Реферат Тақырыбы: Жарық дифракциясы. Гюйгенс-Френель принципі Орындаған: Жанаөмірова. С. Ж. Қабылдаған: Тунгушбекова. М. К

Егер жарық толқындар ағыны болып табылатын болса, онда жарықтың интерференция құбылысы байқалуы тиіс.

Бір-біріне тәуелсіз екі жарық көзін, мысалы екі электр шамын, пайдаланып интерференциялық көріністі шығарып алуға болмайды. Тағы бір шамды жаққанда беттің жарықталуы ғана күшейеді., бірақ жарықталудың максимумы мен минимумының кезектесуі жағдайын туғызбайды.

Несебепті бұлай болатынын жәнеұандай жағдайларда жарықтың интерференция құбылысы байқалатынын айқындайық.

Жарық толқындардың когеренттік шарты. Мұның себебі алуан түрлі жарық көзі шығаратын толқындардың бір-бірімен үйлеспейтіндігінде. Тұрақты интерференциялық көрініс шығарып алу үшін үйлесімді толқындар болуы қажет. Олардың толқын ұзындықтары бірдей және кеңістіктің кез келген нүктесіндегі фазалар айырмасы тұрақты болуы қажет. Толқын ұзындықтары бірдей және фазалар айырмасы тұрақты болып келетін мұндай үйлесімді толқындар когерентті толқындар деп атайтынын еске аламыз.

Екі жарық көзінен ұзындықтары бірдей дерлік жарық толқындарын шығарып алу қиын емес. Ол үшін толқын ұзындықтарын аса қысқа интервалмен жіберіп тұратын жақсы жарық сүзгісін пайдалану әбден жеткілікті. Алайда бір-біріне тәуелсіз екі жарық көзінен шыққан жарық толқындардың фазалар айырмасының тұрақты болуын жүзеге асыру мүмкін емес. Жарық көзі атомдары жарықты бір-біріне тәуелсіз ұзындығы бір метрдей синусоидалық толқындардың жеке- жеке «үзіктері» түрінде шығарып таратады. Екі көзден шыққан толқындардың үзіктері бірінің үстіне бірі келіп түседі. Осының нәтижесінде кеңістіктің кез келген нүктесіндегі тербелістер амплитудасы уақыт өтумен, дәл осы мезетте әр түрлі жарық көзінен шыққан толқындардың үзіктері бір-біріне қатысты қалай ығысқанына байланысты құбылып, өзгеріп тұрады. Әр түрлі жарық көзінен шыққан толқындар, олардың фазалар айырмасы тұрақты болып қалмайтын себепті, когерентті емес. Жарықталудың максимумдары мен минимумдары айқын бөлістіретіндей орнықты көрініс кеңістікке байқалмайды.

Жұқа қабықшалардағы интерференция. Осыған қарамастан жарық интерференциясын бақылауға болады. Жарық интерференциясын тіпті ертеде бақылаған, бірақ оған ешбір мән берілмеген.

Бала кезімізде сабын көпіршіктерін ұшырып ойнағанда, сондай-ақ керосиннің не мұнайдың су бетінде қалқыған жұқа қабықшасының кемпірқосақ түсті болып құбылғанын байқағанда интерференциялық көріністерді талай рет көрдік. «Ауада шарқ ұрған сабын көпіршігі, айналадағы түрлі нәрселердің барлық түстерімен боялып құбылады. Сабын көпіршіктері табиғаттың ең бір керемет тамаша нәрсесі» (Марк Твен). Сабын көпіршігін осындай таң қаларлық етіп отырған осы жарық интерференциясы.

Ағылшын ғалымы Томас Юнг тұңғыш рет, біреуі жұқа қабықшаның сыртқы бетіне, екіншісі ішкі бетінен шағылған толқындарды қосу арқылы, оның түстерін түрлендіру мүмкіндігі жөнінде данышпан ойға келді. Ол толқындардың біреуі қабықшаның сыртқы бетінен, ал екіншісі ішкі бетінен шағылады. Сонда жарық толқындарының интерференциясы – екі толқынның қосылуы пайда болады. Соның салдарынан кеңістіктің әр түрлі нүктесінде қорытқы жарық тербелістерінің күшеюінің не бәсеңдеуінің уақыт жөнінен орнықты көрінісі бақалады. Интерференция нәтижесі (қорытқы тербелістердің күшеюі немесе бәсеңдеуі) жарықтың қабықшаға түсу бұрышына, қабықшаның қалыңдығына және толқынның ұзындығына тәуелді. Егер сынған толқын шағылған толқыннан толқындар ұзындығының бүтін санына қалып қойса, ондай жағдайда жарық күшейеді. Егер екінші толқын біріншіден толқындар ұзындығының жартысына немесе жарты толқынның тақ санына қалып қойса, онда жарық бәсеңдейді.

Қабықшаның сыртқа және ішкі беттерінен шағылған толқындардың когеренттігі, олардың екеуінің де бір жарық шоғының бөліктері болуымен қамтамасыз етіледі. Әрбір сәуле шығарушы атомнан шыққан толқындар цугасын қабықша екіге бөледі, содан соң осы бөліктер бірігеді де интерференцияланады.

Сондай-ақ, Юнг жарық түстеріндегі айырмашылық жарық толқыны ұзындығындағы айырмашылыққа байланысты болатынын түсінді. Әр түсті жарық шоқтарына ұзындығы әртүрлі толқындар сәйкес келеді. Бір-бірінен ұзындығы өзгеше болатын толқындар бірін-бірі күшейтуі үшін қабықшалардың әр түрлі қалыңдығы керек. Демек, егер қабықшалардың қалыңдығы бірдей болмаса, онда қабықша ақ жарықпен жарықталғанда түрлі түстер шығуы тиіс.

Ньютон сақиналары. Жай интерференциялық көрініс шығыны пластина мен оның үстіне қойылған сфералық беттің қисықтық радиусы үлкен жазық-дөңес линзасының арасындағы жұқа ауа қабатында шығады. Бұл интерференциялық көрініс Ньютон сақиналары деп аталған концентрлі сақиналар түрінде болып келеді.

Ньютон оларды тек ақ жарықта ғана емес, линзаны бір түсті (монохромат) шоқпен жарықтандыра отырып та, өте мұқият бақылады және зерттеді. Реттік нөмірлері бірдей сақиналардың радиустары, спектрдің күлгін ұшынан қызыл ұшына өту кезінде үлкейе береді, максимал радиус қызыл сақиналарда болады.

Сақиналар неге пайда болатынын Ньютон жеткілікті түсіндіре алмады. Оны Юнг түсіндірді. Біз оның пайымдуларына назар салып көрейік. Онда жарық дегеніміз толқындар деген болжамды негіз етіп алған. Ұзындығы белгілі толқын жазық-дөңес линзаға перпендикуляр дерлік түскен жағдайды қарастырайық. Толқын шыны – ауа шекарасында линзаның дөңес бетінен, ал толқын ауа – шыны шекарасында пластинадан шағылу нәтижесінде пайда болады. Бұл толқындар когерентті, олардың ұзындықтары бірдей және фазалар айырмасы тұрақты, ол толқынға қарағанда толқынның ұзақ жол жүретінінен келіп туады. Егер екінші толқын бірінші толқыннан толқындар ұзындығының бүтін санына қалып қойса, онда толқындар қосылып, бірін-бірі күшейтеді. Олар туғызатын тербелістер бірдей фазада болып өтеді.

Керісінше, егер екінші толқын бірінші толқыннан жарты толқындардың тақ санына қалып қойса, онда олар туғызатын тербелістер қарама-қарсы фазаларда болады да, толқындар бірін-бірі өшіреді.

Егер линза бетінің қисықтық радиусы R белгілі болса, онда линзаның шыны пластинамен тиіскен нүктесінен ұзындығы белгілі толқындар бірін-бірі өшіретіндей жол айырмасы қандай ара қашықтықта болатынын есептеп шығаруға болады. Бұл аралықтар Ньютонның күңгірт сақиналарының радиустары болады. Себебі қалыңдығы тұрақты ауа қабатының сызықтары шеңбер болады. Сақиналардың радиустарын өлшеп, толқын ұзындықтарын есептеп шығаруға болады.

Жарық толқынының ұзындығы. Өлшеулер қызыл жарық үшін λқ = 8 · 10-7м, ал күлгін үшін λк = 4 · 10-7м болатынын көрсетеді. Спектрдің басқа түстеріне сәйкес келетін толқын ұзындықтары аралық мәндерге ие болады. Кез келген түс үшін жарық толқынының ұзындығы өте кіші. Ұзындығы бірнеше метр орташа теңіз толқынының сонша күшейіп, бүкіл Атлант мұхитының Америкадан Еуропаға дейінгі жағалауына жайылатынын көз алдымызға елестетейік. Сөйтіп, интерференцияны зерттеу жарықта толқындық қасиеттер барын дәлелдеп қана қоймайды, толқын ұзындығын өлшеуге де мүмкіндік туғызады. Сонымен қатар, дыбыстың жоғарылығы оның жиілігімен анықталатыны сияқты, жарықтың түсі толқын ұзындығымен немесе тербелістер жиілігімен анықталады. Табиғатта бізден тыс ешбір бояу жоқ, тек ұзындығы әр түрлі толқындар бар. Көз – күрделі физикалық прибор, ол жарық толқындарды ұзындығындағы болымсыз айырмашылықтарды көруге қабілетті. Жануарлардың көпшілігі түстерді айыруға қабілетсіз екені қызық. Оларға ылғи ақ-қара көрініс береді. Түс соқырлығына

душар болған адамдар – дальтониктер де түстерді ажырата алмайды...

Жарық бір ортадан екінші ортаға өткенде толқын ұзындығы өзгереді. Оны былай байқауға болады. Линза мен пластина арасындағы ауа қабатын сумен немесе сыну көрсеткіші басқа мөлдір сұйықпен толтырамыз. Интерференциялық сақиналардың радиусы кішірейеді.

Неге олай болады? Жарық вакуумнен басқа бір ортаға өткенде, жарық жылдамдығы n есе азятынын білеміз. υ = λν болғандықтан, бұл жерде не толқын жиілігі,не толқын ұзындығы n есе кішіреюге тиіс. Бірақ сақиналар радиусы толқын ұзындығына тәуелді. Демек, жарық ортаға кіргенде, толқынның жиілігі емес, сол толқынның ұзындығы n есе өзгереді.

Электромагниттік толқындар интерференциясы. Аса жоғары жиілікті генератормен жасалған тәжірибелерде де электромагниттік толқындардың (радиотолқындардың) интерференциясын байқауға болады.

Генератор мен қабылдағыш бір-біріне қарам-қарсы орналастырылады. Сонан соң астыңғы жағынан горизонталь қалыптағы металл пластинаны енгізеді. Пластинаны бірте-бірте көтеріп, дыбыстың біресе бәсеңдеп, біресе кішейіп шыққанын байқайды. Бұл құбылыс былайша түсіндіріледі. Генератор рупорынан шыққан толқынның бір бөлігі тікелей қабылдағыш рупорға түседі. Оның екінші бөлігі болса, металл пластинадан шағылады. Пластинаның орналасуын.өзгерте отырып, біз түзудің және шағылған толқын жолының айырмасын өзгертеміз. Осының салдарынан толқындар жол айырмасы толқын ұзындығының жұп санына немесе жарты толқынның тақ санына тең болатын-болмайтынына тәуелді бір-бірін не күшейтеді, не әлсіретеді.