Жарық жылдамдығын азайта аламыз ба?

Жарық өзінің ең жоғарғы жылдамдығына тек бос кеністікте ғана жете алады. Егер жарықтың жолында ауа, су немесе әйнек секілді бір нәрсе кезіксе, оның жылдамдығы бәсеңдейді. Жылдамдықтың күрт өзгеруінен жарық сынады, сондықтан суда тұрған тікелей зат сынған болып көрінеді. Сыну құбылысы рефракция деп аталады. Жарықтың мұндай қасиеті болмаса, біз телескоп, камера, лупа , дүрбілерді білмеген болар едік.

Жарық және жарық құбылыстары туралы ілімді физиканың оптика (грек сөзі, көрінетін, көруге болатын дегенді білдіреді) деп аталатын бөлімі қарастырады.

Жарық нені білдіреді?

Жарық –заттың бөлшектерінің табиғатынан бөлек, табиғаты ерекше бөлшектер ағыны болып табылатын фотондар ағыны.

Жарық жылдамдығы әр түрлі заттарда түрліше болады. Тәжірибе арқылы вакуумдегі жарық жылдамдығы с-300 000 км/с-қа тең. Мұндай жылдамдықпен бірде –бір дене, бірде-бір заттың бөлшектері қозғала алмайды.

Вакуумде: с=300 000 км/с, Ауада: с= 299 711 км/с, Суда: с=225 000 км/с, Шыныда: с= 200 000 км/с

Вакуумдегі жарық жылдамдығы – табиғатта мүмкін болатын үлкен жылдамдық.

Жарық көздері – жарық шығаратын денелер.

Физиканың жарықтың электромагниттік толқындарының шығарылуына, таралуына және затпен өзара әсерлесуіне байланысты құбылыстар мен заңдылықтарды зерттейтін бөлімі оптика деп аталады. Жарық толқындары электромагниттік толқындар шкаласында ультрақысқа миллиметрлік радиотолқындардан бастап, гамма – сәуле шығаруға дейінгі орасан зор диапазонды қамтиды.

Геометриялық оптикада жарықтың біртекті ортада таралу заңдылықтары қарастырылады.

Егер ортаның сыну көрсеткіші оның барлық жерінде бірдей болса, онда орта оптикалық біртекті орта деп аталады.

Жарықтың вакуумдегі жылдамдығының оның берілген ортадағы жылдамдығына қатынасын осы ортадағы сынудың абсолют көрсеткіші деп аталады.

Екінші ортаның біріншіге қатысты салыстырмалы сыну көрсеткіші n₂₁ деп жарықтың бірінші және екінші ортадағы сәйкес u₁ және u₂ жылдамдықтарының қатынасын айтады: . Егер n₂₁>1 болса, онда екінші орта біріншіге қарағанда оптикалық тығызырақ орта деп аталады. Жарық екінші ортаға өтерде ол бөлу шекарасына перпендикуляр түспеген жағдайда оның таралу бағыты өзгереді.

Жарықтың шағылу заңдары:

Түскен сәуле, шағылған сәуле және екі ортаны бөліп тұрған шекарадағы түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуля бір жазықтықта жатады.

Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең болады.

Жарықтың сыну және шағылу заңдары жарық жұтылмайтын біртекті орта үшін дұрыс.

Түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаны бөліп тұрған шекарадағы түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуля бір жазықтықта жатады.

түсу және сыну бұрыштары синустарының қатынасы тұрақты шама, және ол салыстырмалы сыну көрсеткішіне тең болады.

Бұл заңды Синелус заңы деп те атайды. Оны ХVІІ ғасырда (1621ж) В Синелус тұжырымдаған. Ал 1630 жылы Р. Декарт оған теориялық негіздеме жасаған.

Жалпы линза деп, екі беті сфералық қисықпен шектелген, мөлдір заттан жасалынған (шыныдан, пластмассадан, т.б.) денені атаймыз. Сфералық беттің түріне байланысты линза жинағыш(2а-сурет) және шашыратқыш (2б-сурет) деген түрлерге бөлінеді.

Линзаның екі беті сфералық бетпен шектелгендіктен, олар өзі арқылы өткен жарықты таралу бағытынан бұратын қасиетке ие болады.

Егер линза жинағыш қасиетке ие болса, онда линзадан өткен жарық ағындары линзаның осіне қарай бұрылып, бір нүкте арқылы өтеді(3а-сурет). Жарық ағындары жиналған нүктені линза фокусы деп атайды және оны F әрпімен белгілейді, осы нүкте мен линза ара қашықтығы метрмен өлшенеді, ал фокустың кері шамасы D = 1/F линзаның оптикалық күші деп аталып, ол диоптрия(дптр) деген шамамен сипатталады.

Егер линза шашыратқаш қасиетке ие болса, онда линзадан өткен жарық ағыны линзаның осінен кері бағытқа бұрылып, линзадан өткен жарық ағындары шашырап тарайды. Бұл жағдайдағы линзаның фокусын қалай анықтаймыз, жарық ағындары шашырап кетті, олар бір нүктеде жиналмады. Шашыратқыш линзаның фокусын анықтау үшін, линзадан шашырап өткен жарық ағынын кері бағытта ойша сызамыз, сонда олар бір нүктеде жиналады, осы нүктені шашыртақыш линза фокусы ретінде аламыз (3б-сурет).

3 сурет

Осыландай әдіспен анықталған фокус «жалған» болғандықтан, фокус белгісінің алдына минус таңбасын қоямыз, яғни –F, соған сәйкес оның оптикалық күші де теріс таңбалы болып шығады, яғни -D = 1/F. Осындай таңба арқылы линзаның жинағыш немесе шашыратқыш екендігін анықтаймыз.

Линз көмегімен алынған кескіннің сызықтық өлшемінің һ, сол дене өлшеміне Н қатынасы k= һ/Н линзаның сызықтық үлкейтуі деп аталады.

Егер, бірнеше линзаның остерін бір-біріне дәл келетіндей етіп жинасақ, яғни линза жүйесін құрастырсақ, пайда болған жүйенің оптикалық күші олардың әр қайсысының оптикалық күштерінің алгебралық қосындысына тең болады:

D = D₁ + D₂ + D₃ + …

Линза арқылы алынған кескіндегі кемшіліктерді аберрация деп атайды. Аберрация латын сөзі (aberratio), ол ауытқу дегенді білдіреді. Егер аберрация күрделі жарық (монохроматы емес) кезінде байқалса, оны хроматты аберрация деп, басқа кездегілері монохроматты аберрация деп аталады, өйткені мұндай ауытқулардың пайда болуы жарықтың спектріне байланысты емес.

Жинағыш (a) және шашыратқыш (b) линзалар.

Көз кез келген қашықтықта жатқан нәрсені анық көруі тиіс. Енді осы құбылысты қарастырайық. Жұқа линзаның формуласы мына түрде жазылады:

1/d + 1/f = 1/F, (1)

мұндағы d- нәрседен көзге дейінгі қашықтық, f- линзадан кескінге дейінгі қашықтық, F- линзаның фокустық қашықтығы. Бұл теңдеудегі f көз бұршағынан тор қабатқа дейінгі қашықтық, ол тұрақты шама, ал d үздіксіз өзгеріп отыратын шама. Егер нәрседен көзге дейінгі қашықтық үнемі өзгеріп отырса, онда 1-теңдік орындалуы үшін теңдеудегі F үнемі өзгеріп отыру тиіс. Оған көз бұршағы бетінің қисықтығын өзгерту арқылы қол жеткіземіз. Бұл құбылыс былайша жүреді: көз бір нәрседен қашықтығы өзгеше екінші нәрсеге ауысқанда, екінші дененің кескіні анық көрінбейді, (өйткені d өзгерді, ал F сол қалпында) бұл туралы миға тиісті сигнал жетеді, мидан шыққан кері сигнал көздегі циллиарлы бұлшық етің жиырылуын немесе созылуын тудырады, соның нәтижесінде көз бұршағының фокусы дене кескіні анық болғанға дейін өзгереді, әрине бұл үрдіс өте жылдам жүреді көздің мұндай қабілетін аккомодация деп атайды.

Көзі қалыпты көретін адамның көзі дене кескінін көздің тор қабатына фокустайды. Кейбір адамдардың көздері кескінді тор қабаттың алдына, оған жеткізбей түсіреді (7а- сурет), көздің мұндай кемшілігін жақыннан көргіштік деп атайды. Мұндай адамдар жақын жатқан нәрселерді анық көргенімен, алыс жатқан денелерді бұлыңғыр көреді, Мұндай көз ақауын түзету үшін шашыратқыш линзадан жасалған көзілдірік киеді.

Кейде адам көзі дене кескінін тор қабаттың сыртына фокустайды (7б- сурет), көздің мұндай кемшілігін алыстан көргіштік деп атайды. Мұндай адамдар алыс жатқан денелерді анық көргенімен, жақын жатқан нәрселерді бұлыңғыр көреді, Мұндай көз ақауын түзету үшін жинағыш линзадан жасалған көзілдірік киеді.

Линзаның оптикалық центрінен оның фокусына дейінгі OF=f қашықтық линзаның фокус аралығы деп аталады:

Жұқа линзаның формуласы параксиал сәулелер үшін дұрыс.

Егер линзаның фокус аралығы оң болса, , онда линза оң (жинағыш ) деп, фокус аралығы болса, онда теріс (шашыратқыш) деп аталады.

Ауадағы шыны линзалар үшін қос дөңес, жазық дөңес жинағыш линзалар болып табылады.

Шашыратқыш шыны линзалар:қос ойыс, жазық ойыс, және дөңес ойыс линзалар болып табылады. Жинағыш линзалардың фокусы шын, ал шашыратқыш линзалардыкі – жалған болады.

Параксиал сәулелер үшін жұқа линза формуласының тағы бір түрі:

немесе ,

мұндағы , , линзаның фокус аралығы, плюс таңбасы-жинағыш линза үшін, минус таңбасы шашыратқыш линза үшін. (5.5) шамасы линзаның оптикалық күші деп аталады. Жинағыш линза үшін , шашыратқыш линза үшін . D оптикалық күші f=1 м болғанда бір диоптрияға тең.

6.4 Үлестірмелі материал:электрондық кітаптар, тесттер, карточкалар

6.5 Пайдаланған әдебиеттер:

1. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық/ Б.Кронгарт, В.Кем, Н.Қойшыбаев.-Өңд., толықт. 2-бас. Алматы: Мектеп, 2010-384 б., сур.

2. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық/ С.Тұяқбаев, Ш.Насохова, Б.Кронгарт, т.б.- Алматы: “Мектеп” баспасы. -384 б., сур.

3. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. – Алматы, Мектеп, 1,2,3 том, 2000

4. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. – М., Наука, 2000

5. Иродов И.Е. Жалпы физика курсының есептер жинағы. М: Наука, 2006

Бақылау сұрақтар

1.Геометриялық оптика дегеніміз не?

2.Жарық табиғаты жайында не білесіңдер?