәжілісінде бір қызық
жағдай болды. Мәжіліске қатысқан ғалымдардың біреуі Френель теориясынан
ақылға қонбайтын бір факті келіп шығатынына көңіл аударады. Тесіктердің
белгілі бір өлшемінде, тесіктен жарық көзіне дейінгі белгілі бір ара
қашықтықта, ақ дақтың центрінде күнгірт дақ болуға тиіс. Кішкене мөлдір
емес дискінің сыртында, керісінше, көлеңкенің центрінде ақ дақ болуы тиіс.
Жасалған эксперименттер шынында солай болатынын дәлелдегенде, ғалымдар таң
қалды.
Түрлі бөгеттерден дифракциялық көрініс. Жарық толқынының ұзындығы өте
кіші болғандықтан, жарықтың түзу сызықпен таралу бағытынан ауытқу бұрышы
кішкене болады. Сондықтан дифракцияны мұқият бақылау үшін не өте кішкене
бөгеттерді пайдалану керек, не экранды бөгеттен алыс қою керек. Егер
экранға дейінгі қашықтық жүздеген метрге немесе бірнеше километрге жететін
болса, онда дифракцияны өлшемдері бірнеше километр бөгеттерде байқауға
болады.
Геометриялық оптиканың қолданылатын шекаралары. Физикалық теориялардың
барлығы табиғатта шын болатын процестерді жуық түрде бейнелейді. Кез
келген теория үшін, оның қолданылатын белгілі бір шекарасын көрсетуге
болады. Нақтылы жағдайда берілген теорияны қолдануға бола ма, әлде жоқ па?
Бұл осы теорияға қатысты дәлдікке ғана емес, сондай-ақ белгілі бір
практикалық есепті шығарғанда қандай дәлдік талап етілетініне де тәуелді
болады. Теорияның шекараларын сол құбылыстарды қамтитын неғұрлым жалпы
теория жасалғаннан кейін көрсетіп тағайындауға болады.
Осы жалпы қағидалардың барлығының геометриялық оптикаға да қатысы бар.
Бұл теория жуық теория болып табылады. Ол жарықтың интерференция және
дифракция құбылыстарын түсіндіре алмайды. Неғұрлым жалпы және неғұрлым дәл
теория – толқындық оптика. Жарықтың таралу жолындағы бөгеттердің өлшемдері
жарық толқынының ұзындығынан көп үлкен болған жағдайда ғана жарықтың түзу
сызықты таралу заңы мен геометриялық оптиканың басқа заңдары жеткілікті
дәрежеде дәл орындалады. Бірақ олар ешқандай мүлде дәл орындалмайды.
Оптикалық приборлардың қызметін геометриялық оптика заңдары негізінде
сипаттап беруге болады. Осы теорияға сәйкес біз микроскоптың көмегімен
объектінің мейлінше ұсақ бөлшектерін айыра аламыз, телескоптың көмегімен
екі жұлдыздың бұрыштық қашықтықтары мейлінше аз болғанда да олардың бар
екенін анықтауға болады. Алайда шындығында олай емес және тек жарықтың
толқындық теориясы ғана оптикалық приборлардың мүмкіндік қабілетінің шегі
бар болу себептерін байқауға мүмкіндік береді.
Микроскоптың және телескоптың мүмкіндік қабілеті. Нәрсенің егжей-
тегжейін ажырату немесе өте ұқсас нәрселерді микроскоп арқылы бақылау
мүмкіншілігіне жарықтың толқындық табиғаты шек қояды. Ұсақ нәрселердің анық
кескінін шығаруға дифракция мүмкіндік бермейді, өйткені жарық мүлтіксіз
түзу сызықты болып таралмайды, нәрселерді орағытып өтеді. Сондықтан да
кескін бұлдыр болып шығады. Егер нәрселердің бұлдыр кескіндері ұласып
кетсе, ешбір үлкейту заттың егжей-тегжейін ажыратуға көмектеспейді.
Нәрселердің сызықтық өлшемі жарық толқынының ұзындығынан қысқа болғанда
осылай болады.
Телескоптың мүмкіндік қабілетіне де дифракция шек қояды. Толқындар
дифракциясы салдарынан объектив оправасының шетінде жұлдыздардың кескіні
нүкте болып түспейді, жарық және күңгірт сақиналар жүйесі түрінде болады.
Егер екі жұлдыз бір-бірінен кішкене ғана бұрыштық қашықтықта болса, онда
бұл сақиналар бір-бірімен беттеседі де, жарқырауық нүктенің біреу не екеу
екенін көз айыра алмайды. Жарқырауық нүктелерді бір-бірінен ажыратуға
мүмкіндік беретін олардың арасындағы шекті бұрыштық қашықтықты толқын
ұзындығының объектив диаметріне қатынасы арқылы анықтауға болады.
Бұл мысал дифракция құбылысы кез келген бөгетте, ылғи да болып
тұратынын көрсетеді. Аса нәзік бақылаулар да, толқын ұзындығы анағұрлым
үлкен бөгеттер үшін де оны елемеуге болмайды.
Жарықтың дифракциясы геометриялық оптиканың түсін айқындап береді.
Жарықтың бөгетті айналып өтуі аса маңызды оптикалық құралдардың – телескоп
пен микроскоптың – мүмкіндік қабілетіне шек қояды.
Дифракциялық тор. Тамаша оптикалық прибордың – дифракциялық тордың
құрылысы дифракциялық құбылысқа негізделген. Дифракциялық тор толып жатқан
өте жіңішке, мөлдір емес аралықтармен бөлінген көптеген саңылаулар жиынтығы
болып келеді. Жақсы тор шыны пластинаға параллель штрихтар сызылған арнаулы
бөлгіш машинаның көмегімен жасалады. 1 мм-дегі штрихтар саны бірнеше мыңға
жетеді, штрихтардың жалпы саны 100 000-нан асады. Екі шыны пластинаның
арасына қыстырылған осындай тордан желатинге түсірілген көшірме оңай
жасалады. Сапа жағынан ең жақсысы – шағылдырғыш торлар деп аталатындары.
Олар жарықты шағылдырғыш және оны шашыратқыш бөліктердің кезектесуі болып
табылады. Жарықтың шашыратқыш штрихтары кескішпен металл пластинаның тегіс
өңделген бәтіне сызылады.
Егер мөлдір саңылаулардың (не шағылдырғыш жолақтардың) ені a, ал мөлдір
емес аралықтың (не жарықты шашыратқыш жолақтардың) ені b болса, онда d=a +
b шама тордың периоды деп аталады. Дифракциялық тордың элементар теориясын
қарастырайық. Торға ұзындығы λ жазық монохромат толқын келіп түссін.
Саңылаулардағы екінші реттік жарық көздері барлық бағытқа тарайтын
жарық толқындарын шығарады. Саңылаулардан келетін толқындар бірін-бірі
күшейте түсетін шартты табайық. Ол үшін φ бұрышымен анықталатын бағытпен
тарайтын толқындарды қарастырайық. Көршілес саңылаулардың шеттерінен
есептелген толқын айырмасы АС кесіндісінің ұзындығына тең болады. Егер осы
кесіндіге толқын ұзындығының бүтін саны алынса, онда бүкіл саңылаулардың
толқындары қосылып, бірін-бірі күшейтеді. АВС үшбұрышынан АС катетінің
ұзындығын табуға болады:
АС = AB sin φ = d sin φ.
Максимумдар, төмендегі шарттан анықталатын, φ бұрышымен бақыланады:
d sin φ = k λ,
мұндағы k = 0, 1, 2, ...
Шарт орындалғанда саңылаулардың төменгі шеттерінен келетін толқындар
ғана күшейіп қоймайды, саңылаулардың барлық нүктелерінен келетін толқындар
да күшейтетіні есте болу керек. Бірінші саңылаудың әр нүктесіне екінші
саңылаудың қашықтағы нүктесі сәйкес келеді. Сондықтан осы нүктелер
шығарған екінші реттік толқындардың жол айырмасы d тең болады да, бұл
толқындар өзара күшейеді.
Тордың сыртына фокустық жазықтығына экран орнатылған жинағыш линза
қойылады. Линза параллель түскен толқындарды бір нүктеде фокустайды. Бұл
нүктеде толқындар қосылады да, өзара күшейеді. d sib φ = k λ шартын
қанағаттандыратын φ бұрыштары экрандағы максимумдардың орнын анықтайды.
Максимумның орны (k = 0) cәйкес келетін орталықтағыдан басқасы толқын
ұзындығына байланысты болғандықтан, тор ақ жарықты спектрге жіктейді. λ
неғұрлым үлкен болса, орталық максимумның берілген толқын ұзындығына сәйкес
келетін әйтеуір бір максимумы соғұрлым әрірек орналасады. k-ның әрбір
мәніне өзінің спектрі сәйкес келеді.
Жарықталу максимумдарының аралығында минимумдар орналасқан. Саңылаулар
саны неғұрлым көп болса, минимумдар соғұрлым айқын білінеді. Торға түскен
жарық энергиясы былайша бөлінеді: оның көбі максимумдар үлесіне келсе,
азғантай бөлігі ғана минимумдарға түседі.
Дифракциялық тордың көмегімен толқын ұзындығын дәл өлшеуге болады. Егер
тордың периоды белгілі болса, онда толқын ұзындығын анықтау максимуге
қарайғы бағытқа сәйкескелетін φ бұрышын өлшеуге келтіреді.
Біздің кірпіктерімізді, аралықтарымен қоса алғанда, дөрекі дифракциялық
тор деуге болады. Сондықтан күшті жарық көзіне көзімізді қысыңқырап
қарасақ, кемпірқосақ түстерін көреміз. Кірпіктер айналасында дифракция
кезінде ақ жарық спектрге жіктеледі.Ұзақ ойналатын жолдары бір-біріне
жақын келген күйтабақ шағылдырғыш дифракциялықтор тәрізді. Егер электр
шамының күйтабақтан шағылған жарығына қарасаң, жарықтың спектрге
жіктелгенін көресің.
k-ның түрлі мәніне сәйкес келетін бірнеше спектрді байқауға болады.
Егер шамның жарығы күйтабаққа үлкен бұрышпен түссе, онда сурет өте анық
болады.
Біріне-бірі жақын орналасқан көптеген жіңішке саңылаулар тамаша
оптикалық құрал – дифракциялық тор жасайды. Тор жарықты спектрлерге
жіктейді де, жарық толқындардың ұзындығын дәл өлшеуге мүмкіндік туғызады.
Жарықтың дисперсиясы. Сыну көрсеткіші жарық шоғының түсу бұрышына
тәуелді емес, алайда, шоқтың түсіне тәуелді. Мұны ашқан Ньютон болатын. Түс
– саналы көру түйсігі ретінде материалдық объектілердің қасиеттерінің бірі.
Адам объектіні көріп қабылдау процесіне оған біраз түсті меншіктеп
береді.
Ньютон телескоптарды жетілдіру жұмысымен шұғылдана отырып, объективтен
шыққан кескіннің шеттері боялғанына көңіл аударады. Ол бұл құбылысты
тамашалады да, тұңғыш рет –жарық сәулелерінің алуан түрлі екендігін және
бұған дейін ешкім ойламаған, жарық түстерінің ерекшелігін зерттеді (Ньютон
қабірінің басына жазылған сөз). Линзадан шыққан кескіннің кемпірқосақ
түсіне боялатыны әрине, Ньютонға дейін де байқалған. Призма арқылы қараған
нәрселердің шеттері де кемпірқосақ түсті болатынын байқаған. Призма арқылы
өткен жарық сәулелері шоғының шеттері ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Жарықтың дифракциясы.
І. Дифракция – толқындардың бөгеттерді орап өтуі.
ІІ. а) Юнг тәжірибесі;
ә) Френeль теориясы;
б) Геометриялық оптиканың заңдары.
ІІІ. Жарық дифракциясы – оптикалардың мүмкіндік қабілетіне шек қоюшы.
Дифракциялық тор.
І. Дифракциялық тор – тамаша оптикалық құрал.
ІІ. Дифракциялық тордың элементар теориясы.
ІІІ. Жіңішке саңылаулар тамаша оптикалық құрал жасайды.
Жарық дисперсиясы.
І. И. Ньютон ашқан жаңалықтар
ІІ. а) Кемпірқосақ жеті түстен құралған;
ә) Ньютонның жасаған қорытындылары.
ІІІ. Ньютон ашқан дисперсия құбылысы – түстердің табиғатын түсінуге
жасалған алғашқы қадам.
Жарықтың интерференциясы.
І. Жарық толқындардың когеренттік шарты.
ІІ. а) Жұқа қабықшалардағы интерференция;
ә) Ньютон сақиналары
б) Электромагниттік толқындар интерференциясы.
ІІІ. Жарықтың интерференциясы – қызықты құбылыс.
Жарық дифракциясы. Егер жарықтың өзі толқындық процесс болса, онда
интерференциядан басқа жарықтың дифракциясы да байқалуы тиіс. Өйткені
дифракция – толқындардың бөгеттерді орап өтуі – әрбір толқындық қозғалысқа
тән нәрсе. Бірақ жарық дифракциясын бақылау оңай емес. Оның себебі, егер
бөгеттің өлшемдері жарық толқынының ұзындығымен салыстырарлықтай болса,
онда толқын бөгетті елеулі түрде орап өтеді. Бірақ жарық толқынының
ұзындығы өте аз.
Жіңішке жарық шоғын тар тесік арқылы өткізіп, жарықтың түзу сызықпен
таралу заңынан ауытқуын бақылауға болады. Тесіктің қарсысында пайда болатын
ақ дақтың өлшемі, жарықтың түзу сызықпен таралғандағысындай емес, үлкен
болады.
Юнг тәжірибесі. Жарық интерференциясын ашқан Т. Юнг 1802 жылы
дифракциядан классикалық тәжірибе жасады. Мөлдір емес қалқаға, ол
түйреуішпен бір-біріне жақын, кішкене екі В және С тесік жасады. Бұл
тесіктер екінші қалқаға кішкене А тесіктен өткен жіңішке жарық шоғымен
жарықталды. Ол кезде олай ойлап табуы оңай емес, дәл осы жайт тәжірибенің
сәтті болуына себеп болды. Тек когерентті толқындар ғана
интерференцияланады. Гюйгенс принципіне сәйкес А тесіктен пайда болатын
сфералық толқын В мен С тесіктерде когерентті толқындар туғызады.
Дифракция салдарынан В мен С тесіктерде, аздап бірін-бірі жабатын, екі
жарық конус шықты. Жарық толқындарының интерференциясы нәтижесінен, экранда
кезектесіп келетін ашық және көмескі жолақтар пайда болды. Тесіктердің
бірін жауып, Юнг интерференциялық жолақтардың жоғалып кеткенін көрді. Міне,
дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әртүсті жарық сәулелеріне сәйкес
келетін, толқындар ұзындығын өте дәл өлшеді.
Френель теориясы. Дифракцияны зерттеу О. Френель еңбектерімен
тиянақталды. Френель тәжірибе кезінде дифракцияның түрлі жағдайларын мұқият
зерттеп қана қойған жоқ, дифракцияның сандық теориясын да жасады, ол
теория, жарық әйтеуір бір бөгетті орап өткен кезде пайда болатын,
дифракциялық көріністі есептеуге мүмкіндік берді. Ол тағы алғаш рет
толқындық теория тұрғысынан жарықтың біртекті ортада түзу сызықпен
таралуына анық түсінік берді. Френель бұл табыстарға, Гюйгенс принципін
екінші реттік толқындардың интерференция идеясымен біріктіріп барып, жеткен
болатын. Френель идеясы бойынша кез келген уақыт мезетіндегі толқындық бет
дегеніміз айналып өтетін екінші реттік толқындардың жай ғана өзі емес,
олардың интерференцияларының нәтижесі (Гюйгенс – Френель принципі).
Кеңістіктің кез келген нүктесіндегі жарық толқынының амплитудасын
есептеп шығару үшін жарық көзін ойша тұйық бетпен қоршау керек. Осы бетке
орналасқан екінші реттік жарық көздерінің толқындар интерференциясы
кеңістіктің қарастырылып отырған нүктесіндегі амплитуданы анықтайды.
Осындай есептеулер, сфералық толқындар шығаратын нүктелік жарық
көзінен шыққан жарық кеңістіктің кез келген В нүктесіне қалай жеткенін
түсінуге мүмкіндік берді. Егер радиусы R сфералық толқын беттегі екінші
реттік жарық көздерін қарастырсақ, онда В нүктеде сол жарық көздерінен
туған екінші реттік толқындар интерференциясының нәтижесі, В нүктеге
кішкене сфералық сегменттегі тек екінші реттік жарық көзі ғана жіберген
жарықтай болады екен. Беттің қалған бөліктеріне орналасқан жарық көздерінен
шыққан екінші реттік толқындар интерференция нәтижесінде бірін-бірі
өшіреді. Сондықтан барлық жарық тек қана SB түзуінің бойымен, яғни түзу
сызықты таралғандай болады.
Сонымен қатар Френель дифракцияны түрлі бөгеттерде сандық жағынан
қарастырды. 1818 жылы француз Ғылым академиясының мәжілісінде бір қызық
жағдай болды. Мәжіліске қатысқан ғалымдардың біреуі Френель теориясынан
ақылға қонбайтын бір факті келіп шығатынына көңіл аударады. Тесіктердің
белгілі бір өлшемінде, тесіктен жарық көзіне дейінгі белгілі бір ара
қашықтықта, ақ дақтың центрінде күнгірт дақ болуға тиіс. Кішкене мөлдір
емес дискінің сыртында, керісінше, көлеңкенің центрінде ақ дақ болуы тиіс.
Жасалған эксперименттер шынында солай болатынын дәлелдегенде, ғалымдар таң
қалды.
Түрлі бөгеттерден дифракциялық көрініс. Жарық толқынының ұзындығы өте
кіші болғандықтан, жарықтың түзу сызықпен таралу бағытынан ауытқу бұрышы
кішкене болады. Сондықтан дифракцияны мұқият бақылау үшін не өте кішкене
бөгеттерді пайдалану керек, не экранды бөгеттен алыс қою керек. Егер
экранға дейінгі қашықтық жүздеген метрге немесе бірнеше километрге жететін
болса, онда дифракцияны өлшемдері бірнеше километр бөгеттерде байқауға
болады.
Геометриялық оптиканың қолданылатын шекаралары. Физикалық теориялардың
барлығы табиғатта шын болатын процестерді жуық түрде бейнелейді. Кез
келген теория үшін, оның қолданылатын белгілі бір шекарасын көрсетуге
болады. Нақтылы жағдайда берілген теорияны қолдануға бола ма, әлде жоқ па?
Бұл осы теорияға қатысты дәлдікке ғана емес, сондай-ақ белгілі бір
практикалық есепті шығарғанда қандай дәлдік талап етілетініне де тәуелді
болады. Теорияның шекараларын сол құбылыстарды қамтитын неғұрлым жалпы
теория жасалғаннан кейін көрсетіп тағайындауға болады.
Осы жалпы қағидалардың барлығының геометриялық оптикаға да қатысы бар.
Бұл теория жуық теория болып табылады. Ол жарықтың интерференция және
дифракция құбылыстарын түсіндіре алмайды. Неғұрлым жалпы және неғұрлым дәл
теория – толқындық оптика. Жарықтың таралу жолындағы бөгеттердің өлшемдері
жарық толқынының ұзындығынан көп үлкен болған жағдайда ғана жарықтың түзу
сызықты таралу заңы мен геометриялық оптиканың басқа заңдары жеткілікті
дәрежеде дәл орындалады. Бірақ олар ешқандай мүлде дәл орындалмайды.
Оптикалық приборлардың қызметін геометриялық оптика заңдары негізінде
сипаттап беруге болады. Осы теорияға сәйкес біз микроскоптың көмегімен
объектінің мейлінше ұсақ бөлшектерін айыра аламыз, телескоптың көмегімен
екі жұлдыздың бұрыштық қашықтықтары мейлінше аз болғанда да олардың бар
екенін анықтауға болады. Алайда шындығында олай емес және тек жарықтың
толқындық теориясы ғана оптикалық приборлардың мүмкіндік қабілетінің шегі
бар болу себептерін байқауға мүмкіндік береді.
Микроскоптың және телескоптың мүмкіндік қабілеті. Нәрсенің егжей-
тегжейін ажырату немесе өте ұқсас нәрселерді микроскоп арқылы бақылау
мүмкіншілігіне жарықтың толқындық табиғаты шек қояды. Ұсақ нәрселердің анық
кескінін шығаруға дифракция мүмкіндік бермейді, өйткені жарық мүлтіксіз
түзу сызықты болып таралмайды, нәрселерді орағытып өтеді. Сондықтан да
кескін бұлдыр болып шығады. Егер нәрселердің бұлдыр кескіндері ұласып
кетсе, ешбір үлкейту заттың егжей-тегжейін ажыратуға көмектеспейді.
Нәрселердің сызықтық өлшемі жарық толқынының ұзындығынан қысқа болғанда
осылай болады.
Телескоптың мүмкіндік қабілетіне де дифракция шек қояды. Толқындар
дифракциясы салдарынан объектив оправасының шетінде жұлдыздардың кескіні
нүкте болып түспейді, жарық және күңгірт сақиналар жүйесі түрінде болады.
Егер екі жұлдыз бір-бірінен кішкене ғана бұрыштық қашықтықта болса, онда
бұл сақиналар бір-бірімен беттеседі де, жарқырауық нүктенің біреу не екеу
екенін көз айыра алмайды. Жарқырауық нүктелерді бір-бірінен ажыратуға
мүмкіндік беретін олардың арасындағы шекті бұрыштық қашықтықты толқын
ұзындығының объектив диаметріне қатынасы арқылы анықтауға болады.
Бұл мысал дифракция құбылысы кез келген бөгетте, ылғи да болып
тұратынын көрсетеді. Аса нәзік бақылаулар да, толқын ұзындығы анағұрлым
үлкен бөгеттер үшін де оны елемеуге болмайды.
Жарықтың дифракциясы геометриялық оптиканың түсін айқындап береді.
Жарықтың бөгетті айналып өтуі аса маңызды оптикалық құралдардың – телескоп
пен микроскоптың – мүмкіндік қабілетіне шек қояды.
Дифракциялық тор. Тамаша оптикалық прибордың – дифракциялық тордың
құрылысы дифракциялық құбылысқа негізделген. Дифракциялық тор толып жатқан
өте жіңішке, мөлдір емес аралықтармен бөлінген көптеген саңылаулар жиынтығы
болып келеді. Жақсы тор шыны пластинаға параллель штрихтар сызылған арнаулы
бөлгіш машинаның көмегімен жасалады. 1 мм-дегі штрихтар саны бірнеше мыңға
жетеді, штрихтардың жалпы саны 100 000-нан асады. Екі шыны пластинаның
арасына қыстырылған осындай тордан желатинге түсірілген көшірме оңай
жасалады. Сапа жағынан ең жақсысы – шағылдырғыш торлар деп аталатындары.
Олар жарықты шағылдырғыш және оны шашыратқыш бөліктердің кезектесуі болып
табылады. Жарықтың шашыратқыш штрихтары кескішпен металл пластинаның тегіс
өңделген бәтіне сызылады.
Егер мөлдір саңылаулардың (не шағылдырғыш жолақтардың) ені a, ал мөлдір
емес аралықтың (не жарықты шашыратқыш жолақтардың) ені b болса, онда d=a +
b шама тордың периоды деп аталады. Дифракциялық тордың элементар теориясын
қарастырайық. Торға ұзындығы λ жазық монохромат толқын келіп түссін.
Саңылаулардағы екінші реттік жарық көздері барлық бағытқа тарайтын
жарық толқындарын шығарады. Саңылаулардан келетін толқындар бірін-бірі
күшейте түсетін шартты табайық. Ол үшін φ бұрышымен анықталатын бағытпен
тарайтын толқындарды қарастырайық. Көршілес саңылаулардың шеттерінен
есептелген толқын айырмасы АС кесіндісінің ұзындығына тең болады. Егер осы
кесіндіге толқын ұзындығының бүтін саны алынса, онда бүкіл саңылаулардың
толқындары қосылып, бірін-бірі күшейтеді. АВС үшбұрышынан АС катетінің
ұзындығын табуға болады:
АС = AB sin φ = d sin φ.
Максимумдар, төмендегі шарттан анықталатын, φ бұрышымен бақыланады:
d sin φ = k λ,
мұндағы k = 0, 1, 2, ...
Шарт орындалғанда саңылаулардың төменгі шеттерінен келетін толқындар
ғана күшейіп қоймайды, саңылаулардың барлық нүктелерінен келетін толқындар
да күшейтетіні есте болу керек. Бірінші саңылаудың әр нүктесіне екінші
саңылаудың қашықтағы нүктесі сәйкес келеді. Сондықтан осы нүктелер
шығарған екінші реттік толқындардың жол айырмасы d тең болады да, бұл
толқындар өзара күшейеді.
Тордың сыртына фокустық жазықтығына экран орнатылған жинағыш линза
қойылады. Линза параллель түскен толқындарды бір нүктеде фокустайды. Бұл
нүктеде толқындар қосылады да, өзара күшейеді. d sib φ = k λ шартын
қанағаттандыратын φ бұрыштары экрандағы максимумдардың орнын анықтайды.
Максимумның орны (k = 0) cәйкес келетін орталықтағыдан басқасы толқын
ұзындығына байланысты болғандықтан, тор ақ жарықты спектрге жіктейді. λ
неғұрлым үлкен болса, орталық максимумның берілген толқын ұзындығына сәйкес
келетін әйтеуір бір максимумы соғұрлым әрірек орналасады. k-ның әрбір
мәніне өзінің спектрі сәйкес келеді.
Жарықталу максимумдарының аралығында минимумдар орналасқан. Саңылаулар
саны неғұрлым көп болса, минимумдар соғұрлым айқын білінеді. Торға түскен
жарық энергиясы былайша бөлінеді: оның көбі максимумдар үлесіне келсе,
азғантай бөлігі ғана минимумдарға түседі.
Дифракциялық тордың көмегімен толқын ұзындығын дәл өлшеуге болады. Егер
тордың периоды белгілі болса, онда толқын ұзындығын анықтау максимуге
қарайғы бағытқа сәйкескелетін φ бұрышын өлшеуге келтіреді.
Біздің кірпіктерімізді, аралықтарымен қоса алғанда, дөрекі дифракциялық
тор деуге болады. Сондықтан күшті жарық көзіне көзімізді қысыңқырап
қарасақ, кемпірқосақ түстерін көреміз. Кірпіктер айналасында дифракция
кезінде ақ жарық спектрге жіктеледі.Ұзақ ойналатын жолдары бір-біріне
жақын келген күйтабақ шағылдырғыш дифракциялықтор тәрізді. Егер электр
шамының күйтабақтан шағылған жарығына қарасаң, жарықтың спектрге
жіктелгенін көресің.
k-ның түрлі мәніне сәйкес келетін бірнеше спектрді байқауға болады.
Егер шамның жарығы күйтабаққа үлкен бұрышпен түссе, онда сурет өте анық
болады.
Біріне-бірі жақын орналасқан көптеген жіңішке саңылаулар тамаша
оптикалық құрал – дифракциялық тор жасайды. Тор жарықты спектрлерге
жіктейді де, жарық толқындардың ұзындығын дәл өлшеуге мүмкіндік туғызады.
Жарықтың дисперсиясы. Сыну көрсеткіші жарық шоғының түсу бұрышына
тәуелді емес, алайда, шоқтың түсіне тәуелді. Мұны ашқан Ньютон болатын. Түс
– саналы көру түйсігі ретінде материалдық объектілердің қасиеттерінің бірі.
Адам объектіні көріп қабылдау процесіне оған біраз түсті меншіктеп
береді.
Ньютон телескоптарды жетілдіру жұмысымен шұғылдана отырып, объективтен
шыққан кескіннің шеттері боялғанына көңіл аударады. Ол бұл құбылысты
тамашалады да, тұңғыш рет –жарық сәулелерінің алуан түрлі екендігін және
бұған дейін ешкім ойламаған, жарық түстерінің ерекшелігін зерттеді (Ньютон
қабірінің басына жазылған сөз). Линзадан шыққан кескіннің кемпірқосақ
түсіне боялатыны әрине, Ньютонға дейін де байқалған. Призма арқылы қараған
нәрселердің шеттері де кемпірқосақ түсті болатынын байқаған. Призма арқылы
өткен жарық сәулелері шоғының шеттері ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz