Жарықтың шашырауы

Жарық жөнiндегi көптеген көкейтестi мәселелердiң шешiмi тек Максвелл ойлап тапқан электромагниттiк өрiстiң теориясынан кейiн ғана табылды. Бұл теориядан жарық дегенiмiз толқын ұзындығы белгiлi бiр аралықта жатқан электромагниттiк толқындар екендiгi шығатын.

Жарықтың табиғатын түсiнуде оның жылдамдығының шектi екендiгiн анықтаудың маңызы зор болды. Жарық жылдамдығын алғаш рет ХVII ғасырдың аяғында О.Ремер өлшеген болатын. Ремер әдiсi Юпитер планетасының серiгiнiң қозғалысын бақылауға негiзделген болатын.

Жарықтың шағылысу заңы. Жарықтың сыну заңы. Толық шағылу құбылысы Тығыздығы өзгеретiн ортада тараған жарық өзiнiң түзусызықты қалыпынан ауытқып, таралу бағытын өзгертедi. Егер тығыздықтың мәнi екi ортаның шекарасында күрт өзгеретiн болса, онда бұл жерде жарықтың шағылысу және сыну құбылыстары байқалады. Мұндай орталардағы жарықтың таралу бағытын әдетте түсу, шағылу және сыну бұрыштары арқылы анықтайды.

4.1 - сурет

Түсу бұрышы деп түскен сәуле мен түсу нүктесiне тұрғызылған перпендикулярдың арасындағы α бұрышын айтады. Сәйкес шағылу бұрышы α′ – шағылған сәуле мен осы перпендикулярдың, ал сыну бұрышы β? – сынған сәуле мен осы перпендикулярдың арасындағы бұрыштар ( 4.1 – сурет ).

Жарықтың шағылу заңы былай  дейдi : Түскен сәуле, шағылған сәуле және түсу нүктесiне тұрғызылған перпендикуляр бiр жазықтықта жатады және түсу бұрышы шағылу бұрышына тең болады, яғни α=α′

Жарықтың сыну заңын тұжырымдамастан  бұрын ортаның сыну көрсеткiшi ұғымын енгiзелiк. Ортаның абсолют сыну көрсеткiшi деп жарықтың вакуумдағы жылдамдығының оның осы ортадағы жылдамдығына қатынасын айтады, яғни

 

(4.1)

мұндағы ε және μ – ортаның салыстырмалы диэлектрлiк және магниттiк өтiмдiлiгi. Бұл өрнекте ферромагниттi емес кез-келген орта үшiн μ∼1 екенi ескерiлген.

Егер жарықтың сыну құбылысы вакуум мен ортаның шекарасында  емес, қандай да бiр екi оптикалық  ортаның шекарасында болса, онда екiншi ортаның бiрiншi ортаға қатысты салыстырмалы сыну көрсеткiшi n₂₁ деп жарықтың бiрiншi ортадағы жылдамдығының екiншi ортадағы жылдамдығына қатынасына тең мына шаманы айтады

(4.2)

мұндағы n1 және n2 – сәйкес бiрiншi және екiншi орталардың абсолют сыну көрсеткiштерi.

Жарықтың сыну заңы былай  дейдi : Түскен сәуле, сынған сәуле және түсу нүктесiне тұрғызылған перпендикуляр бiр жазықтықта жатады және түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы тұрақты шама, ол екi ортаның салыстырмалы сыну көрсеткiшiне тең болады, яғни

 

(4.3)

Ортаның абсолют  сыну көрсеткiшi оның оптикалық тығыздығымен байланысты. Оптикалық тығыздықтың мәнi артқан сайын сыну көрсеткiшiнiң мәнi де артады. Егер жарық оптикалық тығыздығы кемдеу ортадан оптикалық тығыздығы артықтау ортаға өтсе, онда n₂>n₁, немесе n₂₁>1. Ал бұдан sin α > sin β екендiгi шығады, яғни түсу бұрышы сыну бұрышынан әрқашанда үлкен.

Ал, керiсiнше, жарық оптикалық  тығызырақ ортадан оптикалық  тығыздығы кемдеу ортаға өтсе, онда сәйкес sin α < sin β, немесе α < β, яғни сыну бұрышы түсу бұрышынан үлкен. Бұл жағдайда егер түсу бұрышын бiртiндеп арттыра бастасақ, онда сыну бұрышы да арта отырып, α – ның қандай да бiр αшек –ге тең мәнiнде ол 90⁰-қа тең болады. Ал ендi α-ның мәнiн одан да әрi арттыратын болсақ, онда сынған сәуле екiншi ортаға өтпей сол бiрiншi ортада қалып қояды. Осы құбылысты толық iшкi шағылу құбылысы деп атайды. Шағылу және сыну заңдарының ерекшелiктерiн мына жерден көруге болады.

 

   Вакуумдегі жарық жылдамдығы –табиғаттағы мүмкін болатынең үлкен  жылдамдық

 с=300 000км\с=300 000 000м\с=3*108 м\с.Бұл тұжырым табиғат заңы болып табылады.

Заттарда жарық жылдамдығы вакуумге қарғанда аз, мыс: ауада  жарық жылдамдығы -299 711км\с,   суда- 225 000км\с,   шыныда -200 000км\с

 

 

Жарық дисперсиясы — заттың сыну көрсеткішінің (н) жарық толқынының жиілігіне (n) не ұзындығына (l) тәуелділігі; жарық толқыны фазалық жылдамдығының жиілікке (n) тәуелділігі. Жарық дисперсиясы нәтижесінде ақ жарық спектрге жіктеледі (қ. Оптикалық спектрлер). Осы спектрді зерттеу арқылы И.Ньютон Жарық дисперсиясын ашты (1672). Спектрдің берілген аймағы үшін мөлдір денелерде жарық толқынының жиілігі (n) артқанда (l кемігенде) сыну көрсеткіші де (н) артады. н мен n-дің (не l-ның) арасында осындай заңдылық байқалатын құбылыс қалыпты Жарық дисперсиясы деп аталады. Аномаль Жарық дисперсиясы кезінде толқын жиілігі n артқанда (l кемігенде) сыну көрсеткіші н кемиді. Оптикалық шыныларда қалыпты Жарық дисперсиясы, ал жарық өткенде жұтылу жолақтары айқын білінетін газдар мен буларда аномаль Жарық дисперсиясы байқалады. Затта жарықтың сынуы жарықтың фазалық жылдамдығының өзгеруі салдарынан болады. Мұндай жағдайда заттың сыну көрсеткіші (н) мына формуладан анықталады: н=ц/цф, мұндағы цф — жарықтың берілген ортадағы фазалық жылдамдығы, с — вакуумдағы жарық жылдамдығы. Жарықтың электрмагниттік теориясы бойынша: , мұндағы e — диэлектрлік өтімділік, m — магниттік өтімділік. Призмадан немесе басқа бір мөлдір денеден өткен жіңішке ақ жарық шоғы түрлі түсті спектрге жіктеледі. Жеті түрлі түстен құралған бұл спектрдің ең көбірек бұрылатыны және ең қысқа толқындысы (жиілігі үлкені) — күлгін сәуле, ал ең аз бұрылатыны және ең ұзын толқындысы — қызыл сәуле. Жарықтың классик. теориясы бойынша Жарық дисперсиясы жарық таралған орта атомдарының (не молекулаларының) электрондары мен жарық толқындары туғызған айнымалы электр өрісінің өзара әсерлесуі нәтижесінде пайда болады. Мөлдір денелердегі Жарық дисперсиясы спектрлік приборларды, ахроматикалық линзаларды жасау кезінде қолданылады

 

 

 

Жарықтың дисперсия себебінен призмадан өткенде спектрге бөлінуі (Ньютона тәжірибесі).