Reje: Yorug‘lik haqidagi ta’limotning rivojlanishi

Optika va To’lqin optikasi.

Reje:

1. 
   Yorug‘lik haqidagi ta’limotning rivojlanishi
   
2. 
   Optika haqida dastlabki tushuncha va qarashlar.
   
3. 
   To’lqin optikasi.
   

Optikaning dastlabki qonunlari. Yorug‘likning ta’siri haqidagi ta’limot juda qadim zamonlarda vujudga kelgan. Optika so‘zining lug‘aviy ma’nosi–«ko‘rish idroklari haqidagi fan»ni anglatib,optos–ko‘zga ko‘rinadigan so‘zidan olingan.

Yorug‘likning to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqalish qonuni eramizdan besh ming yil oldin ham ma’lum bo‘lib, undan chiqadigan xulosalardan qadimgi Misrdagi qurilish ishlarida foydalanilgan. Pifagor, jismlarning ko‘rinishiga sabab–ularning o‘zlaridan zarrachalar chiqarishidir deb, hozirgi nazariyalarga juda yaqin bo‘lgan fikrlarni ham aytgan.

Geometrik optikaning ikkita asosiy qonunidan biri–yorug‘likning tushish va qaytish burchaklarining tengligi haqidagi qonun Platon maktabi vakillari tomonidan ta’riflangan. Yorug‘likning sinish qonuni esa bir necha asrlardan keyin kashf qilingan. O‘n uchinchi asrda ko‘zoynak, 1590-yilda niderlandiyalik olim Z.Yansen tomonidan mikroskop, 1609-yilda esa italiyalik fizik G. Galiley tomonidan teleskop yasalgan.

Optika rivojlanishining keyingi bosqichlari. Optikaning keyingi rivojlanishi yorug‘lik difraksiyasi va interferensiyasi hodisalari bilan bog‘liq. Bu hodisalarni geometrik optika doirasida tushuntirishning iloji bo‘lmagani sababli, ingliz fizigi R.Guk va gollandiyalik olim X.Gyuygens yorug‘likning to‘lqin tabiati haqidagi nazariyani olg‘a surishgan. M.Faradey o‘z tajribalari natijalariga ko‘ra bu to‘lqinlar elektromagnit to‘lqinlarga aloqador, degan fikrga kelgan. J.Maksvell nazariy asosda, G.Gers esa tajribada elektromagnit to‘lqinlarning bo‘shliqda yorug‘lik tezligiga teng bo‘lgan tezlik bilan tarqalishini isbotlaganlar. Natijada, yorug‘lik elektromagnit to‘lqinlardan iborat, degan xulosaga kelishdan boshqa iloj qolmagan. Yorug‘likning korpuskular tabiati. Yorug‘likning tabiati haqidagi fikrlar doimo olimlarning diqqat markazida bo‘lgan. Kundalik hayotimiz uchun shu qadar muhim ahamiyatga ega yorug‘likning nimaligini bilish barcha uchun qiziqarli hisoblangan. Xo‘sh, yorug‘lik o‘zi nima? Bu savolga birinchi bo‘lib aniq javob bergan kishi I.Nyuton hisoblanadi.

Yorug‘lik. 1672-yil Nyuton yorug‘likning korpuskulyar tabiati haqidagi g‘oyani ilgari surdi. U, yorug‘lik-nurlanayotgan jism chiqaradigan va fazoda to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqaladigan korpuskulalar (zarrachalar) oqimidan iborat, degan g‘oyani aytgan. Bu g‘oya asosida yorug‘likning to‘g‘ri chiziq bo‘yicha tarqalish, sinish va qaytish qonunlari tushuntirib berilgan.

Ammo yorug‘lik interferensiyasi va difraksiyasini korpuskular nazariya asosida tushuntirishning mutlaqo iloji bo‘lmagan. Va aynan shuning uchun ham yorug‘likning to‘lqin nazariyasi haqidagi fikrlar paydo bo‘lgan.

Yorug‘likning to‘lqin tabiati. Bu tasavvurga binoan, yorug‘lik suvning yoki boshqa suyuqliklarning sirtida kuzatiladigan to‘lqinlarga o‘xshash to‘lqinlardan iborat. 1818-yilga kelib fransuz fizigi OPTIKAFrenel yorug‘likni to‘lqinlar oqimi sifatida tasavvur qilib, uning to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqalishini tushuntirib beradi. Shundan so‘ng yorug‘likning to‘lqin nazariyasi o‘z hukmronligini o‘rnatdi.

Yorug‘lik to‘lqinlarining mavjudligini tushuntirish uchun maxsus elastik muhit–efir o‘ylab topilgan. Butun fazo, shu bilan birga, yorug‘lik tarqaladigan jismlarni ham efir to‘ldirib turadi deb faraz qilingan. O‘sha paytlarda yorug‘likning qutblanishi (yorug‘lik ko‘ndalang to‘lqinlardan iborat ekanligini isbotlaydi) ma’lum bo‘lganligidan u qattiq jismlarda tarqaladi deb hisoblangan. Shuning uchun ham efir elastik qattiq jism xususiyatlariga ega deb qabul qilingan. Tajribalarning ko‘rsatishicha, efirning mavjudligi yorug‘likning tarqalishidan tashqari Yerning va boshqa fazoviy jismlarning harakatiga mutlaqo ta’sir ko‘rsatmaydi. Xo‘sh, yorug‘lik o‘zi nima? Biz bu savolga hali to‘la javob bermadik va keyingi mavzularda yana unga qaytamiz.

2. Optika (yun. optike — koʼrish haqidagi fan) — fizikaning yorugʼlikning tabiatini, yorugʼlik hodisalari qonuniyatlarini, yorugʼlik bilan moddalarning oʼzaro taʼsirini oʼrganadigan boʼlimi. Yorugʼlikning toʼgʼri chiziq boʼylab tarqalishi qadimda Mesopotamiya va qad. Misrda maʼlum boʼlgan hamda undan qurilish ishlarida foydalanishgan. Tasvirning koʼzguda hosil boʼlishi bilan miloddan avvalgi 3-asrda Аristotel, Platon, Yevklidlar shugʼullanishgan. OPTIKAning rivojlanishi I. Nyuton, R. Guk, F. Grimaldi, X. Gyuygens va boshqalarning ishlari bilan bogʼliq. 11-asrda arab olimi Ibn al-Xaysam (Аlgazen) OPTIKA toʼgʼrisida risola yozgan boʼlsada, yorugʼlikning sinishi qonunini ifodalay olmagan. Faqat 1620-yillarda bu qonunni tajriba yoʼli bilan golland olimi V. Snellius va R. Dekart isbotladi. 17-asrdan yorugʼlik haqida korpuskulyar va toʼlqin nazariyalar paydo boʼla boshladi. Yorugʼlik korpuskulyar (zarra) nazariyasining targʼibotchisi X. Gyuygens edi.

Yorugʼlikning toʼlqin tabiati haqidagi tasavvurlar M. Lomonosov va L. Eyler tomonidan rivojlantirildi. 19-asr boshlarida ingliz olimi T. Yung va OPTIKA Frenel ishlari yorugʼlik toʼlqin nazariyasining uzil-kesil gʼalabasiga olib keldi. OPTIKA Frenel kristallooptika hodisalariga toʼlqin nazariyasini qoʼlladi. T. Yung yorugʼlik interferensiyasi hodisasini kuzatdi. Bu hodisa yorugʼlik toʼlqin tabiatiga ega ekanligini koʼrsatdi. OPTIKA Frenel yorugʼlik interferensiyasi asosida yorugʼlikning toʼgʼri chiziq boʼylab tarqalishini, turli difraksiya xrdisalarini va boshqalarni tushuntirdi. Yorugʼlikning sinishi va qaytishida yorugʼlikning qutblanishini fransuz olimi E. Malyus kuzatdi (1808) va fanga "yorugʼlikning qutblanishi" terminini kiritdi. M. Faradey yorugʼlik qutblanish tekisligining magnit maydonda burilishini kashf qildi (1846) va elektromagnetizm bilan OPTIKA orasidagi bogʼlanishni, tok kuchi elektromagnit birligining elektro-statik birligiga nisbati yorugʼlik tezligiga tengligini (3-10°sm/s) topdi.

J. K. Maksvell elektromagnit maydon tushunchasini rivojlantirdi, yorugʼlik ham elektromagnit toʼlqindan iborat, degan nazariyani yaratdi. U yorugʼlikning elektromagnit nazariyasiga asoslanib, yorugʼlikning hatto bosimi boʼlishini aytdi va uning son miqdorini nazariy aniqladi (1873). Uning nazariy tekshirishlari elektromagnit maydonning yorugʼlik tezligiga teng tezlik bilan tarqalishini koʼrsatdi. Italyan olimi А. Bartoli esa 1876 yilda yorugʼlik bosimining termodinamik asosini yaratdi. 1899 yilda P. N. Lebedev birinchi boʼlib tajriba yoʼli bilan yorugʼlik bosimini aniqladi. 1888 yil da G. Gers vakuumda tarqalayotgan elektromagnit maydonning tezligi yorugʼlik tezligiga teng ekanligini aniqladi va J. Maksvell nazariyasini tajriba yoʼli bilan tasdikladi.

Yorugʼlikning modsalar bilan taʼsirlashuvini 19-asr 90-yillarida juda koʼp olimlar, jumladan, nemis olimi E. Drude, G. Gelmgols va G. А. Lorents tekshirdilar. Lorents modda va yorugʼlikning elektromagnit nazariyasini yaratdi. Shu nazariya asosida OPTIKAdagi qator hodisalarni, mas, yorugʼlikning dispersiya hodisasi, dielektrik singdiruvchanlik ye ning elektromagnit toʼlqin uzunligi X ga bogʼliq boʼlishi va h.k.ni tekshirish va tushuntirish mumkin boʼldi.

Klassik elektron nazariya ayrim optik hodisalarni tushuntirib bera olmadi va nazariya natijalari tajriba natijalariga, mas, mutlaq qora jismning issiklik nurlanishi spektrida energiya taqsimoti va boshqalarga mos kelmay qoldi. Bunday qiyinchilikni bartaraf qilish uchun M. Plank yorugʼlikning kvant nazariyasini yaratdi (1900). OPTIKAning keyingi rivojlanishi kvant mexanika nazariyalari bilan bogʼliq. Fotoeffekt hodisasi uchun Plank nazariyasini А. Eynshteyn rivojlantirib, yorugʼlik kvanti — foton tushunchasini fanga kiritdi (1905). Yorugʼlikning elektromagnit nazariyasi nisbiylik nazariyasining yaratilishiga mos boʼldi.

Optika shartli ravishda geometrik Optika va toʼlqin Optikasiga, fiziologik Optika, nochiziqli Optika va boshqa xillarga boʼlinadi. Geometrik OPTIKAda yorugʼlikning qaytishi va sinishi qonunlari asosida, yaʼni ikki muhit chegarasida yorugʼlikning sinishi va qaytishi natijasida obʼektlarning tasviri hosil boʼlishini tushuntirish mumkin. Unda fotometriya, yorugʼlik oqimi, yorugʼlik kuchi, yoritilganlik va yorugʼlikni miqsoriy ifodalovchi boshqa kattaliklar qaraladi. Geometrik OPTIKA fotometriya bilan birga OPTIKA texnikasi, yaʼni optik asboblar nazariyasi va ratsional yoritish, yorugʼlik dastasini taqsimlash va yoʼnaltirish taʼlimotining ilmiy asoslari bilan ham shugʼullanadi.

Toʼlqin OPTIKAsida interferensiya, difraksiya va yorugʼlikning qutblanishi kabi yorutlik tabiati bilan bogʼliq boʼlgan hodisalar oʼrganiladi. Bu hodisalar nazariyalarining rivojlanishi yorugʼlik tabiatini toʼla ochib berish bilan birga, yorugʼlikning qaytishi va sinishi qonunlarini ham tushuntirib bera oldi. Yorugʼlikning modda bilan taʼsiri tufayli har xil effektlar — mexanik (yorugʼlik bosimi, Kompton effekti), xususiy optik (yorugʼlikning sochilishi, fotolyuminessensiya), elektr (fotoelektr hodisa), kimyoviy (foto-kimyo va fotografiya effektlari), shuningdek, yorugʼlikning yutilishi va sochilishi, issiklik nurlanishi va boshqa kuzatiladi.

Yorugʼlikning yutilishi va sochilishi rang haqidagi taʼlimot asosini tashkil qilib, rassomlik sanʼatida keng ishlatiladi. Mas, tiniq boʼlmagan muhitda yorugʼlikning sochilishi fotolyuminessensiya uchun asos boʼlib xizmat qiladi. Lyuminessensiya hodisasi hozirgi zamon gaz razryad va lyuminessensiya yorugʼlik manbalarini yara-tish maqsadida qoʼllaniladi. Bu yorugʼlik manbalari elektr energiyani ancha tejaydi. Ulardan lyuminissensiyalanuvchi ekranlar tayyorlashda foydalaniladi. Bu ekranlar rentgenologiya, televidenie, oʼlchov asboblari va harbiy texnikada ishlatiladi. Fotoelektr hodisaga asosan oʼlchov asboblari, har xil yorugʼlik relelari ixtiro qilindi. OPTIKA texnikasi va mashinasozlikda metall yoki obʼektni nazorat qilish yorugʼlik intenferensiyasi hodisasiga asoslangan. Yorugʼlik difraksiyasi hodisasi arxitektura akustikasida ultraakustik toʼlqinlarni optik qayd qilishga imkon beradi. Rentgen nurlarining molekulalar, ayniqsa, kristallardagi difraksiyasi moddalar strukturasini tahlil qilishda muhim ilmiy va amaliy ahamiyatga ega.

3. Yorug’likning to’lqin xossalari. Yorug’lik interferensiyasi.

Oddiy 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 prinsipibajarilganda 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 2 to’lqin o’zunligiga teng bo’lsa,

Yorug’lik difraksiyasi.Yrug’likni fazoda tarqalishini kuzatib yorug’lik to’g’ri

chiziq bo’ylab tarqaladi degan xulosaga kelamiz. Hakikatdan ham, biror teshikdan

yorug’lik o’tsa, u uzun nur konusini hosil qiladi. Agar shu teshikni yana

kichraytirsak, u holda yorug’lik teshikdan sfera bo’ylab tarqaluvchan bo’ladi. Bu

hodisani birinchi bo’lib italyan olimi Grimaldi kuzatgan va uni yorug’lik

difraksiyasi deb atagan. Umuman, yorug’lik difraksiyasi deb yorug’likni tor

teshiklardan va to’siq chetidan o’tganda to’g’ri chiziqli tarqalishining bo’zilishiga

aytiladi. Gyuygens yorug’likni tarqalish jarayonini tushuntirish uchun bir prinsipni

bayon etdi. Bu prinsipni ma’nosi shunday: 2yorug’lik to’lqini kelib tebratgan har

bir nuqta o’z navbatida manba bo’lib elementar yorug’lik to’lqinlarini tarqatadi.

Gyuygens prinsipini kamchiligi shundaki, elementar to’lqinlarni qo’shganda ularni

fazalarini hisobga olmaydi, holbuki bu to’lqinlarning fazalari har xil bo’ladi. Bu

kamchilikni Frenel to’ldirdi va elementar to’lqinlarni fazalarini hisobga oldi.

Natijada Gyuygens-Frenel prinsipi vujudga keldi, uni ma’nosi shunday:

3chegaralangan yorug’lik to’lqinlari fronti tarqalganda hamma nuqtalardan

chiqayotgan elementar to’lqinlar interferensiya qo’shilishib ketgan fazoning qismida qorong’ulik kuzatiladi.

Frenel yorug’lik difraksiyasini tushuntirish uchun o’tayotgan to’lqin frontini

elementar to’lqinlar manbai bo’lgan zonalarga ajratdi va ularning biror nuqtadagi

ta’sirini ko’rib chiqdi. Optikada bu zonalarni Frenel zonalari deb ataladi. Frenel

shu usul bilan yorug’likni to’g’ri chiziq bo’ylab tarqalishini ham tushuntirdi.

Difraksion hodisalar o’z xarakteriga qarab ikki sinfga bo’linadi. Birinchi sinfga

kuzatuvchi nuqta ekran ( to’siq )dan ma’lum masofada joylashgan holdagi

difraksion hodisalar kiradi. Bu xil difraksion hodisalar birinchi marta Frenel

tomonidan o’rganilgan bo’lgani uchun Frenel difraksiyasi deyiladi. Ikkinchi sinfga

ekran (to’siq) kuzatuvchi nuqtadan cheksiz masofada bo’lgan hol, ya’ni parallel

nurlardagi difraksion hodisalar kiradi. Bu xil difraksion hodisalarni birinchi marta

Fraungofer o’rgangan. SHu sababli bunday difraksiyalarni Fraungofer difraksiyasi

deyiladi.

Frenel difraksiyasini doiraviy teshikdan yorug’lik o’tganda ko’ramiz.

Doiraviy teshikni Frenel zonalariga bo’lamiz. Masalan, doiraviy teshikda 3 ta zona

joylashgan. A nuqtada difraksion manzarani kuzatamiz. Bunda umumiy qoida

shunday: agar doiraviy teshikda juft zonalar joylashsa, A nuqtada ( markazda )

qorong’ulik bo’ladi. Agar doiraviy teshikda toq zonalar joylashsa, A nuqtada

( markazda ) yorug’lik bo’ladi. Biz ko’rayotgan holda doiraviy teshikda 3ta zona

joylashgani uchun A nuqtada yorug’lik bo’ladi.

Difraksiya hodisasiga asoslanib maxsus asboblar yasalgan. SHunday

qurilmalardan birini difraksion panjara deyiladi. Difraksion panjara deb, bir-

biridan teng masofalarda turgan ko’p tirqishlardan tuzilgan asbobga aytiladi.

Difraksion panjaradagi parallel joylashgan tirqishlardan yorug’lik o’tganda

Fraungofer difraksiyasi kuzatiladi. Difraksion panjaradagi bitta tirqishning eni b

bo’lsa, ikki tirqish orasidagi to’siq eni a bo’lsa, ularning yig’indisiga difraksion

panjara doimiysi yoki davri d deyiladi. Yorug’likning qutblanishi.Yorug’likning elektromagnit nazariyasiga ko’ra yorug’lik to’lqinlari ko’ndalang to’lqinlardir. SHu sababli yorug’lik to’lqinining elektr E va magnit B vektorlari nur yo’nalishiga nisbatan har xil orientatsiyada bo’lishi mumkin. Optikada bunday yorug’likni tabiiy yorug’lik deyiladi. Lekin yorug’lik to’lqinida tebranishlar yo’nalishi biror tarzda tartiblangan bo’lishi ham mumkin. Bunday yorug’likni qutblangan yorug’lik deyiladi. Agar yorug’lik vektorining tebranishlari faqat bitta tekislikda yuz berayotgan bo’lsa, bunday yorug’likni yassi yorug’lik deb ataladi. Bunda E vektor tebranadigan tekislikni tebranish tekisligi deyiladi. Unga tik bo’lgan B vektor tebranadigan tekislikka qutblanish tekisligi deyiladi. YAssi qutblangan yorug’likni tabiiy yorug’likdan qutblagich yoki polyarizatorlar deb ataluvchi asboblar yordamida hosil kilinadi. Qutblagichga, ya’ni polyarizatorga misol qilib maxsus qirqilgan turmalin kristalini ko’rsatish mumkin. Hosil kilingan qutblangan yorug’likni analizatorlar deb ataluvchi asboblar yordamida tekshiriladi.