Fizika va astronomiya

I . Geometrik optika,amaliy ahamiyati
1.1 Geometrik optika 
Geometrik optika - optikaning yorugʻlik nurlari haqidagi tasavvurlar asosida optik nurlanish (yorugʻlik)ning tarqalish qonuniyatlarini oʻrganadigan boʻlimi. G. o. qonunlari manbadan chiqayotgan yorugʻlikning toʻlqin uzunligi atrofdagi narsalarning oʻzlariga xos oʻlchamlaridan koʻplab marta kichik boʻlgan holdagina oʻrinli boʻladi. Bu holda yorugʻlik nuri degan taxminan tushunchani ishlatish mumkin. Yorugʻlik nuri sifatida yorugʻlik energiyasi oqimi tarqalayotgan chiziq tushuniladi. Hyp diafragmalar yordamida hosil qilinadi. Deyarli yoyilmasdan tarqaluvchi yorugʻlik nuriga misol qilib lazer nurini koʻrsatish mumkin.Mustaqil tarqaluvchi yorugʻlik nurlari haqidagi tasavvur qad. dunyo fani davridayoq vujudga kelgan edi. Yunon olimi Evklid nurning toʻgʻri chiziqli tarqalish va yorugʻlikning koʻzgudan qaytish qonunini kashf qildi. 17-asrda bir qator optik asboblar (kuzatish trubasi, teleskop, mikroskop va b.) kashf qilinishi va ularning keng qoʻllanishi munosabati bilan G. o. juda tez rivojlana boshladi. Shu davrda golland matematigi V. Snell va R. Dekart tomonidan yorugʻlik nurlarining ikki muhit chegarasida sinish qonunlari tajriba asosida kashf qilindi. 17-asr oʻrtalaridayoq fransuz olimi P. Ferma G. o.ning asosiy prinsipini quyidagicha ifodalagan edi: ikki nuqta orqali oʻtuvchi yorugʻlik nuri shu nuktalar oraligʻida eng qisqa vakt ketadigan yoʻl boʻylab yuradi. 18-asrdan boshlab optik sistemalarining hisoblash usullari takomillasha borgan sari G. o. amaliy fan sifatida rivojlana bordi.G. o.da ozgina tushuncha va qonunlar (yorugʻlik nuri toʻgʻrisida tasavvur, yorugʻlikning qaytishi va sinishi qonunlari)ga asoslanib, koʻpgina muhim amaliy natijalarni olish mumkin.Muhit vakuumdan moddaning atomlari va molekulalarini o‘z ichiga olganligi bilan farq qiladi. Muhitning mavjudligi yorug‘likning
tarqalishiga ta'sir qiladi. Muhitning quyidagi parametrlari undagi

yorug‘likning tarqalishiga ta'sir qiladi: sindirish ko‘rsatkichi, aks ettirish va yutilish koeffitsientlari, muhitning dielektrik va magnit nisbiy o‘tkazuvchanliklari. Muhitda yorug‘lik tarqalishining asosiy qonunlarini ko‘rib chiqing.kam bo‘lsa, linzalar ingichka deb ataladi. Optik o‘q linzalar sirtlarining egrilik markazlaridan o‘tuvchi to‘g‘ri chiziq. Ob'ektivning optik markazi Yorug‘lik nuri sinmaydigan nuqta. Biz optik markaz linzaning geometrik markaziga to‘g‘ri keladi deb taxmin qilamiz. Ob'ektiv formulasini olish uchun Fermat printsipi yoki ishlatiladi eng kam harakat tamoyili: Nur sayohat qilish uchun eng qisqa vaqtni oladigan yo‘ldan boradi. Keling, yupqa linza formulasini hosilalarsiz yozamiz Qaerda; - linzalarning mutlaq indeksi; - atrof-muhitning mutlaq ko‘rsatkichi. - linzalarning birinchi va ikkinchi yuzalarining egrilik radiuslari. - linzaning markazidan manba (ob'ekt) nuqtalarigacha bo‘lgan masofa. - linzaning markazidan qabul qiluvchining nuqtalarigacha bo‘lgan masof Yorug‘lik elektromagnit to‘lqinlar (EMW). EMW butun bo‘shliqni to‘ldirmaydi. Atomlar va molekulalar to‘lqinlarni to‘plamda chiqaradi va yutadi. Shuning uchun yorug‘lik to‘lqini vaqt va makonda cheklangan. Kontseptsiya kiritiladi monoxromatik to‘lqin bir doimiy chastotaning fazoviy cheksiz to‘lqinidir. KEYIN. EMWlar qat'iy monoxromatik to‘lqinlar emas. Emissiya vaqti. Bu vaqt ichida to‘lqin uzoq masofani bosib o‘tadi Bu to‘lqin deyiladi foton. Foton kosmosda cheklanganligi sababli uni monoxromatik to‘lqin sifatida tasvirlab bo‘lmaydi. Bu turli chastotali to‘lqinlarning to‘plami (superpozitsiyasi). Bunday to‘lqinlarning birikmasi hosil bo‘ladi poezd to‘lqini. Poezdda asosiy chastotali tebranishlarni ajratish mumkin. Ushbu to‘lqinni ma'lum bir vaqtda poezd egallagan bo‘shliqda taxminan monoxromatik deb hisoblash mumkin. Ushbu yaqinlashish tebranishlarni qo‘shishda ma'lum cheklovlarni qo‘yadi. Chastotaning ikkita yorug‘lik to‘lqinini ko‘rib chiqing. Kosmosning ma'lum bir nuqtasida bu dalgalanmalarga to‘g‘ri keladi yoki .Olingan tebranishning amplitudasiTo‘lqinning intensivligi kvadrat amplitudaga mutanosib bo‘ladiFazalar farqi doimiy bo‘lgan holatni ko‘rib chiqing. Bu holat mos keladi izchillik ikkita to‘lqin (yoki vaqt va makonda muvofiqlashtirilgan ikki yoki undan ortiq to‘lqin jarayonlarining borishi). Fazalar farqiga qarab, biz ikkita to‘lqin qo‘shilishidan turli xil natijalarga ega bo‘lamizBu. ikkita kogerent yorug‘lik to‘lqinlari qo‘yilganda yorug‘lik oqimining fazoviy qayta taqsimlanishi sodir bo‘ladi. Natijada intensivlik maksimal va minimal almashinishi yuzaga keladi. Bu hodisa deyiladi yorug‘lik shovqini. Ushbu hodisani kuzatish uchun ikkita kogerent yorug‘lik to‘lqini bo‘lishi kerak. Buning uchun quyidagi texnika qo‘llaniladi: chiquvchi to‘lqin ikkiga bo‘linadi, ularning har biri o‘z yo‘li bilan uchrashuv nuqtasiga boradi. Bundan tashqari, har bir to‘lqin o‘z muhitida harakatlanishi va o‘z masofasini bosib o‘tishi mumkin. Birinchi nur sindirish ko‘rsatkichli muhitdan, ikkinchi nur esa sinish ko‘rsatkichli muhitdan o‘tadi. Agar to‘lqin bo‘linadigan boshlang‘ich nuqtada tebranish fazasi bo‘lsa, u holda uchrashish nuqtasida, birinchi to‘lqin tenglamani qanoatlantiradi. Geometrik optika- yorug‘likning shaffof muhitda tarqalish qonuniyatlarini va optik tizimlarda yorug‘likning to‘lqin xususiyatlarini hisobga olmagan holda o‘tishi paytida tasvirlarni qurish tamoyillarini o‘rganuvchi optika bo‘lim Geometrik optikaning asosiy yondashuvi yorug‘lik nuri tushunchasidir. Bu ta'rif nurlanish energiyasi oqimining yo‘nalishi (yorug‘lik nurining yo‘li) yorug‘lik nurining ko‘ndalang o‘lchamlariga bog‘liq emasligini anglatadi.Yorug‘lik to‘lqin hodisasi bo‘lganligi sababli interferensiya sodir bo‘ladi, buning natijasida cheklangan yorug‘lik dastasi birorta yo‘nalishda tarqalmaydi, lekin cheklangan burchak taqsimotiga ega, ya'ni diffraktsiya sodir bo‘ladi. Biroq, yorug‘lik nurlarining xarakterli ko‘ndalang o‘lchamlari to‘lqin uzunligiga nisbatan etarlicha katta bo‘lgan hollarda, yorug‘lik nurlarining divergentsiyasini e'tiborsiz qoldirib, u bitta yo‘nalishda: yorug‘lik nuri bo‘ylab tarqaladi deb taxmin qilish mumkin Geometrik optikada to‘lqin effektlarining yo‘qligi bilan bir qatorda kvant effektlari ham e'tibordan chetda. Qoidaga ko‘ra, yorug‘likning tarqalish tezligi cheksiz deb hisoblanadi (buning natijasida dinamik fizik masala geometrik masalaga aylanadi), lekin geometrik optika doirasida yorug‘likning cheklangan tezligini hisobga olgan holda (masalan, astrofizik ilovalarda) qiyin emas. Bundan tashqari, qoida tariqasida, yorug‘lik nurlarining o‘tishiga muhitning javobi bilan bog‘liq ta'sirlar hisobga olinmaydi. Ushbu turdagi effektlar, hatto rasmiy ravishda geometrik optika doirasida ham, chiziqli bo‘lmagan optika deb ataladi. Agar ma'lum bir muhitda tarqaladigan yorug‘lik nurining intensivligi chiziqli bo‘lmagan effektlarni e'tiborsiz qoldirishga imkon beradigan darajada kichik bo‘lsa, geometrik optika optikaning barcha tarmoqlari uchun umumiy bo‘lgan nurlarning mustaqil tarqalishining asosiy qonuniga asoslanadi. Unga ko‘ra, nurlar boshqa nurlar bilan uchrashganda, yorug‘lik to‘lqinining elektr vektorining amplitudasi, chastotasi, fazasi va qutblanish tekisligini o‘zgartirmasdan,bir xil yo‘nalishda tarqalishda davom etadi. Shu ma'noda yorug‘lik nurlari bir-biriga ta'sir qilmaydi va mustaqil ravishda tarqaladi. Nurlarning o‘zaro ta'sirida radiatsiya maydonining vaqt va makonda intensivlik taqsimotining natijaviy rasmini interferentsiya hodisasi bilan izohlash mumkin.Geometrik optikani ham hisobga olmaydi ko‘ndalang yorug‘lik to‘lqinining tabiati. Natijada yorug‘likning qutblanishi va u bilan bog‘liq effektlar geometrik optikada hisobga olinmaydi.Geometrik optika bir necha oddiy empirik qonunlarga asoslanadi:Yorug‘likning sinishi qonuni (Snell qonuni)Yorug‘lik nurining teskariligi qonuni. Unga ko‘ra, ma'lum bir traektoriya bo‘ylab bir yo‘nalishda tarqalgan yorug‘lik nuri qarama-qarshi yo‘nalishda tarqalganda o‘z yo‘nalishini aynan takrorlaydi.Geometrik optika yorug‘likning to‘lqinli tabiatini hisobga olmaganligi sababli, unda postulat ishlaydi, unga ko‘ra agar ikkita (yoki undan ko‘p) nurlar tizimi bir nuqtada yaqinlashsa, ular tomonidan yaratilgan yorug‘lik qo‘shiladi.Biroq, eng mos keladigan narsa geometrik optika qonunlarini eikonal yaqinlashishda to‘lqin optikasidan chiqarishdir. Bunda geometrik optikaning asosiy tenglamasi eikonal tenglamaga aylanadi, u ham Ferma printsipi shaklida og‘zaki talqin qilish imkonini beradi, undan yuqorida sanab o‘tilgan qonunlar kelib chiqadi.Geometrik optika yorug‘likning tarqalish qonunlarini o‘rganadi, fotosuratlar olish bilan bog‘liq holda ushbu fanning asosiy nuqtalarini ko‘rib chiqing. Bu sizning kamerangizda sodir bo‘ladigan jarayonlarni yaxshiroq tushunish imkonini beradi."Fotografiya" so‘zi yorug‘lik bilan yozishni anglatadi (yunoncha "photos" - yorug‘lik va "graphio" - yozish). Darhaqiqat, barqaror tasvirlarni ishlab chiqarish usuli sifatida fotografiya yorug‘likning ko‘pgina fizik va kimyoviy xususiyatlaridan foydalanadi. Yorug‘likning fizik xossalari yordamida suratga olinayotgan jismlarning optik tasviri olinadi va yorug‘likning kimyoviy ta'sirida bu tasvir mustahkamlanadi va barqaror bo‘ladi.