Оптика жайлы ұғым

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

I. Кіріспе
Оптика жайлы ұғым
II. Негізгі бөлім
Оптиканың негізгі заңдары
Жарық интерференциясы
Жарық дифракциясы
Жарық дисперциясы

Қос сәулелі интерференция және оны іске асыру әдістері
III. Қорытынды.

Геометриялық оптика - оптиканың жарықты геом. сызық ретінде қарастыра отырып, жарықтың таралу заңдарын зерттейтін бөлімі. Сызық бойымен жарық энергиясы ағыны таралатын геом. сызық жарық сәулесі деп аталады. Жарық сәулесі түсінігін оптикалық біртекті емес ортада жарық дифракциясы ескерілмеген жағдайда ғана пайдалануға болады. Ал бұл жарық толқынының ұзындығы біртекті емес орта мөлшерінен көп кіші болған жағдайда мүмкін.

Геометриялық оптика заңдары көп ретте оптикалық жүйелердің жеңілдетілген, бірақ көп жағдайда дәл теориясын жасауға мүмкіндік береді. Геометриялық оптика, негізінен, оптикалық кескіннің пайда болуын түсіндіреді, оптикалық жүйелер аберрацияларын есептеп шығаруға және оларды түзету әдістерін жетілдіруге, оптикалық жүйелер арқылы өтетін сәулелер шоғының энергет. қатысын табуға мүмкіндік береді. Дегенмен, барлық толқындық құбылыстар, сондай-ақ, кескіннің сапасына ықпал ететін және оптикалық приборлардың ажыратқыштық шамасын анықтайтын дифракциялық құбылыстар Геометриялық оптикада қарастырылмайды.

Тәуелсіз таралатын жарық сәулелері туралы түсінік ежелгі ғылымда пайда болды. Ежелгі грек оқымыстысы Евклид жарықтың түзу сызық бойымен таралуын және оның айнадан шағылу заңдарын тұжырымдады. 17 ғ-да бірқатар оптикалық приборлардың (көру түтігі, телескоп, микроскоп, т. б. ) жасалуына және олардың кең қолданылуына байланысты Геометриялық оптика қарқынды дамыды. Голланд математигі В. Снелл және Р. Декарт жарық сәулелерінің екі ортаның шекаралық бөлігіндегі таралу заңдарын тәжірибелік жолмен анықтады. Геометриялық оптиканың теориялық негізі 17 ғ-дың соңында Ферма принципі ашылғаннан кейін қалыптасты. Ертеректе ашылған жарық сәулелерінің түзу сызық бойымен таралу, айнадан шағылу және сыну заңдары осы принциптің салдары болып табылады.

18 ғ-дан бастап геометриялық оптика оптикалық жүйелерді есептеу әдістерін жетілдіре отырып, қолданбалы ғылым ретінде дамыды. Классикалық электр динамикасы жасалғаннан кейін, геометриялық оптиканың формулаларын Максвелл теңдеулерінен алуға болатындығы дәлелденді. Геометриялық оптика теориясы іргелі түсініктері мен заңдарының (жарық сәулелері туралы түсінік, шағылу және сыну заңдары) аздығына қарамастан көптеген практикалық нәтиже алуға мүмкіндік беретін теория үлгісі болып есептеледі. Оптикалық құрылғылар теориясының көптеген есептері осы кезге дейін геометриялық оптикаға негізделген.

Оптиканың негізгі заңдары:

1. Түзу сызықты жарықтың қолдану заңы;

2. Жарықтың шағылу заңы;

3. Жарықтың сыну заңы.

Геометрикалық оптиканы толқынды оптикалық шектелген деп қарастыруға болады.

Оптика бөлімі, қозғалу энергиясының жарық сәулесі сияқты бағытталуын жарық энергиясы негізінде қолданылуы геометриялық оптика деп аталады. Геометриялық оптиканың негізгі заңы жарықтың физикалық табиғаттын орнатудан көп бұрын белгілі болды.

Түзу сызықты жарық заңы оптикалық біртекті ортада түзу сызықты жарық қолданылғанда орынды. Бұл заңды кенет көлеңкеде түссіз емес денелердің жарықталуы кезінде кіші өлшемді жарық («нүктелік көз») көзі кезінде қолданады. Нәтижесінде тар жарық шоғыры пайда болатын жарықтың өтуі алыс көзден үлкен емес саңылау ішінен басқа атақты әдіс дәлелдеулері қызмет етуі мүмкін. Бұл әдіс жарық сәулесін геометриялық сызық ретінде ұсынылған жарық бойында қолданылады.

Мөлшерлері үлкен ұзындықтағы толқындармен салыстырғанда, жарықтың аз бөлігі өтетін болса, жарық сәулесі мәнін жоғалтады, нәтижесінде түзу сызықты заңды қолдану да бұзылады. Сол себептен толқындық оптика ұмтылған кезде геометриялық оптикаға сүйенеді.

Жарық екі түссіз заттар арасында бөлшектеніп шағылады, жарық энергиясы шағылғаннан кейін жаңа бағытта қолданылады.

Жарықтың шағылу заңы: екі заттың бөлінген жеріне перпендекуляр нүктеге түскен және шағылған сәуленің шағылу бұрышы түсу бұрышына тең.

Жарықтың сыну заңы: түскен және шағылған сәуле, сонымен қатар қалпына келген сәуленің түсу нүктесі екі заттың шекарасына перпендекуляр бір жазықтықта жатады. Берілген тұрақты екі заттың d түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы сыну көрсеткішін береді:

Екінші заттың біріншіге қатынасы сынудың қатынасының көрсеткіші n тұрақты мөлшерін айтады. Заттың вакуумға байланысты сыну көрсеткіш абсолютті сыну көрсеткіші деп аталады.

Екі заттың сыну көрсеткіштерінің қатынасы олардың абсолютті сыну көрсеткішіне тең:

Шағылу және сыну заңдары толқынды физикамен түсіндіріледі. Сыну толқынының бір заттан келесі затқа өту кезіндегі жылдамдығының өзгеруі толқын түсінігі бойынша анықталатын болса, онда сынудың физикалық көрсеткіші бірінші заттағы толқын жылдамдығының екінші заттағы толқын жылдамдығына қатынасымен анықталады:

Сынудың абсолютті көрсеткіші вакуумдегі жарық жылдамдығының с заттағы жарық жылдамдығына қатынасымен анықталады:

Заттағы абсолютті шағылуының аз көрсеткішін беріктігі аз деп айтады. Оптикалық беріктігі жоғары ортадан оптикалық беріктігі аз ортаға жарықтың өтуі кезінде (мысалға, шыныдан ауаға) , сынған сәуленің толық шағылуының пайда болуын байқауға болады (4. 5-сурет) . түсу бұрышы үшін .

4. 5-сурет. Оптикалық беріктігі жоғары ортадан оптикалық беріктігі аз ортаға жарықтың өтуі кезінде сынған сәуленің толық шағылуы

Шағылу және сыну заңдары:

мұндағы - бірінші ортаның абсолютті сыну көрсеткіші, шыны-ауа шекарасының арасы үшін қиын бұрыштың мәні , су-ауа үшін қиын бұрыштың мәні тең.

Жарық интерференциясы

Жарықтың толқыңдық қасиетін көрсететін құбылыстардың бірі -интерференция. Интерференция деп бірдей жиіліктегі екі (немесе бірнеше) толқынның бір нүктеде кездескенде бірін-бірі күшейтуін немесе бәсеңдетуін айтамыз. Жарықтың интерференциясын экранды екі когерент жарық көздерімен жарықтандырғанда байқауға болады. Фазалар айырмасы уақытқа байланысты өзгермейтін және бірдей жиілікте тербелетін толқындарды когерент толқындар деп атайды. Когерент толқындар шығаратын толқын көздерін когерент жарык; көздері деп атайды. Когерентті емес жарық көздерінен шыққан сәулелер бірімен бірі қабаттасқанда интерференция құбылысын туғыза алмайды. Сондықтаң да интерференция құбылысык байқау үшін тек қана когерентті толқындар қажет екен. Когерентті толқындарды шығарып алудың бірнеше жолдары бар. Соның екеуіне тоқталайық. Біріншісін Юңг тәжірибесі деп атайды. Когерент жарық сәулесінің жолына екі тесігі бар кедергі қоялық. Сонда екі тесікке келген жарық көздері қайтадан когерент жарық сәулелерін шығарып тұрғанға ұқсайды. Ол екеуінен шыққан жарық толқыңдары экранда кездескенде интерференция құбылысы байқалады. Екінші әдісте Франель айналары пайдаланылады. Екі айна бірімен-бірі 180° бұрышқа жуық бұрыш жасайтындай етіп орналастырылады. Сонда когерент жарық көзінен айнаға түскен жарық толқындары шағылысып, экранда интерференция туғызады.

Интерференцияның қолданылуы әр түрлі және өте маңызды. Арнаулы приборлар- интерферометрлер бар, олардың жұмысы интерференция құбылысына негізделген. Олардың қолданылуыәр түрлі болуы мүмкін; жарық толқындарының ұзындықтарын дәл өлшеу, газдардың және басқа заттардың сыну көрсеткішін өлшеу және т. б. Интерференцияның екі түрлі қолданылуына ерекше тоқталуға болады: Беттерді өңдеу сапасын тексеру және оптиканың жарқындалуы

Жарық дифракциясы

Жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейтін келесі құбылыс - дифракция. Түзу сызық бойымен таралып келе жатқан жарық өз жолында кедергіге кездессе, ол кедергіні айналып өтеді, яғни жарық бастапқы бағытын өзгертеді. Жарықтың түзу сызықты жолдан бұрылу құбылысын дифракция деп атайды. Дифракцияны XVII ғасыр соңында Франческо Гримальди ашқан. Бұл құбылысқа түсінікті Томас Юнг және Огюстен Френель берді. Олар интерференция мен дифракция құбылысына байланысты эксперименттерге тек түсінік беріп қоймай, жарықтың түзу сызықты таралуын толқындық теория тұрғысынан толық түсіндірді. Жарық дифракциясы кәдімгі жағдайларда байқала бермейді. Ал дыбыс толқындарының дңфракциясын кәдімгі жағдайда анық байқауға болады. Мысалы, үйдің бір бөлмесінде айтылған сөз екінші бөлмеге естідеді. Оның себебі дыбыс толқыны жолда тұрған кедергіні (қабырғаны) айналып өтеді, яғни дыбыс толқыны дифракцияланады. Дифракция құбылысын анығырақ түсіну үшін мына мысалды қарастырайық. Егер толқын ұзындығы жолындағы кедергінің (немесе тесіктің) шамасынан үлкен не оған тең болса, онда толқын таралады. Ал толқын ұзындығы кедергінің шамасынан кіші бсшса, онда ол 105 - суреттегідей таралады. Көрінетін жарық толқындарының ұзындығы 380 нм -760 нм аралықта екенін ескерсек, онда кедергі шамасының өте кішкене болатынын аңғару қиынға түспейді. Дифракцияның нәтижесінде ақ және қара дөңгелекшелер пайда болады. Оны дифракциялық сурет деп атайды. Ондай суреттерді алу үшін дифракциялық тор пайдаланылады. Дифракциялық тор әдетте шыны пластинканың бетін тырнап, кедір-бұдыр жасау арқылы алынады. 1 мм шыны пластинкаға 500-ге дейін бұдыр салынады. Егерде өткізбейтін бөліктің енін b, ал өткізетін бөліктің енін а десек, онда b- а + b - тор периоды деп аталады. Тор периодымен жарыктың толқын ұзындығының арасында мынадай байланыс бар: d sin = k, мұндағы k- 0, 1, 2 - спектр реті.

Электромагнитті толқындардың дифракциясын арнайы қондырғымен бақылайды. Аса жоғары жиілікті генератор мен қабылдағыштың арасында жіңішке саңылауы бар металл экран тұрады. Қабылдағыштың орнын ауыстыра отырып, тербеліс амплитудасының максимумдары мен минимумдары кезек ауыстыратынын көреміз. Бұл саңылаудың шетін орағытып өтетін толқындардың дифракциясы нәтижесінде ғана мүмкін болады. Яғни, электромагниттік толқындарда дифракция құбылысы байқалады.

1912 жылы Макс Лауэ және оның шәкірттері рентген сәулесінің дифракция құбылысын ашты. Бұл ретте дифракциялық тор ретінде қатты дененің кристалдық решеткасы қолданылды. Кристалдық решетка периоды 0. 1нм екенін ескеріп, жуықтап алғандағы рентген сәулесінің толқын ұзындығы да 0. 1нм болып шыққан.

Жарық дисперсиясы

Заттың жарықты сындыру көрсеткішінің жарық толқыны ұзындығына тәуелділігі жарық дисперсиясы деп аталады. Жарық дисперсиясы жарық мөлдір призмадан өткенде аиқын білінеді. Сонда ақ жарық жеті түрлі түске жіктеледі. оны спектр деп атайды. Әр түрлі жарық көздерінің спектрлерін зерттегенде, спектрдің бірнеше түрлері болатындығы тағайындалды. Қызған қатты денелер мен сұйықтар шығаратын жарық спектрлері тұтас спектр болады. Мұндай спектрлерде бір түс пен екінші түстің ара жігі бөлінбей, біріне-бірі жалғасып жатады. Мысалы, электр шамының қылсымы қызғанда шығатын жарық. Сиретілген газдар мен булар сызықтық спектрлер шығарады. Мысалы, гелий, неон, аргон сияқты инертті газдардың сутегі, оттегі атомдарының, сондай-ақ металл буларының шығаратын жарығының спектрлері. Жарқырап тұрған дененің шығаратын спектрлері шығару спектрлері деп аталады. Кез келген жарық көзі шығарып тұрған жарық ағынын жарық үшін мөлдір болып саналатын зат арқылы өткізсек, онда ол ағын энергиясының бір бөлігін зат жұтып алады. Заттар толқын ұзындықтары әр түрлі жарық сәулелерін бірдей жұта бермейді. Зат қызған кезінде қандай толқын ұзындықтағы сәуле шығаратын болса, сол толқын ұзындықтағы сәулені жақсы жұтады. Түрлі элементтер атомдарының жұтылу спектрлерін зерттеу нәтижесінде Кирхгоф мынадай заң ашты: атомдардың жұтылу сызықтары олардың сәуле шығару сызықтарына сәйкес келеді. Заттың құрамын оның сәуле шығару спектрі бойынша анықтау спектрлік анализ деп аталады. Спектрлік анализ металлургияда, химияда, физикада, биологаяда және т. б-жерлерде қолданылады. Спектр әдісі арқылы бірнеше химиялық элементтер табылды. Мысалы, 1860 жылы спектр әдісімен цезий, 1861 жылы рубидий, таллий т. б. элементтер ашылды. Спектрлік анализ аспан денелерін зерттеуге де көп көмегін тигізеді. Күннің жарығын арнаулы спектрлік құралдармен спектрге жіктеп зерттегенде, оның құрамында өзімізге қазіргі кезде мәлім 67 элементтің бар екені анықталған. Оптика Оптика - жарық туралы ілім. Ол жарықтың заттар мен әсерлесуін зерттейді. Жарық табылған туралы алғашқы ұғым ерте заманда ақ пайда болған. Атақты матеметик Пифагор (б. з. д. 582- 500ж) адам көзінен ыстық бу шығып, затты сәулелендіреді деп ұзынды.

Гюйгенс - Френель принципі - екінші ретті қөздерден таралған толқын интерференциясын есептеу жолымен дифракциялық суреттің интенсивтілігін табудың жуық тәсілі.

Қос сәулелі интерференция және оны іске асыру әдістер

Когерентті толқындарды интерферометрлердің көмегімен алады. Ең қарапайым түрі - бір жарықты екіге жіктеу.

Юнг әдіс

4. 10-сурет

Ағылшын физигі Томас Юнг жарық толқындарының кеңістіктік когеренттігін алды. Ол S жарық көзінің алдына кішкентай саңылауы бар S ₁ тосқауылды орналастырды. Жарық толқындары ол саңылаудан өтіп, бірдей фазамен бір уақытта екі кішкене S ₂ және S ₃ саңылауларға жетеді. Бұл саңылаулар бір-біріне жақын және жарық көзіне қатысты симметриялы орналастырылған (4. 10-сурет) .

Сондықтан S ₂ және S ₃ саңылаулары бір толқындық бетте жатыр деп есептеуге болады. Гюйгенс принципі бойынша толқындық беттің әрбір нүктесі екінші толқын көзі болып табылады.

Френель әдістері

Когерентті жарық толқынын алудың басқа жолын француз физигі Огюстjн Кан Френель ұсынды. Ол қос призма (бипризма) мен қос айнаны пайдаланды. Бипризма әрқайсысының сыну бұрышы өте аз болып келген бірдей екі призмадан тұрады. Олар бір-біріне табандарымен беттестірілген. Френельдің қос призмасының табанындағы бұрышы өте доғал -175° 179°. S жарық көзінен шыққан сәуле бипризмаға түседі де одан екі жарық толқыны S ₁ және S ₂ алынады. Олар шеңбердің бойында орналасқан.

Экранда тұрақты интерференциялық көрініс - кезектесіп орналасқан күңгірт, ақ жолақтар пайда болады. Қос айнаның жұмыс істеу приндипі де жоғарыдағы тәрізді Z ₁ және Z ₂ айналары центрі О нүктесі болатын шеңбердің радиусы болсын дейік. Жарық көзі S шеңбердің бойында орналасқан. Z ₁ және Z ₂ айналары жарық сәулесін екіге жіктейді, олар экранның бір А нүктесіне жиналады.

Жұқа пленка әдіс

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.