Жарық дифракциясының негіздері

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]

Laser Interference.JPG

 

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 бейненің 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, l — толқын ұзындығы), ал параллель сәулелер дифракциясы: b шарттарын қанағаттандырады. Соңғы жағдайда саңылауға түскен параллель жарық сәулелер шоғы алшақтау бұрышымен (j ~ l/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 j бұрышының өзгеруіне сәйкес болып экран бетінде өзгеріп отырады: sіnj=ml/b (m =1, 2, 3,...). Жарықталынудың ең үлкен шамасы m=0 және sіnj=0 (яғни j=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 (телескоптардың, микроскоптардың, т.б.) ажыратқыштық шамасы, сондай-ақ, лазер сәулесінің жинақтылығы анықталады. [2]

 

 

Жарық –

Корінетін жарық - барлық жарықтың бірі

 

    тар мағынада  – көрінетін сәуле, яғни жиілігі 7,5 •1014 – 4,0 • 1014Гц аралығындағы  адам көзі қабылдайтын электрмагниттік  толқын;

    кең мағынасында  — қабылданатын сәулемен бірге  спектрдің ультракүлгін және  инфрақызыл аймағындағы сәулелерді  де қамтитын оптикалық сәуленің  синонимі.

 

Мазмұны

 

    1 Жарық дифракциясы

    2 Жарық жылдамдығы

    3 Жарық интерференциясы

    4 Жарық қысымы

    5 Жарықтың сынуы

    6 Жарықтың шашырауы

    7 Тағы қараңыз

    8 Дереккөздер

    9 Сыртқы сілтемелер

 

Жарық дифракциясы

 

Жарық дифракциясы – жарық толқындарының мөлшері сол толқындардың ұзындығымен қарайлас тосқауылды (тар саңылау, жіңішке сым, т.б.) орап өту құбылысы. Жарық дифракциясы болу үшін жарық түскен дененің айқын шекарасы болуы тиіс. Дифракция жарыққа ғана тән емес, басқа да толқындық процестерде де байқалады (мысалы, 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 қысқа болғандықтан, қалыпты жағдайда жарық дифракциясы байқалмайды. Жарық дифракциясы – жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейтін негізгі құбылыстардың бірі. Бұл құбылысты 17-ғасырда италиялық физик және астроном Франческо Гримальди ашты, ал оны француз физигі Огюстен Жан Френель түсіндірді.

Жарық жылдамдығы

 

'Жарық жылдамдығы, с' –  кез келген электрмагниттік толқындардың (оның ішінде жарықтың да) бос  кеңістіктегі (вакуумдағы) таралу жылдамдығы; іргелі физикалық тұрақтылардың  бірі. Жарық жылдамдығының шамасы  материалдық дененің массасы  мен толық энергиясын байланыстырып  тұрады. Санақ жүйесі өзгерген кезде координатты, жылдамдықты және уақытты түрлендіру жарық жылдамдығы арқылы өрнектеледі. Жарық жылдамдығын алғаш рет 1676 ж. Юпитер серіктерінің тұтылулары арасындағы уақыт аралығының өзгеруі бойынша дат астрономы Оле Ремер өлшеді (бақылау нәтижесінде с=215000 км/с болды). Жарық көзі ретінде лазерлерді пайдаланып жүргізген өлшеулер нәтижесінде жарық жылдамдығын өлшеу дәлдігі жоғары көтерілді: с=299792,5•0,15 км/с. Қазіргі кезде жарық жылдамдығының вакуумдағы мәні үшін ресми түрде с=299792,458•1,2 м/с қабылданған.

Жарықтың Жерден Айға дейін жылдамдығының уақыты

Жарық интерференциясы

 

Жарық интерференциясы – жарық толқындарының қабаттасуы нәтижесінде бірін-бірі күшейтуі немесе әлсіретуі. Егер екі толқынның өркештері мен өркештері, сайлары мен сайлары дәл келсе, онда олар бірін-бірі күшейтеді; ал біреуінің өркештері екіншісінің сайларына дәл келсе бірін-бірі әлсіретеді. Жарық интерференциясы кезінде қабаттасқан жарық шоғының қарқындылығы бастапқы шоқтың қарқындылығына тең болмайды. Механикалық толқындар да интерференцияланады. Жарық интерференциясына қатысты кейбір құбылыстарды Исаак Ньютон бақылаған. Бірақ ол өзінің корпускулалық теориясы тұрғысынан бұл құбылысты түсіндіре алмады. 19-ғасырдың басында ағылшын ғалымы Томас Юнг және француз физигі Огюстен Френель жарық интерференциясын толқындық құбылыс ретінде түсіндірді. Кез келген жарық толқындары қабаттасқанда интерференция құбылысы байқалмайды. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады. Жарық интерференциясының көмегімен жарық толқындарының ұзындығы өлшенеді, спектр сызықтарының нәзік түзілісі зерттеледі, заттың тығыздығы мен сыну көрсеткіші тәрізді қасиеттері анықталады.

Жарық қысымы

 

Жарық қысымы – жарықтың шағылдыратын немесе жұтатын денеге түсіретін қысымы. Күн маңынан ұшып өткен кезде құйрықты жұлдыздың (кометаның) құйрығының қисаюына жарық қысымының әсері болатындығын 1619 ж. алғаш рет неміс ғалымы Иоганн Кеплер болжаған. 1873 ж. ағылшын физигі Джеймс Максвелл электрмагниттік теорияға сүйене отырып, жарық қысымының шамасын анықтады. 1899 ж. орыс физигі Петр Лебедев жарықтың қатты денелерге, кейінірек газдарға (1907 – 10) түсіретін қысымын өлшеді. Жарық қысымын жарықтың электрмагниттік теориясы мен кванттық теориясы негізінде түсіндіруге болады. Жарық қысымы әсерінен Жердің жасанды серіктерінің орбиталары аз да болса толықсиды.

Жарықтың сынуы

 

Жарықтың сынуы – екі ортаның шекаралық қабатына түскен сәуленің екінші ортаға өткен бөлігінің бастапқы бағыттан ауытқуы. Жарықтың сыну заңдары былай тұжырымдалады:

 

    түскен сәуле, сынған  сәуле және екі ортаны бөлетін  шекаралық бетке жүргізілген  перпендикуляр бір жазықтықта  жатады. Түскен сәуле мен сынған сәуле өзара қайтымды болады;

    түсу бұрышы  синусының (α) сыну бұрышы синусына (φ) қатынасы тұрақты шама болады: мұндағы n – ортаның сыну көрсеткіші. Берілген заттың вакууммен салыстырғандағы  сыну көрсеткіші сол заттың  абсолюттік сыну көрсеткіші деп  аталады.

 

Жарықтың шағылуы – жарықтың екі түрлі орта шекарасына (кем дегенде біреуі мөлдір болатын) түсуі кезінде байқалатын құбылыс. Мөлдір ортадағы жарық сәулесі сыну көрсеткіші сол ортаға қарағанда өзгеше болатын екінші ортаға жеткен соң, оның біршама бөлігі сынып, басқа бағытпен таралады да, енді бір бөлігі бірінші ортаға қарай кері шағылады. Шағылған және сынған сәулелер қарқындылығының салыстырмалы шамасы жарық түскен дене бетінің тегістігіне, жарықтың құрамы мен түсу бұрышына, т.б. байланысты болады. Кейде жарық сәулесі толығымен кері шағылады.

Жарықтың шашырауы

 

Жарықтың шашырауы – жарық сәулесінің бастапқы таралу бағытын өзгертіп, жан-жаққа ауытқуы. Бұл құбылыс жарықтың оптикалық жағынан біртекті емес ортада таралуы кезінде байқалады. Сол орта ішіндегі бөгде бөлшектер жарықтың таралу бағытын өзгертеді. Жарық толқынының электр өрісі әсерінен мұндай орта электрондары еріксіз тербеледі де, барлық бағытта бастапқы толқын жиілігіндей екінші реттік электрмагниттік толқындар шығарады. Жарық бөгде қоспалардан мұқият тазартылған ортадан (заттан) өткенде де шашырайды. Өйткені молекулалар мен атомдар үздіксіз қозғалыста болатындықтан, шағын көлем ішінде де заттың тығыздығы өзгеруі мүмкін. Осы өзгеріс салдарынан да жарық шашырауы байқалады.

 

    Есеп шығару  үлгісі

 

1-есеп. АВ заты мен CD айнасы  суретте көрсетілгендей орналасқан (4.40, а-суретті қараңдар). АВ затының  айнадағы кескінін түрғы- зыңдар. Барлық заттың кескінін толық  көру үшін оған адам қай  жерден карау керек? Ш е ш у і. А нүктесінен шықкан сәулелер айнадан шағылғаннан кейін ССг және DDX (4.40, ә-сурет) түзулерімен шектелген жолақ ішінде, ал В нүктесінен шыққан сәулелер СС2 және DD2 түзулерінің арасында болады (сәулелердің шағылу заңына сәйкес). Заттың барлық нүктелерінен шыққан сәулелер тек ССХ және DD2 түзулерінің ара- сындағы жолақ алаңда орналасқан болса ғана адамның көзі көре алады.

2-есеп. Күн сәулелері горизонталь  жатқан айнадан шағылып вертикаль  түрған экранға түседі. Горизонталь  жатқан айнада жазық дене орналасқан. Вертикаль экрандағы көлеңкені  сипаттаңдар.

 

Ш е ш у і. Нәрсенің биіктігін һ деп белгілейік, ал нәрседен экранга дейінгі кашыктық I болсын. Жарық экранға а бүрышпен түссін. Екі жағдайды карастырайық. 1) I > 2 htg a . Бүл жағдайда экранда табандарымен беттескен, түзу және төңкерілген екі көлеңке (4.41-сурет) көрінеді. Көлеңкенің жалпы ұзындығы 2 һ. Көлеңке күн сәулелерімен жарықталған және экранның жарық тура түскен және шағылған сәулелерімен жарьщталған бөліктерінен айкын ерекшеленеді. 2) Z< 2/itga. Бүл жағдайда көлеңкенің үзындығы 2Л-тан кіші. Сонымен қатар оньщ түскен және шағылған сәулелермен де жарықтанбаған жерлері болады. [1][2]

Тағы қараңыз

 

    Күн

    Ай

    Жарық жылдамдығы

 

Дереккөздер

 

    Қазақ тілі терминдер  сөздігі I том

    Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: Экология және табиғат қорғау / Жалпы редакциясын басқарған – түсіндірме сөздіктер топтамасын шығару жөніндегі ғылыми-баспа бағдарламасының ғылыми жетекшісі, педагогика ғылымдарының докторы, профессор, Қазақстан Республикасы Мемлекеттік сыйлығының лауреаты А.Қ.Құсайынов. – Алматы: «Мектеп» баспасы» ЖАҚ, 2002 жыл. – 456 бет. ISBN 5-7667-8284-5

 

Сыртқы сілтемелер