Шпаргалка по "Физике"

Кирхгофтың бірінші және екінші заңдары бойынша құрастырылатын теңдеулердің жалпы саны () белгісіз тоқтың санына тең. Кирхгофтың бірінші заңына байланысты құрастыратын теңдеулер саны ()-ге тең. Кирхгофтың екінші заңы бойынша құрастырылатын өзара тәуелсіз теңдеулер саны:

                          .          (3.3)

Теңдеулерді Кирхгофтың екінші заңы бойынша құрастырған кезде  тоқ көзі жоқ, тәуелсіз контур таңдаған жөн.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26.Юнг тәжірибесіндегі интерференциялық  бейне қалай өзгереді, егер жүйені  суға орналастырса?

Жарық интерференциясын ашқан 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 қалқадағы кішкене А тесіктен өткен жіңішке жарық шоғымен  жарықталды.Ол кезде 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 тесіктерден, аздап бірін-бірі жабатын, екі жарық конус шықты.Жарық  толқынндарының интерфенциясы нәтижесінен, экранда кезектесіп келетін ашық және көмескі жолақтардың жоғалып  кеткенін көрді.Міне, дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әр түсті  жарық сәулелеріне сәйкес келетін, толқындар ұзындығын өте дәл  өлшеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27.Гюйгенс-Френель принципі нені  түсіндіруге мүмкіншілік берді? Жарық дифракциясы деп геометриялық оптиканың заңдарынан ауытқуына байланысты  жарықтың мөлдір емес орталарда тар тесіктерден өткен кезде байқалынатын қүбылысты айтады.  Жарық толқындары кедргілерд айналып геометриялық көлеңкеоблысына өтеді.

  Гюйгенс принципі  бойынша толқын жеткен кез  келген нүкте екінші ретті  толқындардың центрін, ал осы  толқындардың айналушісы кейнгі  уақыт мезетіндегі толқындық  фронттың орынын береді.Френель  Гюйгенс принципін екінші ретті  толқындардың интерференциясы идеясы  мен толықтырып оған физикалық  мағына қосты. Гюйгенс-Френель  принципіне сәйкесті жарық көзі  қоздыратын жарық толқыны жалған  көздерден шығатын когерентті  екінші ретті толқындардың суперпозициясының  нәтижесі деп қарастырылады. Осындайкөздерретінде  көздіқоршап тұрғанкезкелген тұйық  беттіңшексізкішкентайэлементтерінпайдалануғаболады. Әдеттетолқындықбеттіпайдаланады,  сондықтанбарлықфиктивтікөздерсинфазалыәсеретеді.  Сондықтан, көздентаралғантолқындаркогеренттіекіншіреттітолқындардыңинтерференциясыныңнәтижесіболады. Екіншіреттітолқындардыңамплитудалары  мен фазаларынесептепкеңістіктіңкезкелгеннүктесіндеқорытқытолқынныңамплитудасын (интенсивтілігін) табуға болады, яғнижарықтыңтаралу заңдылықтарын анықтауғаболады.Френель зоналарыәдісі.

Жарықтыңтолқындықтеориясыаймағындажарықтыңтүзусызықтытаралуын Френель зоналарәдісінегізіндетүсіндірді.

S-нүктелік көзден таралған жарықтың амплитудасы кез келген  М- нүrтеде анықталады (сур 1). 

 

 

Гюйгенс-Френель принципі принципі бойынша көздің әрекеті  толқындық фронттың бетінде орналасқан жалған көздердің әрекетімен айырбасталанады. Френель толқындық бетті сақыналық  зоналарға бөлді.

Сол кезде зонаның шетерінен  М-нүктеге дейін арақашықтықтар λ/2 –ге тең болады, яғни   P₁M- P₀M = P₂M –P₁M =……= λ/2.

  Тербелістер көршілес  зоналардан  М-нүктеге қарсы фазада  келіп бірін –бірі әлсіретеді, яғни жарық тербелістерінің   М-нүктесіндегі қорытқы амплитудасы   A=A₁-A₂+A₃-A₄+….     (1), мүндағы A_1,A₂,A₃,…..1-ші, 2-ші,..m-ші зоналар қоздыратын тербелістердің амплитудалары.

  Егер λ<<a , λ<<b   ,

Сфералық сегменттің ауданы

Френельдің  m-ші зонасының ауданы

Осыдан сфералық толқынның  толқындық беті тең зоналарға  бөледі.

Сур 2-ге сәйкесті жеке зоналардың  М-нүктеге әсері φ_m бүрыші оскен сайін кемийді,  яғни A₁>A₂>A₃>A₄>…….

Жарты сферада орналасатын  Френель зоналарының саны көп: a=b=10 cm ; және l=0.5 мкм болғанда N=

Сондықтан жуықтап пайдалануға  болады   , яңни Френельдің кейбір m-ші зонасының тербеліс A_m амплитудасы көршілес зоналардың амплитудаларының орташа арифметикалық мәніне тең. Сонда жарық тербелістерінің қорытқы амплитудасы Френельдің орталық зонасының жартысының әсерімен анықталады:   A==

Френельдің m-ші зонасының сыртқы шекарасының радиусы: 

Егер a=b=10см және λ=0,5мкм болса,  онда бірінші (орталық) зонаның радиусы r₁=0,158мм болады. Сондықтан жарық өте тар канал ішінде таралады, яғни тізу сызықты таралады. Сейтіп, Гюйгенс-Френель принципі жарықтың біртекті ортада тізу сызықты таралатынын түсіндіруге мүмкіншілік береді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.Неге дифракциялық тор ақ жарықты спектрге жүктейді?

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.

Ендері тең , бір жазықтықта орналасқан және ендері тең мөлдір емес арақашықтармен бөлінген параллель  саңылаулардың жыйінтығы дифракциялық тор деп аталады.

Тордағы дифракциялық бейне  барлық саңылаулардан келген                                   толқындардың өзара интерференциясының нәтижесімен анықталады.

Тордың периуды       d=a+b , a- тордың кезкелген саңылауының ені,   b-саңылаулар арасындағы мөлдір емес учаскілерінің ені.

                                       d= , N₀-үзындық бірлігіне келетін саңылаулар саны.

  Бас минимумдар шарты:     (m=1,2,3…..);

  Бас максимумдар шарты:  dsin (m=0,1,2,….).

  Қосымша минимумдар шарты : (=1,2,3,…,  O,N,2N…-нен басқа).

Дифракциялық тор беретін  максимумдар саны :  .

Дифракциялық   тор  ақ жарықты спектрге жіктейді, сондықтан  оны спектрлік қондырғы ретінде  пайдалануға болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.Табиғатта кездесетін  қандай оптикалық құбылыстарды  білесіз? 

 
Оптика (гр. optіke – көзбен қабылдау жөніндегі ғылым, optas – көрінетін) – физиканың сәуле (жарық) шығару табиғатын, жарықтың таралуын және оның затпен әсерлесу құбылыстарын зерттейтін бөлімі. Оптикалық құбылыстардың кейбіреулері ерте заманнан-ақ мәлім; мысалы, жарықтың түзу сызықпен таралуы, оның шағылуы, сынуы ежелден белгілі. Жарықтың біртекті ортада түзу сызық бойымен таралу заңы мен жарықтың айнадан шағылу заңы б.э.б. ІІІ ғасырда өткен ертедегі грек ғалымы Евклидтің еңбектерінде кездеседі. Жарықтың мөлдір екі ортаның шекарасында сыну құбылысы ертедегі грек ғалымы Аристотельге (б.э.д. 384-322 ж.) мәлім болған. Жарықтың сыну заңын біздің эрамыздың бас кезінде өмір сүрген –Александриялық астроном К. Птолемей (70-147 ж.) дәлелдемек болып талаптанған, бірақ оны ХҮІІ ғасырдың басында Голландия физигі В. Снелиус тағайындады. Оптиканың негізгі заңдарын (жарықтың түзу сызықпен таралу заңын, оның шағылу және сыну заңдарын т.т.) ұғыну үшін және оптикалық құбылыстарды түсіну үшін жарықтың табиғаты туралы белгілі пікір болуы тиіс. Ондай пікірлерді кезінде ерте заман ғалымдары да ұсынды, бірақ ғылымның дамуымен қабат жарықтың табиғаты жайындағы ой-пікір өзгеріп дамып отырды. 
ХҮІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайында екі түрлі ғылыми түсінік болды. Олардың біреуі-жарықтың корпускулалық теориясы, екіншісі-жарықтың толқындық теориясы.

Жарықтың  дифракциясы деп жарық толқындарының жолындагғы бөгеті орап (айналып) өтуін айтады. Неғұрлым кең мағынада айтқанда, элоктромагниттік толқындар экранның саңлаудың немесе басқада да бір текті емес нәрселердің шетіне жақын жерден өткенде олардың таралу бағыты өзгереді. Дифракция құбылысы жарықтың түзу сызықпен таралуынан ауытқын көрсетеді. Жарық толқындары өлшемдері жөнінен жарық толқыны ұзындығымен шамалас бөгеттерді орғытып өтеді. Жарықтың дифрация құбылысы дегеніміз осы.

Геометриялық оптика заңдары  жарық толқындарының жолындағы  бөгеттердің өлшемдері толқын ұзындығынан  көп үлкен болатындай жағдайда орындалады.

Дифракциялық құбылысқа  байланысты есептерді шығару үшін, яғни бөгеті бар ортада тарайтын жарық  толқыны интенсивтілігінің таралуын табу үшін Гюйгенс және Гюйгенс-Френель  принциптері қолданылады.

Гюйгенс-Френелъ  принципі:

1. Кез-келген уақыт мезетіндегі толқындық бет дегеніміз-айналып өтетін екінші ретті толқындардың жай ғана өзі емес, олардың интерференцияларының нәтижесі болып табылады.
2. Жарық толқындары келiп жеткен беттiң әрбiр нүктесi өз кезегiнде жаңа толқын көздерi болып табылады

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.

Заттан өткенде жарық  толқынының энергиясының жойылу қүбылысы жарықтың жүтылуы (абсорбция ) деп аталады. Бүл кезде жарық толқынының энергиясы заттың ішкі энергиясына және екінші ретті сәулелену энергиясына түрленеді.

 Бугер заңы (жарықтың  затта әлсіреу заңы )  

(I₀ және I - жүтатын заттың ені х қабатының кірісімен шығысындағы жазық монохромат жарық толқынының интенсивтілігтері).

Жүтылу коэффициенті жарық  интенсивтілігіне тәуелді емес,  λ толқын үзындығына және заттың табиғатына тәуелді .  x=1/α –ға тең       болғанда жарық интенсивтілігі   е  есе азаяды.

Металдарда жүтылу коэффициентінің  шамалары үлкен  (10³- 10⁵ см^-1) сондықтан металдар жарық үшін мөлдір емес.

Заттың абсолютты сыну көрсеткішінің  n затқа түскен жарықтың жийілігіне  υ (λ) тәуельділігін жарық  дисперсиясы деп атайды.  n=ƒ(λ)

Призма және дифракциялық тор көмегімен жарықты спектрге жіктеп оның спектрлік қүрылымын  анықтауға болады.

1. Дифракциялық тор түскен жарықты толқын үзындық бойымен жіктейді:

                 

2. Призма жарықты сыну көрсеткіші шамасымен жіктейді: n=ƒ(λ)

-заттың дисперсиясы . λ-кеміген сайын  -өседі, бүны  қалыпты дисперсия деп атайды. Жүтылу сызығы немесе жолағы маңайында λ- кемігенде n-кемийді. Осы қүбылысты аномалды дисперсия деп атайды.

 

Дисперсияның элементарлы  электрондық теориясы.

Максвелл теориясынан   (ε және μ-электрлік және магниттік өтімділіктер). Спектрдің оптикалық облысында μ≈1, сондықтан 

Электрондық теория бойынша  жарық дисперсиясы ε-ның жарық толқындарының

жийілігіне тәуелділігінің нәтижесі,

 

мүндағы χ-диэлектрлік алғырлығы, p- үйіктелгендіктің лездік шамасы.

Интерферения –фаза айырмашылықтары тұрақты және когерентті  толқындардың бір-бірімен кабаттасуы

Жарықтың интерференциясы дегеніміз – жарық толқындары қабаттасқанда кеңістіктің белгілі бір нүктесінде толқындардың күшеюі және келесі бір нүктелерінде толқындардың әлсіреу құбылысы.

Интерференция құбылысын  бақылау үшін қажетті шарт – толқындардың когерентті болуы. Когеренттілік дегеніміз – бірнеше тербелмелі немесе толқындық процесстердің кеңістік пен уақыт бойынша үйлесімді өтуі. Бұл шартты монохроматты толқын қанағаттандырады.Монохроматты толқындар белгілі бірдей жиіліктегі амплитудасы тұрақты толқындар. Нақты жарық көзінен монохроматты жарық алу мүмкін емес, себебі жеке атомдардың сәуле шығаруы бір біріне тәуелсіз және олардың фазаларының айырымы кездейсоқ шама. Кеңістіктің берілген нүктесінде екі тербелістің фазалар айырымы уақыт өтуімен өзгермесе, уақыт бойынша когеренттілік деп аталады. Бастапқы фаза кездейсоқ өзгерістер әсерінен бастапқы мәнінен шамасына өзгеше мән қабылдайтын уақыт когеренттілік уақыты деп аталады. Екі тербелістің фазалар айырымы толқын бетінің әр түрлі нүктесінде тұрақты болатын үйлесімділік кеңістік бойынша когеренттілік деп аталады. Фазалар айырымының мәні шамасына жететін арақашықтық когеренттілік

ұзындығы деп аталады.Сонымен толқындардың интерференциясының байқалу шарты

төмендегідей: 1) жиіліктері бірдей;

                         2) фаза айырымы уақыт бойынша  тұрақты.

Нақты жарық көзінен когерентті толқындарды алудың бір ғана жолы бар. Ол үшін бір жарық толқынын оптикалық  жүйе арқылы екі бөлікке бөлеміз, сонда олардың оптикалық жолы әр түрлі болады; осыдан кейін екеуін қайтадан қосамыз.Жарық толқындары қабаттасқанда суперпозиция принципі орындалады, яғни кеңістіктің әрбір  нүктесіндегі қорытқы кернеулік   . Егер мен векторлары бір бағытта тербелсе, векторлық диаграмма (4.2-суретті қара) әдісін қолданып, екі векторды қосамыз. (4.3) пен (7.4) өрнектерді ескерсек, қорытқы толқынның интенсивтілігі

. (7.5)

Кеңістіктің болатын нүктелерінде, интенсивтілік , ал болатын нүктелерінде, интенсивтілік , . Интерференциялық көріністі бақылау нүктесінде тербелістің фазалар Айырымы

мұндағы - екі когерентті толқынның жарық көзінен интерференциялық көріністі бақылау нүктесіне дейінгі жүретін жолы; мен   - сыну көрсеткіштері мен болатын орталардағы