Universiteti fizika fakulteti

ÓZBEKSTAN RESPUBLİKASI JOQARI HÁM ORTA ARNAWLI BİLİMLENDİRİW MINISTIRLIGI

BERDAQ ATINDAǴI QARAQALPAQ MÁMLEKETLIK UNIVERSITETI FIZIKA FAKULTETI
FIZIKA KAFEDRASI

2A1-Fizika toparı studenti Sobirov Izzattıń Optika páninen

“Tolqın teńlemelesi. Elektromagnit tolqınlarınıń tezligi” temasında jazǵan
KURS JUMISI

Orınladı I. Sobirov

Qabılladı B. Abdikamalov

Nókis_2022

MAZMUNI
Kirisiw 3
Tiykarǵı bólim

1. 
   Tolqınnıń payda bolıwı. Tolqın teńlemesi 7
   
2. 
   Elektromagnit tolqınlardıń tezligi 14
   
3. 
   Tegis elektromagnit tolqınlar 17
   
4. 
   Elektromagnit tolqınlardıń alıp júretuǵın energiyası 21
   
5. 
   Elektromagnit tolqınlardıeksperimentallıq izertlew 25
   

Juwmaqlaw 29
Paydalanılǵan ádebiyatlar 31

KIRISIW

Bir qatar tariyxıy derekler boyınsha (bul tariyxıy maǵlıwmatlardı haqıyqatlıqqa tolıq sáykes keledi dep tastıyıqlay almaymız) jaqtılıq teoriyalarınıń eń birinshisi – kóriw nurlarınıń teoriyası biziń eramızdan burınǵı 400-jıldıń átirapında grek filosofı Platon tárepinen usınıldı dep esaplanadı. Kóriw nurlarınıń teoriyası kózden nurlar shıǵadı hám olar predmetler menen ushırasıp, olardı jaqtılandıradı hám qorshap turǵan dúnyanıń kóriniwin támiyinleydi dep boljadı. Platonnıń usınday kóz-qarasın áyemgi dáwirlerdegi kóp sanlı alımlar qollap- quwatladı hám olardıń ishinde biziń eramızǵa shekemgi III ásirde jasaǵan Evklid kóriw nurları teoriyasınan kelip shıqqan halda jaqtılıqtıń tuwrı sızıq boyınsha tarqalıwı haqqındaǵı tálimattıń tiykarın saldı hám shaǵılısıw nızamın ashtı. Bul nızamlardı bunnan keyingi izertlewler olardıń birinshi ret qaraǵanda kóringenıńe salıstırǵanda ádewir tereń mániske iye ekenligin kórsetti. ekinshiden, bul nızamlardıń qollanılıwınıń sheklengen hám olardıń tek juwıq nızamları ekenligi belgili boldı. Tiykarǵı optikalıq nızamlardıń qollanılıw shekleriniń tabılıwı jaqtılıqtıń tábiyatın izertlewdegi júdá áhmiyetli progressti bildiredi.
Joqarıda optikanıń tiykarǵı nızamlarınıń júdá ertede ashılǵanı atap ótildi. Biraq bunnan keyingi dáwirlerde bul nızamlarǵa bolǵan kóz-qaraslar kóp sanlı ózgerislerge ushıradı.
Jaqtılıqtıń tiykarǵı qásiyeti bolǵan tuwrı sızıq boyınsha tarqalıwı XVII ásirdiń aqırında Nyutonda mexanikanıń nızamlarına (inersiya nızamına) sáykes tuwrı sızıq traektoriya boyınsha qozǵalatuǵın jaqtılıq bóleksheleri haqqındaǵı kóz- qarastı payda etti. Mexanikadaǵı Nyutonnıń oǵada ullı jetiskenlikleri onıń optikalıq qubılıslarǵa bolǵan kóz-qaraslarına túpkilikli túrde tásirin tiygizdi. Jaqtılıqtıń shaǵılısıwı serpimli shardıń tegislikke soqlıǵısıwına sáykes qabıl etildi. Bunday soqlıǵısıwda ∠𝑖 = ∠𝑖′ shárti orınlanadı. Jaqtılıqtıń sınıwın Nyuton (Dekart sıyaqlı) jaqtılıq bóleksheleriniń sındırıwshı ortalıq tárepinen tartıwı, sonıń nátiyjesinde bir ortalıqtan ekinshi ortalıqqa ótkende jaqtılıq bóleksheleriniń tezligi ózgeriwiniń nátiyjesi dep túsindirdi.
Bóleksheniń birinshi ortalıqtaǵı qozǵalıs tezligin 𝑣₁, al onıń qurawshıların
𝑣_1𝑥 hám 𝑣_1𝑧 arqalı belgileyik. Bunday jaǵdayda birinshi ortalıqtan ekinshi ortalıqqa ótiwshi bóleksheniń tezligi jaqtılıq bóleksheleri menen ortalıqtıń bóleksheleri arasındaǵı tartılıs kúshleriniń tásirinde ózgeredi. Bul tartısıwlar eki ortalıqtıń arasındaǵı shegaraǵa perpendikulyar baǵıtlanǵan hám sonlıqtan tezliktiń normal qurawshısın ózgertedi (𝑣_1𝑧 ≠ 𝑣_2𝑧), al tezliktiń tangensiallıq qurawshısı ózgerissiz qaladı (𝑣_1𝑥 = 𝑣_2𝑥). eger ekinshi ortalıq optikalıq jaqtan tıǵızıraq bolsa, onda 𝑣_2𝑧 >
𝑣_1𝑧 hám usıǵan sáykes 𝑣₂ > 𝑣₁. 𝑣_1𝑥 = 𝑣₁ sin 𝑖, 𝑣_2𝑥 = 𝑣₂ sin 𝑟 bolǵanlıqtan 𝑣_1𝑥 =𝑣_2𝑥 teńliginen

𝑠𝑖𝑛 𝑖



𝑠𝑖𝑛 𝑟
𝑣₂
=
𝑣₁
= 𝑛

qatnasınıń turaqlı bolatuǵınlıǵın, yaǵnıy túsiw múeshiniń mánisinen ǵárezsiz ekenligine kóz jetkeremiz. Sebebi 𝑣₁ hám 𝑣₂ tezlikleri jaqtılıqtıń tarqalıw baǵıtınan ǵárezsiz (izotrop ortalıqlar), biraq onıń reńinen ǵárezli.
Joqarıda ketlirilgen teoriya sınıw kórsetkishine belgili bir fizikalıq mánisti beredi: 𝑛 ekinshi hám birinshi ortalıqlardaǵı jaqtılıq bóleksheleriniń tezlikleriniń qatnası bolıp tabıladı. Sonıń menen birge optikalıq jaqtan tıǵızıraq ortalıqlardaǵı jaqtılıqtıń tezligi optikalıq jaqtan kemirek tıǵızlıqqa iye bolǵan ortalıqlardaǵı jaqtılıqtıń tezliginen kishi boladı.
Nyuton jasaǵan dáwirde hár qıylı ortalıqlardaǵı jaqtılıqtıń tezligin anıqlaw boyınsha tuwrıdan-tuwrı ólshewler júrgizilgen joq. Sonlıqtan alınǵan nátiyjeniń durıslıǵın tikkeley tekserip kóriwdiń mumkinshiligi bolǵan joq. Keyinirek, bunday ólshewler orınlandı (Fuko, 1850-jıl) hám jaqtılıqtıń tıǵız ortalıqlardaǵı tezliginiń (mısalı, suw yamasa shiyshe) hawadaǵı tezliginen kem ekenligi anıqlandı. Nátiyjede jaqtılıq hawadan suwǵa ótkendegi sınıw kórsetkish 1,33 ke teń, yaǵnıy birden úlken. Nátiyjede sınıw kórsetkishine Nyuton tárepinen berilgen túsinik durıs emes bolıp shıqtı. Biraq, zatlardaǵı jaqtılıqtıń tarqalıwın tereńirek tallaw bul máseleniń ápiwayı másele emes ekenligin kórsetti.

Nyuton jasaǵan dáwirde daniyalı astronom Ryomer (Olaf Kristensen Ryomer, 1644- 1710) tárepinen 1676-jılı Yupiterdiń joldaslarınıń tutılıwı qubılısı tiykarında planetalar arasındaǵı keńisliktegi jaqtılıqtıń tezligin anıqlaw boyınsha ólshewler ótkerildi. Sol waqıtları Jerdiń orbitası menen Yupiterdiń orbitasınıń diametrleriniń dál shaması belgisiz edi. Usınday qátelikler menen ótkerilgen ólshewler shama menen 230 000 km/s nátiyjesin berdi. Jaqtılıqtıń tezliginiń usınday úlken mánisi Nyutonnıń zamanlaslarında onıń jaqtılıq haqqındaǵı kóz- qaraslarınıń durıs emes ekenligi haqqında pikirlerdi payda etti. Sebebi usınday úlken tezlik penen qozǵalatuǵın bólekshelerdi kóz aldıǵa keltiriw dım qıyın edi.
Biraq, biz házirgi waqıtları bunday kóz-qarastıń orınlı emes ekenligin atap ótiwimiz kerek. Sebebi, kóp sanlı korpuskulalardıń (β-nurlarınıń, kosmos nurlarınıń quramına kiretuǵın bólekshelerdiń, házirgi zaman tezletkishlerinde tezletilgen hár qıylı zaryadlanǵan bólekshelerdiń) tezlikleri jaqtılıqtıń tezligine júdá jaqın. Tap sol sıyaqlı keyinirek matematik hám mexanik Leonard Eyler (1707- 1783) tárepinen usınılǵan ideya da biziń ushın isenimli emes ideya bolıp shıqtı. Eylerdiń ideyası boyınsha eger Quyash úzliksiz túrde barlıq táreplerge bólekshelerdi oǵada úlkentezlikler menen shıǵaratuǵın bolsa, onda ol tez arada, bir neshe ásirlerdiń ishinde úlken ózgeriske ushırap, kishireyip qalǵan bolar edi. Házirgi waqıtlardaǵı massa menen energiya arasındaǵı baylanıs nurlanıw protsessiniń barısında Quyashtıń massasınıń úzliksiz túrde kishireytetuǵınlıǵın moyınlawǵa májbúrleydi. Nyutonnıń jaqtılıqtıń tábiyatı jónindegi bir qatar kóz- qarasları biziń kúnlerimizdegi hám pútkilley basqa eksperimentallıq bazada alınǵan házirgi waqıtlardaǵı kóz-qaraslarǵaqayshı kelmeydi.
Nyutonnıń zamanlası Xristian Gyuygens (1629-1695) óziniń "Jaqtılıq haqqındaǵı traktat" miynetinde jaqtılıqtıń basqa teoriyasın usındı. Ol akustikalıq hám optikalıq qubılıslar arasındaǵı uqsaslıqtan kelip shıǵıp, jaqtılıq qozıwların ayrıqsha bolǵan ortalıq – materiallıq denelerdiń ishin de, olar arasındaǵı keńislikti de toltırıp turatuǵın efirdegi tarqalatuǵın serpimli impulsler dep qarawdı usındı. Jaqtılıqtıń oǵada úlken bolǵan tarqalıw tezligin efirdiń serpimligi hám tıǵızlıǵı menen baylanıslı hám efirdiń bóleksheleriniń tez orın almastırıwınıń nátiyjesi emes
dep esapladı. Suwdıń betindegi tolqınnıń tarqalıwın baqlawlardan suw bóleksheleriniń joqarıǵa hám tómenge qaray salıstırmalı ástelik penen qozǵalısı suwdıń beti boyınsha tez qozǵalatuǵın tolqınlardı payda etetuǵınlıǵı kelip shıǵadı.
Frenel-Yungtıń efiri (XIX ásirdiń bası) Lomonosov-Eylerdiń efirinen optikalıq qubılıslardı túsindiriw boyınsha ózgeshelikke iye. Bir qansha waqıt ótkennen keyin Faradey elektrlik hám magnitlik tásirlesiwdi túsindiriw ushın gipotezalıq materiallıq ortalıqtı kirgizdi. Bul ortalıqtıń halı (serpimli keriw) tájiriybelerde baqlanatuǵın zaryadlar arasındaǵı jáne toqlar arasındaǵı tásirlesiwlerdi túsindiriwi kerek edi. Jaqtılıqtıń elektromagnit tábiyatı haqqındaǵı ideyaları jaqtılıqtı alıp júriwshi efir menen elektromagnit efirdi biriktiriwge múmkinshilik berdi hám onı barlıq elektromagnit qubılıslardıń alıp júriwshisine aylandırdı. Elektromagnit maydannıń payda bolıwı, tap sol sıyaqlı onıń tarqalıwı noqattan noqatqa belgili bir tezlik penen tarqalatuǵın efirdiń halınıń ózgerisi túrinde qabıl etildi.
Lorentstiń kóz-qarası boyınsha efir sheksiz qozǵalmaytuǵın ortalıq bolıp tabıladı. Onıń tek bir xarakteristikası bar. Ol da bolsa efirdegi elektromagnit uyıtqıwlardıń, sonıń ishinde jaqtılıqtıń belgili bir tarqalıw tezliginiń bar bolıwı bolıp tabıladı (c = 2,997925 m/s). Biraq, qozǵalmaytuǵın ortalıq bolǵan efir haqqındaǵı kóz-qaras onı esaplaw sisteması túrinde qabıl etiwge, sonıń nátiyjesinde absolyut qozǵalıstı ayırıp alıwǵa múmkinshilik berdi. Al tájiriybeler (mısalı, Maykelsonnıń 1878-jıldan baslap ótkerilgen tájiriybelerinde) absolyut qozǵalıstıń joq ekenligin kórsetti. Sonlıqtan efir haqqındaǵı kóz-qaraslardı saqlap qalıwdıń múmkinshiligi joǵaldı. Lorentstıń elektrodinamikasınıń ornıńa kelgen relyativistlik elektrodinamika elektromagnit protsesslerdi alıp júriwshi materiallıq alıp júriwshi efir túsiniginen pútkilley bas tarttı. Jaqtılıqtıń (elektromagnit maydanıńıń) hám zattıń materiyanıń hár qıylı bolǵan eki forması ekenligi jaqtılıq kvantınıń elektron- pozitron jubına aylanıwında hám oǵan keri bolǵan pozitron menen elektronnıń birigiwiniń saldarınan jaqtılıqtıń payda bolıwında ayqın kórinedi.[1]

1.