` mundarija kirish I bob. Yorug’lik haqida umumiy tushunchalar

I BOB. Yorug’lik haqida umumiy tushunchalar
1.1.Yorug’lik haqida umumiy tushuncha.
Yorugʻlik — inson koʻzi sezadigan (tebranish chastotasi 4,0YU14—7,5YU14 Gs) elektromagnit toʻlqinlar. Bu vakuumdz. toʻlqin uzunligi ~ 400 Nm dan ~ 760 Nm gacha boʻlgan toʻlqinlar uzunligiga moye keladi. Spektrning infrakizil nurlanish va ultrabinafsha nurlanish sohalari ham Yorugʻlik deb ataladi. Spektrning infraqizil nurlanish sohasi bilan rentgen nurlari orasida keskin chegara yoʻq. Turli yoritqichlar (Quyosh, yulduzlar, elektr lampochkalar va boshqa) Yorugʻlik chiqaradi. Yorugʻlik toʻlqin xossaga hamda korpuskulyar xossaga ega. Baʼzi hodisalar (difraksiya, interferensiya, qutblanish)da Yorugʻlikning toʻlqin xossasi, boshqa hodisalar (fotoeffekt, lyuminessensiya, atom va molekulalar spektrlari)da korpuskulyar xossasi namoyon boʻladi. Yorugʻlikning toʻlqin xossasini toʻlqinlar nazariyasi, korpuskulyar xossasini kvant nazariya tavsiflab beradi; har ikkala xossasi birbirini toʻldiradi. Yorugʻlikning korpuskulyar nazariyasini I. Nyuton, toʻlqin nazariyasini X. Gyuygens, kvant nazariyasini A. Eynshteyn ishlab chiqqan. Yorugʻlik qonuniyatlari optikayaa oʻrganiladi. Yorugʻlik bosimi, yaʼni mexanik taʼsiri borligini J. K. Maksvell nazariy isbotlagan. Yorugʻlikning issiqlik, elektr, fotokimyoviy va b. taʼsirlari mavjud. Baʼzi qoʻngʻizlar, oʻsimliklar, elementlar ham oʻzidan Yorugʻlik chiqaradi.
Yorugʻlik birliklari — Yorugʻlik kuchi, yoritilganlik, ravshanlik, Yorugʻlik oqimi va b. yoruglik kattaliklari birliklari. Xalqaro birliklar tizimit Yorugʻlik kuchi birligi sifatida kandela ishlatiladi. Yorugʻlik oqimi birligi qilib lyumen qabul qilingan. Sirtning yoritilishi sirtga tushayotgan Yorugʻlik oqimi, yaʼni Yorugʻlik kvanti zichligi bilan aniqlanadi. 1 sm2 sirtga tushayotgan 1 lyumen Yorugʻlik oqimi fot (f) bilan ifodalanadi. Fot bilan bir qatorda radfot (radiatsiya) ishlatiladi. Ravshanlik sirtga tik tushayotgan Yorugʻlik kuchi bilan oʻlchanadi; ravshanlik birligi — stilb (sb). Fotometriyada Yorugʻlik energiyasi joul, Yorugʻlik oqimi vattlar bilan oʻlchanadi. Yorugʻlik bosimi — Yorugʻlikning uni qaytaruvchi va yutuvchi jismlarga, zarralarga, shuningdek, ayrim molekula va atomlarga koʻrsatadigan taʼsiri. Yorugʻlik bosimi haqidagi farazni birinchi marta 1619 yilda I. Kepler kometa dumlarining Quyosh yaqinidan uchib oʻtishidagi ogʻishini tushuntirish uchun ishlatgan edi. 1873 yilda J. K. Maksvell elektromagnit nazariya asosida Yorugʻlik bosimi kattaligini hisoblab chikdi. U eng kuchli Yorugʻlik manbalari (Quyosh, elektr yey) uchun ham juda kichik miqdor ekan. Yer sharoitida u yonaki hodisalar (konveksion toklar, radiometrik kuchlar) bilan niqoblanadi. Shu sababli, Yorugʻlik bosimini sof holda oʻlchash murakkab ish. Uni birinchi marta 1899 yilda P. N. Lebedev tajribada anikdagan. Uning olgan natijalari J. K. Maksvellning hisoblashlariga moye kelgan edi. U Yorugʻlikning gazlarga beradigan bosimini oʻlchash mumkinligini 1908 yilda isbotladi. Dumli yulduzlar Yorugʻlik bosimi taʼsirida paydo buladi, deb taxmin qilinadi. Elektromagnit nazariyaga kura, jism sirtiga tik tushuvchi yassi elektromagnit toʻlqin yuzaga keltiruvchi bosim elektromagnit energiyaning sirt yaqinidagi zichligi i ga teng . Ushbu energiya jismga tushuvchi va undan qaytuvchi toʻlqinlar energiyasidan tashkil topadi. Agar jism sirtining 1 sm2 ga tushuvchi elektromagnit toʻlqin quvvati Q erg/sm2s, qaytarish koeffitsiyenti R boʻlsa, u holda sirt yaqinida energiya zichligi u=Q(h+R)/c. Bundan Yorugʻlikning jism sirtiga bosimi P=Q(h+R)/c boʻladi. Yorugʻlik bosimi koʻlamlari birbiridan jiddiy farq qiluvchi astrofizika va atom sohalarida juda muhimdir. Lazerlar paydo boʻlishi bilan Yorugʻlik bosimidan turli sohalarda foydalanish imkoni keskin kengaydi (qarang Kompton effekti, Myossbauer effekti va b.). Yorugʻlik vektori (Yorugʻlik maydon nazariyasida) — Yorugʻlik energiyasining kattaligini va koʻchirilish yoʻnalishini aniklab beruvchi Yorugʻlik oqimi zichligini ifodalaydigan vektor. U fotometriyada amaliy ahamiyatga ega, uning yordamida Yorugʻlikning hajm zichligi, Yorugʻlik oqimining yutilishi, sirtning yoritilganligi va b. aniklanadi. Yorugʻlik kvanti — foton energiyasi. Yorugʻlik toʻlqin tarqatish bilan birga korpuskulyar, yaʼni kvant tabiatga ham ega boʻlishini M. Plank isbotlagan. Plank nazariyasiga koʻra, Yorugʻlik moddaning atom, molekulalaridan uzluksiz oqim tarzida emas, balki aniq miqdordagi ayrim ulushlar tarzida chiqadi va ularga shunday ulushlar tarzida yutiladi. Bu ulushlar kvantlardir. Fotoeffekt hodisasini shu nazariyaga asoslanib tushuntirish mumkin. Kvant mexanika qonunlari ham shu nazariyaga asoslangan. Yorugʻlik kuchi — koʻrinuvchi nurlanish manbaining muayyan yoʻnalishda yorugʻlanishini ifodalaydigan Yorugʻlik kattaligi. Yorugʻlik manbaidan fazoviy burchak birligi O.da tarqalayotgan Yorugʻlik oqimi F ni ifodalaydi: /=FD2. Xalqaro birliklar tizimi SIda kandela (kd) Yorugʻlik kuchi oʻlchov birligi deb qabul qilingan. Yorugʻlik kuchini aniqlash yoritish texnikasida (uyjoylarni yoritish), tibbiyotda (yorugʻlik bilan davolash), i. t. ishlarida amaliy ahamiyatga ega. Yorugʻlik oqimi. Yorugʻlik energiyasini sezishda, tabiiyki, koʻz alohida ahamiyatga ega. Inson koʻzining turli rangdagi Yorugʻlikni sezish qobiliyati ham turlicha. Shuning uchun biror sirt orqali oʻtayotgan Yorugʻlikning toʻlqin energiyasi emas, balki bu Yorugʻlik energiyasining bevosita koʻzga taʼsir etib koʻrish sezgisi uygʻotadigan qismi ahamiyatli. Biror sirt orqali vaqt birligi ichida oʻtadigan va koʻrish sezgisi bilan baholanadigan yorugʻlik energiyasi Yorugʻlik oqimi deb ataladi, yaʼni F= W/t, bunda F — Yorugʻlik oqimi; t — Yorugʻlik tushayotgan vaqt oraligʻi; W — sirt orqali oʻtayotgan, yaʼni fazoviy burchak O. da tarqalayotgan Yorugʻlik energiyasi. Agar W — nuqtaviy manbadan barcha yoʻnalishlar boʻyicha tarqalayotgan Yorugʻlik energiyasini ifodalasa, F — toʻla Yorugʻlik oqimini bildiradi. Yorugʻlik oqimining oʻlchov birligi qilib lyumen (lm) qabul qilingan. U Yorugʻlik kuchi 1 qd boʻlgan manbaning fazoviy burchak 1 sr da hosil qiladigan Yorugʻlik oqimini ifodalaydi: 1 kd1 sr=1 lm. Yorugʻlik energiyasi — inson koʻzi sezadigan elektromagnit toʻlqinlar energiyasi qismi. U Yorugʻlik oqimining yoritish davomliligiga koʻpaytmasiga teng. Yorugʻlik energiyasi birligi — lyumen x xsekund (lms).^[1]
Yorugʻlikning quyidagi xossalari ajratib koʻrsatiladi:

• 
  Intensivlik
  
• 
  Chastota
  
• 
  Qutblanish
  

Yorugʻlik muammolari bilan fizikaning optika boʻlimi shugʻullanadi.
.Yorug’lik to’lqinlari va ularning xarakteristikasi. Yorug’lik qator hodisalarda to'lqin xususiyatini nomoyon qiladi. Shuning uchun to'lqinlarga oid ba'zi ma'lumotlarni dastlab yaqqollik uchun mexanik to'lqin misolida ko'rib chiqamiz.
To'lqin deganda tebranishlarining muhitda (bunga vakuum ham kiradi) tarqalish jarayoni tushuniladi. Yorug’lik to'lqinining tarqalish yo'nalishi nur deb ixtiyoriy vaqtda tebranishlar yetib kelgan muhit zarralarining geometrik o'rinlari to'lqin fronti deb ataladi.
To'lqin frontini tebranish sodir bo'layotgan fazoning qismi va tebranish hali boshlanmagan qismini ajratib turuvchi chegaraviy sirt tarzida tasavvur qilish mumkin. To'lqin frontining shakli muhit xossalari, tebranish manbaining shakli va o'lchamlariga bog’liq.
Bir jinsli va izotrop muhitda joylashgan nuqtaviy tebranish manbaidan tarqalayotgan to'lqinlarning fronti sferik shaklda bo'ladi. Bunday to'lqinlar sferik to'lqinlar deyiladi. Agar tebranish manbai tekislik shakliga ega bo'lsa, manbaga yaqin soxalardagi to'lqinlar yassi to'lqinlar deb ataladi. Tebranish nurga perpendikulyar bo'lsa, bunday to'lqinlar ko'ndalang to'lqinlar deyiladi. Yorug’lik to'lqini ham ko'ndalang to'lqindir. Muhitning 0 nuqtasiga joylashgan manba t = 0 dan boshlab x =Acoswt garmonik tebranma harakat qilayotgan bo'lsin, bu yerda A, w - mos ravishda tebranish amplitudasi va chastotasi.

Yorugʻlik tezligi — elektromagnit (jumladan, yorugʻlik) toʻlqinlarining tarqalish tezligi; fizikaning asosiy doimiylaridan biri; har qanday fizik taʼsirlarning eng yuqori chegaraviy tarqalish tezligi; eng aniq qiymati s=299 792 458 m/s. Yorugʻlik tezligi moddiy jismlarning toʻliq energiyasini ularning massasi bilan bogʻlaydi: Ye=ts2. Yorugʻlikning muhitdagi tezligi s’ muhitlarning sindirish koʻrsatkichi p bilan bogʻlangan boʻlib, har doim s dan kichik boʻladi. Yorugʻlik tezligini bevosita va bilvosita aniqlash mumkin. Yorugʻlik tezligini dastlab 1676-yilda daniyalik astronom O. K. Ryomer aniqladi. U Yupiter sayyorasi yoʻldoshlarining tutilishlari orasidagi vaqt oʻzgarishiga qarab s=300 870 ± 2 700 km/s ga teng ekanligini topdi. Soʻngra (1728-yilda) ingliz astronomi J. Bradley yulduzlarning yorugʻlik aberratsiyalarini kuzatib Yorugʻlik tezligini anikdadi. Yerda Yorugʻlik tezligining qiymatini birinchi boʻlib 1849-yilda fransuz fizigi A. I. L. Fizo tishli gʻildiraklarning aylanishi natijasida hosil boʻlgan yorugʻlik nurining aniq masofaga borib qaytish vaqtini oʻlchash usuli orqali topdi. U olgan natija: 313 300 km/s. Keyingi qadamni 1862-yilda fransuz fizigi J. B. L. Fuko qoʻydi. U yurtdoshi D. Arago tomonidan 1838-yilda taklif qilingan aylana koʻzgu usulidan foydalangan holda tajriba utkazib, s = 298 000 ± 500 km/s ekanligini aniqladi. Fuko yorugʻlikning suvdagi tezligi havodagi tezligidan kamligini koʻrsatdi.

Fizo va Fuko usuliga moslashgan tajribalar keyinroq koʻp marta har xil oʻzgarishlar kiritilgan holda boshqa olimlar tomonidan ham oʻtkazilgan. Bular orasida amerikalik fizik A. Maykelson oʻzining aylanma prizma usulida Fizoning tishli gʻildirak va Fukoning aylanma koʻzgu usullaridagi kamchiliklarni bartaraf qilib Yorugʻlik tezligining „yangi“ qiymatini topdi. Bu usul natijasi: s— 299 890 ± 60 km/s. Havoning bir jinsli emasligi Yorugʻlik tezligini aniqroq oʻlchashga taʼsir qiladi. Maykelson havosiz trubadan foydalanadi va s=299 796 ± 4 km /s natijani oladi (1926). Yorugʻlik tezligining bu qiymati oʻsha vaqtda eng toʻgʻrisi boʻlib, u fizik kattaliklarning xalqaro jadvaliga kiritilgan. 19-asrda Yorugʻlik tezligini oʻlchash fizikada katta ahamiyatga ega boʻlishi bilan birga, yana bir marta yorugʻlikning toʻlqinlar nazariyasini tasdikladi, optikaning elektromagnetizm nazariyasi bilan bogʻliqligini bilish hamda J. K. Maksvell tomonidan 1864—73-yillarda yorugʻlikning elektromagnetizm nazariyasini yaratishda katta tayanch boʻldi. Bilvosita usullar quyidagilar: barcha yulduzlar osmon gumbazida ellips (sfera) boʻylab harakatlanadi; ularning qisqa oʻklari Yerdan Df = 20,47" burchak ostida koʻrinadi. Bu yorugʻlik aberratsiyasi tufayli, yaʼni Yerning Quyosh atrofida g)=29,8 km/s tezlik bilan harakatlanishidan hosil boʻladi. Yerdan yulduzlarni kuzatish uchun teleskop trubasini Yer harakati tomonga ogʻdirish kerak. U vaqtda ogʻish burchagi tangensi tgcp= ^? . Bu usul natijasi: s ==299 640 ± 750 km/s. Elektr zaryadi va elektrostatik oʻlchash birliklari nisbatidan iborat elektrodinamik doimiyni aniklash (nemis fiziklari R. Kolraush va V. Veber; 1856), yorugʻlikning chastota va toʻlqin uzunligi maʼlum boʻlganda Yorugʻlik tezligini aniklash usullari ham bor. Hozirgi vaqtda Yorugʻlik tezligini oʻlchash Fizo usullarining zamonaviylashtirilgan usullarini, yorugʻlik modulyasiyasini qoʻllash orqali amalga oshiriladi. Lazer nurlaridan va chastotasi barkarorlashtirilgan ultratovush modulyatoridan foydalanish usuli orqali oʻlchangan Yorugʻlik tezligining aniklik darajasi anchagina yuqori boʻlib, olingan natija s= 299 792,5 ±0,15 km/s ni tashkil qiladi. 1972-yilda amerikalik olim K. Ivenson oʻz xodimlari bilan birga seziy chastota standarti orqali aniqroq natija olgan: s= 299 792 456,2 ± 0,2 m/s. Xalqaro fan va texnika soniy maʼlumotlar qoʻmitasi bosh assambleyasining 1973-yildagi karoriga binoan vakuumdagi Yorugʻlik tezligining qiymati s = 299 792 458 ± 1,2 m/s deb qabul qilingan.

Yo’rug’likning to’lqin nazariyasi. Yorug’likning interferensiyasi va difraksiyasini korpuskular nazariyasi asosida tushuntirishning iloji bo’lmagan. Aynan shu hodisalar haqida mulohaza yuritgan inglis fizigi R.Guk (1635-1703)va gollandiyalik fizik X.Gyuygens (1629-1695) yorug’lik to’lqin tabiatiga egaligi haqidagi fikrni olg’a surishgan. Ushbu nazariyaga ko’ra, yorug’lik to’lqinlarining manbadan tarqalishi suvga tosh tashlaganda hosil bo’lgadigan to’lqinlarning tarqalishidek tasavvur qilingan. To’lqin nazariyasiga muvofiq yorug’lik to’lqinlari elastik to’lqinlardan iborat bo’lib, efir deb ataluvchi maxsus muhitda tarqalishi mumkin. Ya’ni mexanik to’lqinlar suv sirtida tarqalganidek, yorug’lik to’lqinlari efirda tarqaladi.

Yorugʻlik interferensiyasi - ikkita yoki bir nechta yorugʻlik toʻlqinlarining qoʻshilishi natijasida yorugʻlik nurlanishi energiyasining fazoda qayta taqsimlanishi (qarang Interferensiya); toʻlqin interferensiyasining xususiy holi. Yo. i. ekran yoki b. sirtda yorugʻ yoki qorongʻi yoʻllar yoki dogʻlar (monoxromatik yorugʻlik uchun) yoxud rangdor qismlar (oq yorugʻlik uchun) yonmayon joylashgan holda koʻrinadi. Yo. i. 17-asrdaI. Nyuton tomonidan tadqiq qilingan boʻlsada, uning korpuskulyar nazariyasi ushbu xrdisani tushuntira olmadi. Uni 19-asr boshida T. Yung va O. Frene.tar toʻlqin hodisa sifatida nazariy talqin qilib berdilar. Doimiy faza farqi sharoitida, yaʼni kogerent yorugʻlik dastalarining qoʻshilishi natijasida vujudga keluvchi, fazoda kuchaygan va susaygan intensivliklarning muntazam almashinuvidan iborat boʻlgan Yo. i. eng kengtarqalgan — statsionar interfere n siya dir. Yo. i. turlari asosan yorugʻlikning kogerent dastalarini hosil qilish usullari bilan bogʻliq. Yorugʻlikning kogerent dastalarini hosil qilishning ikki usuli: toʻlqin frontini boʻlish usuli va amplitudani boʻlish usulidan keng foydalaniladi. Toʻlqin frontini amplitudaviy boʻlish tuzilmalarida birlamchi manbaning nurlanishi optik muxitlarning yarim shaffof boʻlinish chegaralari bilan boʻlinadi. Mac, sovun pufaklari, suvdagi yogʻ pardalarida shunday tur Yo. i. vujudga keladi. Bu hollarning bar chasida ikkita sirtdan qaytgan yorugʻliklarning interferensiyasi xreil boʻladi. Amplitudani boʻlish usuli interferometrlarda keng qoʻllanilib, unda toʻlqin maydonlari maxsus yarim shaffof koʻzgular vositasida boʻlinadi. Yuqoridagi ikki nurli interferensiyadan tashqari, koʻp nurli Yo. i.lar ham mavjud. Fabri — Pero interferometri koʻp karrali qaytuvchi nurlarda ishlasa, difraksiya panjaralari va Maykelson eshelonlari koʻp elementli davriy tuzilmalarga asoslangan. Yo. i.dan yorugʻlikning spektral tahlilida, masofalar, burchaklar va tezliklarni aniq oʻlchash hamda refraktometriyada keng qoʻllaniladi. Yo. i. golografiya asosini tashkil qiladiOddiy sharoitlarda fazoda bir vaqtning o’zida juda ko’plab yorug’lik to’lqinlari tarqaladi. Bu to’lqinlar har xil manbalardan chiqayotgan yoki har xil predmetlar yuzalaridan qaytayotgan va sochilayotgan bo’lishi mumkin. Kundalik hayotdagi tajribalardan bilamizki, juda ko’plab tarqalayotgan yorug’lik to’lqinlari bir-biriga xalaqit bermay fazoda tarqaladi, shu sababli biz predmetlarni ko’rganda ularni o’zini bo’zilmagan holda ko’ramiz. YOrug’lik to’lqinlarini bunday tarqalishiga sabab sho’ki, yorug’lik elektromagnit to’lqinlarning muhitga ta’siri shu muhitda boshqa elektr va magnit maydonlarning borligidan qat’iy nazar ro’y beradi. Bundan har xil elektromagnit to’lqinlarning elektr va magnit maydonlari bo’shlikda tarqalganda o’zlarini kuchlanganliklarini, harakat yo’nalishini va boshqa xarakteristikalarini o’zgartirmaydilar degan xulosaga kelamiz. Bu xaqikatda shunday ro’y beradi. Buni superpozitsiya prinsipi deb ataladi. Superpozitsiya prinsipi bajarilganda fazoda bir vaqtda tarqalayotgan elektromagnit to’lqinlarning ye va N kuchlanganliklari o’zaro algebraik ravishda qo’shiladilar, lekin ikki yorug’lik to’lqinining tebranishlarining fazalar ayirmasi vaqt bo’yicha o’zgarmas bo’lsa, bu prinsip bajarilmaydi. Bu to’lqinlarni kogerent to’lqinlar deyiladi. Kogerent to’lqinlar qo’shilganda fazoning bir qismida yorug’likni kuchayishi ya’ni maksimumi, boshqa qismlarida yorug’likni susayishi, ya’ni minimumi kuzatiladi. Bunday hodisaga yorug’lik to’lqinlarining interferensiyasi deyiladi. YOrug’lik interferensiyasi faqat kogerent yorug’lik to’lqinlari qo’shilganda ro’y beradi.
Kogerent to’lqinlarni kogerent manbalar sochadi. Ammo tabiatdagi barcha yorug’lik manbalari o’zaro kogerent bo’lmaydi. SHu sababli birinchi marta yorug’lik interferensiyasini kuzatish uchun sun’iy usuldan foydalanganlar, ya’ni bir manbadan chiqayotgan yorug’likni ko’zgu, linza yordamida yoki boshqa usulda ikkiga ajratib, so’ng uchrattirganlar. Bunday usuldan Frenel, YUng, Lloyf, Bete, R. Pol kabi olimlar foydalanganlar. Misol tariqasida YUng sxemasini ko’ramiz. T.YUng bir tirqishdan tarqalayotgan yorug’lik yo’liga ikki tirqishli to’siq qo’ydi. Natijada to’siqdan so’ng yorug’lik ikki mustaqil dasta sifatida tarqaladi. Bu ikki yorug’lik bir manbadan chiqayotgan bo’lgani uchun o’zaro kogerent bo’ladi va ekranda interferensiya maksimumlari va minimumlari kuzatiladi. Agar ekranda uchrashayotgan ikki kogerent yorug’lik to’lqinlarining optikaviy yo’llari farqi juft sonli to’lqin o’zunligiga teng bo’lsa