To’lqin optikasi Topshiruvchi: Otajonov Sh. Reja

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent Axborot Texnologiyalari Universitetining Telekommunikatsiya texnologiyalari: Mobil tizimlar fakultetining 832-21 guruh 1-kurs talabasi Otajonov Shohjahonning Fizika II fanidan tayyorlagan 1-Mustaqil ishi

To’lqin optikasi
Topshiruvchi: Otajonov Sh.


Reja:

1. 
   Yorug’lik nurining tabiati.
   
2. 
   Yorug’lik nurining elektromagnit to’lqin nazariyasi.
   
3. 
   Yorug’lik to’lqinining asosiy xususiyatlari – to’lqin fronti, tezligi, chastotasi, uzunligi, amplitudasi va kogerentligi.
   
4. 
   Yorug’lik to’lqining hodisalari – interferensiya, difraksiya, yorug’lik despersiyasi, to’lqinlarning yutulishi, qaytishi va sinish jarayonlari.
   
5. 
   Xulosa.
   
6. 
   Foydalanilgan adabiyotlar.
   

Yorug’lik nurning tabiati.
Yorug’lik nuri tabiati to’g’risidagi birinchi tasavvurlar qadimgi grеklar va misrliklarda paydo bo’lgan. XVII asr oxiriga kеlib yorug’likning ikkita nazariyasi I.Nyuton tomonidan korpuskulyar nazariyava R.Guk va X.Gyuygеns tomonidan to’lqin nazariyasi shakllana boshladi.Korpuskulyar nazariyaga asosan, yorug’lik nuri sochuvchi jismlardan chiquvchi zarrachalar (korpuskulalar) oqimidan iboratdir. Nyuton yorug’lik zarra-chalari harakati mеxanika qonunlariga bo’ysunadi, dеgan fikrda edi. Misol uchun, yorug’likning aks qaytishi elastik sharchaning tеkislikdan urilib qaytishiga o’xshatgan

Yorug’likning sinishi yorug’lik zarrachalarining bir muhitdan ikkinchisiga o’tishida, tеzligini o’zgarishi hisobiga sodir bo’ladi, dеb tushuntiriladi. Korpuskulyar nazariya bo’yicha, vakuum – muhit chеgarasida yorug’likning sinishi quyidagi qonunga bo’ysunadi:

bu еrda c – yorug’likning vakuumdagi tеzligi, ϑ- yorug’likning muhitdagi tarqalish tеzligini bildiradi. Korpuskulyar nazariyaga asosan, n> 1 bo’lgan holda, yorug’likning muhitdagi tarqalish tеzligi ϑ vakuumdagi tarqalish tеzligi c dan katta bo’lishi kеrak. Nyuton intеrfеrеntsiya manzarasining hosil bo’lishini yorug’lik chiqishi va tarqalishi bilan bog’liq jarayonlarda qandaydir davriylik bor dеgan taxminlarga asosan tushuntirishga harakat qildi.
Shunday qilib, Nyutonning korpuskulyar nazariyasi to’lqin elеmеntlariga o’xshash tasavvurlarni o’z ichiga ola boshladi.
Korpuskulyar nazariyadan farqli ravishda, yorug’likning to’lqin nazariyasi yorug’likning mеxanik to’lqinlarga o’xshash, to’lqin jarayondan iborat, dеb hisoblaydi.
To’lqin nazariyasi asosida Gyuygеns printsipi yotadi. Gyuygеns printsipiga asosan, to’lqin yеtib borgan har bir nuqta ikkilamchi to’lqinlar manbaiga aylanadi, manbani o’rab oluvchi egri chiziq kеyingi ondagi to’lqin fronti holatini bеlgilaydi. Gyuygеns prinsipiga asoslanib yorug’likning qaytish va sinish qonunlarini osonlikcha isbotlash mumkin.
To’lqin nazariyasi vakuum–muhit chеgarasida yorug’likning sinishini quyi-dagi ifoda bilan ta'riflaydi:



To’lqin nazariyasi asosida olingan sinish qonuni Nyutonning sinish qonuniga qarama–qarshidir. To’lqin nazariyasi yorug’likning muhitdagi tarqalish tеzligi vakuumdagi tеzligidan kichik ekanligini isbotlaydi: .
XVIII asr boshlarida yorug’lik tabiatini tushuntirishda bir-biriga zid bo’lgan ikkita yondoshish mavjud bo’la boshladi: Nyutonning korpuskulyar va Gyugensning to’lqinnazariyalari. Bu ikkala nazariyalar yorug’lik nurining to’g’ri chiziqli tarqalishini, sinish va qaytish qonunlarini tushunturib berdi.

XIX asr boshlarida to’lqin nazariyasi – korpuskulyar nazariyadan ustun bo’la boshladi. Bunga ingliz fizigi T.Yung va fransuz fizigi O.Frenel tomonidan interferensiya va difraksiya hodisalarini o’rganishda olingan natijalar sabab bo’ldi.

Yorug‘likning elektromagnit nazariyasi
o‘z vaqtida Nyuton yorug‘lik haqida mulohaza yuritar ekan, bu haqida, "yorug‘lik - tezligi deyarli cheksiz bo‘lgan mayda zarrachalardan tashkil topadi" deb ta'kidlar edi. Nyutonning zamondoshi bo‘lgan yana bir mashhur fizik olim Xristian Gyuygens esa aksincha, yorug‘lik to‘lqin tabiatiga ega bo‘lib, u xuddi tovushning havoda, yoki, istalgan biror moddiy muhitda tarqalishi singari tarqaladi degan g‘oyani ilgari surardi. Taassufki, Gyuygensning g‘oyalari Nyutonning ilmiy nufuzi soyasida qolib ketdi va akademik doiralarda unchalik ham katta qiziqishga sabab bo‘lmadi. Hatto, odatda sermulohazaligi bilan ajralib turadigan kuchli olimlar ham, faktlarni tekshirib o‘tirmasdan, shunchaki Nyutonning ta'kidlariga ishonib qo‘ya qolishdi. Chunki, ularning fikricha, Nyuton noto‘g‘ri gapirishi ehtimoli mavjud emasdi...
Biroq, yangi avlod olimlari asta-sekinlik bilan katta sahnaga chiqib kelar ekan, baribir yorug‘lik tabiatiga Nyuton g‘oyalaridagi kemtiklarga e'tibor qaratila boshladi. 1700 yilga kelib, Yung, Frenel va boshqa olimlar, yorug‘likning Nyuton ta'limoti bilan tushuntirib bo‘lmaydigan ayrim xossalarini o‘rganishga kirishdilar. Nyuton yondoshuvi bilan tushuntirib bo‘lmaydigan yorug‘lik hodisalari orasida, Nyuton halqasi deb ataladigan hodisa, shuningdek, ayrim hashoratlarning tanasida yuz beradigan murakkab yorug‘lik interferensiyasi natijasida ularning yorqin tus bilan tovlanishi kabilar mavjud edi. Nyuton halqasini fotoplyonka bilan ishlab ko‘rgan fotograflar juda yaxshi bilishdi. U diapozitiv shisha plastinkalar orasiga joylashtirilgan vaqtda hosil bo‘ladi. Yung va Frenellarning tajribalari ham yorug‘likning to‘lqin tabiatiga ega ekaniga yaqqol ishora qilib, Gyuygensning ishlarida haq gaplar keltirilganini ko‘rsatib bergan bo‘lsa-da, baribir, yorug‘likning to‘lqin tabiati haqidagi g‘oya XIX asrning ikkinchi yarmigacha ham shubha ostida qolaverdi. Buning ikkita asosiy sababi bor edi. Birinchisi - Faradeyning tajribalari bo‘lib, u magnit maydonining yorug‘likka ta'siri mavjudligini ko‘rsatib bergandi. Ikkinchi sabab esa, Maksvell olib borgan tajribalar bo‘lib, unda elektr va magnit hodisalarining o‘zagi bitta ekani ifodalab berilgan edi. Bunga ko‘ram yorug‘lik - elektromagnit tabiatiga ega bo‘lib, bu - shakl va tarkibning yorug‘lik ko‘rinishidagi ajoyib uyg‘unligiga ishora edi.
Elektromagnetizm haqidagi tushunchalarning rivojlanishi asnosida yuzaga kelgan yorug‘likning mohiyatiga oid yangi fikrlar, yorug‘lik tabiatiga oid avvaldan mavjud chalkashliklarni yanada chigallashtirib yubordi. Bu masala ayniqsa Faradeyni ikkilantirib qo‘ygandi. Faradey yorug‘lik tabiatiga oid yangi izohni izlay boshladi. Xususan Faradeyning kuch chiziqlari ham shunday tabiatga ega bo‘lib, ularni statik emas, balki, dinamik nuqtai nazardan qarash lozim edi. Faradey yorug‘likning elektromagnit tabiati haqida fikrlar ekan, bu boradagi o‘z ilmiy tekshirishlarining natijalarini, o‘zining 1846-yilda chop etilgan "Nur vibratsiyalari haqidagi fikrlar", hamda, "Magnit kuchining fizik chiziqlari haqida" deb nomlangan, 1851-yilda chop etilgan asarlarida bayon qilgan.

Faradey tomonidan 1845-yilda kashf etilgan, magnetizm hamda yorug‘lik hodisalarining o‘zaro bog‘liq ekanligi haqidagi kashfiyot, yorug‘likning mohiyati haqidagi

ta'limotlarga yangi qon bo‘lib kirib keldi va yorug‘lik to‘lqinlarining qat'iy ko‘ndalangligiga yana bir bora ishora bergan edi. Bu esa, olimlar ongida o‘rnashib qolgan, efir haqidagi eski aqidaga zid bo‘lib, bu Faradey g‘oyalarining ham xuddi Gyuygens g‘oyalari kabi shubha ostiga olinishiga sabab bo‘lishi mumkin edi. Faradey o‘zining yorug‘likning‘ elektromagnit tabiati haqidagi fikrlarini bayon qilar ekan, ko‘ndalang to‘lqinlar hosil bo‘ladigan kuch chiziqlari haqida to‘xtalib, shunday deydi: "Bizga ma'lum nazariyadagi (olim bunda Gyuygensning to‘lqin nazariyasini nazarda tutmoqda) - tebranishlar yorug‘lik hodisalarining asosini tashkil etishi va u bilan bog‘liq hodisalar esa, kuch chiziqlarida sodir bo‘lishi mumkinligi haqida taxmin qilib ko‘rish mumkin. Ushbu kuch chiziqlari zarrachalarni o‘zida birlashtiradi. Demak, materiyaning massasini va tebranishini umumlashtiradi. Agar imkon berilsa, bu g‘oya bizni efir tushunchasidan xalos etishi mumkin. Boshqa tomondan qaralsa, ushbu tebranishlar aynan efir muhitida yuz beradi deb olinadi".

Olim elektromagnit kuch chiziqlarida yuz beruvchi tebranishlarning mohiyatini qandaydir mexanik jarayonlarga asoslanmagan, aksincha, bu tur tebranishning tamomila yangicha, hali to‘liq tushunib yetilmagan qandaydir "oliy" turi deb ataydi. Bu turdagi tebranishlar ko‘ndalangiga yuz beradi va shu sababli har xil qutblanish jarayonlarini ham aynan shu nuqtai nazardan izohlash mumkin bo‘ladi. Bunday tebranishlari havo va suyuqliklardagi tovushning bo?ylab tebranishlar bilan tarqalishi hodisasiga umuman o‘xshamaydi. Faradeyning o‘z ta'biri bilan aytganda, ushbu g‘oya, ya'ni, yorug‘likning elektromagnit tabiati tushunchasi, yorug‘lik fizikasidan efir tushunchasini chiqarib tashlaydi; lekin tebranishlar tushunchasini saqlab qoladi. Olim ushbu elektromagnit to‘lqinlar, ya'ni, yorug‘lik muayyan chekli tezlik bilan harakatlanadi deb uqtiradi:

"...Kuch chiziqlarining bir tarafida yuz bergan o‘zgarish, chiziqlarning boshqa tarafida ham o‘zgarishlar yuz berishiga sabab bo‘ladi. Yorug‘likning, umuman olganda, har qanday nurlanishlarning tarqalishi uchun vaqt zarur bo‘ladi. Kuch chiziqlaridagi tebranishlar tufayli yorug‘lik paydo bo‘lishi uchun, ushbu tebranishlarning o‘zi ham muayyan vaqt davom etishi kerak".

Toʻlqinlar — fazoda chekli tezlik bilan tarqaluvchi modda yoki muhitning holat oʻzgarishlaridir. Toʻlqinlarning tarqalish jarayonida energiya fazoning bir nuqtasidan ikkinchi nuktasiga uzatiladi, lekin zarralari koʻchmaydi. Turli xil mexanik, issiqlik, elektromagnit holat oʻzgarishlariga turli xil toʻlqinlar mos keladi. Elastik toʻlqin, sirtiy toʻlqin, elektromagnit toʻlqin turlari keng tarqalgan. Elastik deformatsiyalarni gaz, suyuqlik va qattiq jismlarda tarqalishi elastik toʻlqin deyiladi. Tovush toʻlqini va Yer qobigʻidan seysmik toʻlqin elastik toʻlqinning xususiy holi hisoblanadi. Ikki muhit chegarasi sirti boʻylab tarqaluvchi toʻlqinlar sirtiy toʻlqinlardir. Elektromagnit toʻlqinlar — xususan radio toʻlqinlar, yorugʻlik toʻlqinlari, ultrabinafsha toʻlqinlar, rentgen va gamma toʻlqinlar — tarqalayotgan oʻzgaruvchi elektromagnit maydonlardan iborat. Bulardan tashqari gravitatsion toʻlqinlar ham mavjud. Toʻlqin jarayonlari fizik hodisalarning deyarli barcha sohalarida uchraydi. Toʻlqinlarni oʻrganish fizika va texnika fanlari uchun muhim.

Muayyan vaqt oraliqlarida takrorlanib turadigan harakatlar tebranishlar deyiladi. Tebranishlar toʻlqin tarqalish yoʻnalishi boʻyicha boʻlsa, boʻylama toʻlqin, tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlsa, koʻndalang toʻlqin deyiladi. Boʻylama toʻlqinlar tarqalayotganda muhit zarralari toʻlqin tarqalayotgan yoʻnalish boʻylab tarqaladi. Koʻndalang toʻlqinlarda esa muhit zarralari toʻlqinlar yoʻnalishiga perpendikulyar yoʻnalish boʻylab tebranadi. Gazlar, suyuqliklardagi elastik toʻlqinlar boʻylama toʻlqinlardir. Qattiq jismlardagi elastik toʻlqinlar, jumladan, Yerning seysmik toʻlqinlari boʻylama toʻlqinlar shaklidagina emas, koʻndalang toʻlqinlar ham boʻlishi mumkin. Muhit zarralarining tebranishlari toʻlqinlar tarqalishi yoʻnalishiga perpendikulyardir. Elektromagnit toʻlqinlar koʻndalang toʻlqinlardir, ularda tebranuvchi elektr maydon va magnit maydon kuchlanganliklarining yoʻnalishlari toʻlqinlar tarqalishi yoʻnalishiga perpendikulyar boʻladi. Mexanik toʻlqinlar manbai tashqi kuch taʼsirida holati oʻzgarishga moyil boʻlgan chekli jism va moddalar boʻlib, elektromagnit toʻlqinlar manbai tebranish konturi va harakatlanayotgan zaryadlar hisoblanadi. Toʻlqinlarning xossalarini oʻrganishda uning parametrlaridan, yaʼni amplitudasi, uzunligi, chastotasi, uning tarqalish tezligi, fazasi, toʻlqin vektori va boshqa kattaliklardan foydalaniladi. toʻlqinlar chastotasi, fazasi yoki amplitudasining oʻzgarishini toʻlqinlar modulyatsiyasi deyiladi. Aniq parametrning oʻzgarishiga qarab moye modulyatsiya — chastota modulyatsiyasi, faza modulyatsiyasi, amplituda modulyatsiyasi roʻy beradi.

To'lqin tezligi deganda tezlik tushuniladi. To'lqin uzunligi. To'lqinlarning tarqalish tezligi. Fizikada to'lqin tezligi
ostida to'lqin tezligi bezovtalanishning tarqalish tezligini tushunish. Misol uchun, po'lat novda uchiga zarba u erda mahalliy siqilishga olib keladi, keyin esa novda bo'ylab taxminan 5 km / s tezlikda tarqaladi.
To'lqinning tezligi bu to'lqin tarqaladigan muhitning xususiyatlari bilan belgilanadi. To'lqin bir muhitdan ikkinchisiga o'tganda uning tezligi o'zgaradi.
To'lqin uzunligi to'lqinning undagi tebranishlar davriga teng vaqt ichida tarqaladigan masofa deyiladi.
To'lqinning tezligi doimiy qiymat bo'lganligi sababli (ma'lum muhit uchun), to'lqin bosib o'tgan masofa tezlik va uning tarqalish vaqtining mahsulotiga teng bo'ladi. Shunday qilib, to'lqin uzunligini topish uchun to'lqin tezligini undagi tebranishlar davriga ko'paytirish kerak:
qayerda v to'lqin tezligi, T to'lqindagi tebranishlar davri, λ (yunoncha lambda harfi) toʻlqin uzunligi.
Formula to'lqin uzunligining tezligi va davri bilan bog'liqligini ifodalaydi. To'lqindagi tebranishlar davri chastotaga teskari proportsional ekanligini hisobga olsak v, ya'ni. T= 1/ v, siz to'lqin uzunligining tezligi va chastotasi bilan bog'liqligini ifodalovchi formulani olishingiz mumkin: