Ilmiy rahbar: aytimbetov n. Bajardi: madrahimov j

2.2. Yorug’lik bosimini tajribada o’rganish

Birinchi marta yorug'lik bosimi borligi haqidagi gipotezani 17-asrda I. Kepler quyosh yaqinidagi parvoz paytida kometa quyruqlarining harakatlarini tushuntirish uchun ilgari surdi. 1873-yilda Maksvell o'zining klassik elektrodinamikasi doirasida yorug'lik bosimi nazariyasini berdi. Yorug'lik bosimi birinchi marta 1899-yilda P.N Lebedev tomonidan eksperimental ravishda o'rganilgan. Uning evakuatsiya qilingan kemadagi tajribalarida aylanuvchi muvozanat ingichka kumush ipda to'xtatilgan bo'lib, uning rokkalari blyuda va turli metallardan yasalgan ingichka disklar bilan bog'langan. Asosiy qiyinchilik radiometrik va konvektiv kuchlar fonida yorug'lik bosimini ajratish edi (atrofdagi gazning harorati yoritilgan, yoritilmagan tomondan farqi natijasida paydo bo'lgan kuchlar). Muqobil nurlanish bilan turli tomonlar Lebedev radiometrik kuchlarni tenglashtirdi va Maksvell nazariyasi bilan qoniqarli (± 20%) kelishuvga erishdi. Keyinchalik, 1907-1910-yillarda. Lebedev gazlardagi yorug'lik bosimini o'rganish bo'yicha aniqroq tajribalar o'tkazdi va nazariya bilan maqbul kelishuvga erishdi.
Bugungi qarashlarga ko'ra yorug'lik to'lqin-zarracha ikkilikka ega, ya'ni u zarralar hamda to'lqinlarning xususiyatlarini (elektromagnit nurlanish) namoyish etadi. Agar biz yorug'likni fotonlar oqimi deb hisoblasak, unda klassik mexanika tamoyillariga ko'ra, zarralar tanaga urilganda unga impulsni o'tkazishi, boshqacha aytganda, bosim o'tkazishi kerak. Ba'zan bu bosim deyiladi radiatsiya bosimidir.
M asalan, birlik maydoniga yorug'lik bosimi kuchining tangensial komponenti quyidagicha bo'ladi:

Birinchi marta yorug'lik bosimi mavjud degan taxmin qilingan Nemis olimi Yoxannes Kepler 17-asrda. Quyosh yaqinida uchib yurgan kometalarning xatti-harakatlarini o'rganib, u kometaning dumi har doim ham quyoshga qarama-qarshi yo'nalishda burilishlariga e'tibor qaratdi. Kepler nazarida bu og'ish qandaydir tarzda quyosh nurlari ta'sirida bo'lgan. Yorug’lik moddaga ko’ratadigan turli xil ta’sirlari orasida uning ham bosimi juda katta ahamiyatga ega. Yorug’lik bosimi yorug’lik elektromagnit nazariyasining rivojlanishi uchun katta ahamiyatga ega bo’ldi, bundan tashqari yorug’likning tabiatiga bo’lgan umumfilosofik nuqtayi nazar uchun ancha qiziqarli bo’lib kosmik sohada qo’llaniladi. Yorug’likni o’zi yoritayotgan jismlarga bosim berishi kerak degan g’oyani Keplar aytgan bo’lib u kometalar quyruqlari shakliga o’sha bosim sabab bo’ladi deb bilgan. Yorug’lik bosimi haqidagi g’oya Nyutonning zarralar oqib chiqish nazariyasidan ham kelib chiqadi. Bu nazariyaga muvofiq yorug’lik zarralari o’zlarini qaytaradigan yoki yutadigan jismlarga urilganda impulslarining bir qismini ularga berishi, yani bosim hosil qilishi kerak. Bu masalaning nazariyasi va tajribasi juda uzun tarixga ega.Tajriba xususida juda sodda urinishlar bilan birga ancha jiddiy tajribalar ham o’tkazilib, bu tajribalarning ba’zilari, masalan Kruks tajribasi siyraklashtirigan gazlarning kinetikasi bilan bog’liq bo’lgan maxsus xodisalarning kashf etilishiga olib keldi. Franklin o’zidan oldin yorug’likning bosimini aniqlashga bag’ishlangan deyarli barcha urinishlarning muvafaqqiyatsizlikka uchrganliklari korpuskular nazariyaga qarshi qo’yiladigan dalillardan biri sifatida ko’rsatgan. Keyinchalik ham Yung ham shu dalillardan foydalangan, biroq na Franklin va na Yung bu bosimning eng kam qiymati haqida hech narsa deya olmadilar, chunki yoruglik zarralarining massasi haqida hech narsa deyish mumkin emasdi, demak o’sha vaqtlarda tajribada qo’llanilgan burama tarozining sezgirligi yetarli yoki yetarli emasligi haqida ham hech narsa deyish mumkinmas edi.

Maksvell yorug’liklarning elektromagnitiklik nazariyasi asosida yorug’lik bosimining bo’lishi zarurligini keltirib chiqarganidan hamda katta bu bosimning kattalligini hisoblab bergandan so’ng Franklinning yorug’likning yorug’lik to’lqin nazariyasi elastiklik nazariyasi sifatida rivojlanayotgani uchun muxim ahmiyatga ega bo’lgan e’tirozlari korpuskular tasavvurlarga qarshi qo’yiladigan dalil sifatida o’z kuchini yo’qotdi.
Yorug’lik ko’ndalang elektromagnit to’lqin bo’lgani uchun o’tkazgich sirtiga tushganda bunday tasirlar ko’rsatishi kerak.Yoritilgan sirt tekisligida yotgan elektr vektori o’sha tekislik bo’yicha ham tok hosil qiladi, yorug’lik to’lqinining magnit maydoni paydo bo’lgan bu tokka Amper qonuniga asosan shunday kuch bilan tasir qiladiki, bu kuchning yo’nalishi yorug’likning tarqalish yo’nalishi bilan bir xil bo’ladi. Shunday qilib yorug’lik bilan qaytaruvchi yoki yutuvchi jism o’rtasidagi ponderomotor o’zaro ta’sir jismga bo’layotgan bosimni vujudga keltiradi. Bosim kuchi yorug’lining intensivligiga bog’liq bo’ladi.Yorug’lik nurlari parallel dasta tashkil qilgan holda Maksvelning hisobi bo’yicha p bosim yorug’lik energiyasining u zichligiga yani hajm birligidagi energiyaga ham teng bo’ladi. Bunda yorug’lik tushayotgan jism absolyut qora, yani o’ziga tushayotgan yorug’lik energiyasini to’liq yutadigan jism deb faraz qilinadi. Agar jismning qaytarish koefitsiyenti nolga teng bo’lmay, biror R qiymatga teng bo’lsa u holda bosim p=u(1+R) bo’ladi, ideal ko’zgu uchun xususiy holda r-1 bosim p=2u bo’ladi. Agar 1 sm² yuzaga 1 s ichida normal tushayotgan energiyani E bilan belgilasak u holda nur energiyasining zichligi E/c ga teng bo’ladi, bu yerda c yorug’lik tezligi. Shunday qilib yorug’likning bosimini quyidagicha ifodalash mumkin.
(4)
M
aksvel yorug’ kunda quyosh nurlari 1m² qora sirtga 0,4 mG kuch bilan bosim beradi deb topdi. Agar yorug’likning devorga bo’shliq ichidagi barcha yo’nalishlar bo’yicha tushayotgan bo’lsa nurlanishning zichligi u ga teng bo’lganda qora sirtga p=u/3 bosim beriladi. Yorug’likning bosimini birinchi bo’lib fizik olim P.N Lebedov Moskvada o’z davridagi eksperimental san’atning namunasi bo’lgan tajribalarda aniqladi hamda o’lchadi. Lebedov tajribasidagi asbob ingichka ipga bog’langan yengil osmadan iborat bo’lib, bu osmaning chekkalariga yupqa yengil qanotchalar ulangan; bu qanotchalarning biri qoraytirilgan qolgan ikkinchisi esa yaltiroq holda qoldirilgan. Xavosi so’rib olingan G idish ichiga joylashtirilgan R osma juda sezgir burama tarozi tashkil qiladi. B yoy lampaning yorug’ligi linzalar hamda ko’zgular sistemasi yordamida qanotchalarning biriga to’plab yuboriladi hamda R osmaning buralishiga sabab bo’ladi. Osmaning buralishi ipga biriktirilgan ko’zgucha va truba yordamida kuzatiladi. S₁ hamda S₄ qo’sh ko’zguni siljitib B yoyning yorug’ligini qanotchaning betiga yoki orqasiga yuboriladi va shu bilan osmaning buralish yo’nalishini o’zgartirish mumkin.
1-rasm
P
₁ plastinka yorug’lik dastasining ma’lum qismini T termoelementga yuboradi, termoelement esa tushayotgan energiya kattaligini aniq o’lchashga imkon beradi. Tajribalar turli shakldagi osmalar yordamida o’tkazilgan edi.
2-rasm
Lebedovning tajribasi asosiy qiyinchiliklar gazning konveksioan oqimlari borligi va radiometrik ta’sirni mavjudligi edi .Bu halaqitlar yorug’lik bosimidan bir necha yuz ming marta katta bo’lsihi mumkin.
Konveksion oqimlar qanotchalar bir oz og’ib turganda osmani buradi. Bu tasir tushayotgan yorug’lik oqimining yo’nalishiga bog’liq bo’lmagani uchn Lebedov konveksioan oqimlarni o’rganish hamda uni bartaraf qilishda yoritish yo’nalishini o’zgartirishdan foydalangan.
Ammo bu tajriba aniq natijalarni bermadi. Uni amalga oshirishda qiyinchiliklar bo'lgan. Vakuum nasoslari o'sha paytlarda mavjud bo'lmaganligi sababli ham ularda odatdagi mexanik nasoslardan foydalanganlar. Va ularning yordami bilan idishda mutlaq vakuum hosil qilish mumkin emasdi. Nasos chiqarilgandan keyin ham uning ichida bir ozgina havo qoldi. Idishning qanotlari va devorlari boshqacha isitilgan. Yorug'lik nuriga qaragab turgan tomon tezroq isiydi. Va bu havo molekulalarining harakatlanishiga sabab bo'ladi. Issiq havo oqimlari yuqoriga ko'tariladi. Qanotlarni mutlaqo vertikal ravishda o'rnatib bo'lmaydiganligi sababli, bu oqimlar qo'shimcha momentlarni yaratdi. Bundan tashqari, qanotlarning o'zi notekis qizib ketgan yorug'lik manbasiga qaragan tomon qiziydi. Natijada, ipning burilish burchagiga qo'shimcha ta'sir ko'rsatdi.
Tajribani yanada aniqroq qilish uchun Lebedev juda katta kemani oldi. U ikki juft juda nozik bo’lgan platina doiralardan qanot yasadi. Bundan tashqari, bir juft doiralarning qalinligi boshqa juft doiralarning qalinligidan farq qilar edi. Tayoqning bir tomonida aylanalar ikkala tomonida yaltiroq, boshqa tomonida bir tomoni platina qora bilan qoplangan. Qanotlarga ta'sir qiluvchi kuchlarni muvozanatlash uchun ularga bir tomondan yoki boshqa tomondan yorug'lik nurlari yo'naltirildi. Natijada nurning qanotlarga bosimi o'lchandi. Eksperimental natijalar Maksvellning yorug'lik bosimi mavjudligi haqidagi nazariy taxminlarini tasdiqladi. Hamda uning qiymati Maksvell bashorat qilgan bilan deyarli bir xil edi [4].
1907-1910-yillarda aniqroq tajribalar yordamida Lebedev yorug'likning gazlardagi bosimini o'lchadi. Kvant nazariyasining paydo bo'lishi bilan yorug'lik fotonlar oqimlari sifatida qaraldi-elementar zarralar, yorug'lik kvantalari. Fotonlar tanaga zarbalar berib, o'zlarining impulslarini o'tkazadilar, ya'ni bosim o'tkazadilar. Radiometrik tasirlar siyraklashgan gazda qanotchaning yoritilgan va yoritilmagan tomoni temperaturalar farqlari natijasida paydo bo’ladi. Balonda qolgan gazning molekulalari qanotchaning issiqroq tomonidan tezlik bilan qaytadi, tepki natijasida qanotchalar yorug’lik oqimi tasirida buralgan tomonga buralishga intiladi. Agarda temperaturalar farqini kamaytirish uchun juda yupqa bo’lgan qanotchalarni qo’llab, balondagi gazning bosimlari kamaytirilsa radiometrik ta’sir kamaytiriladi. Agarda yorug’lik yaltiroq qanotchaga tushadigan bo’lsa yorug’likning bosimi yorug’lik qoraytirilgan qanotchaga tushgandagiga qaraganda taxminan ikki marta katta bo’lshi kerak. Aksincha olsak qoraytirilgan qanotcha yoritilganda radiometrik ta’sir ko’proq bo’ladi, chunki qoraytirilgan qanotcha kuchliroq qiziydi. Lebedovning tajrbasida yaltiroq qanotchaga qoraytirilgan qanotchaga qaraganda taxminan 2 barobar ko’p ta’sir qilishi haqiqatdan ham kuzatilgan bo’lib, radiometrik ta’sirni radiometrik ta’sirning to’liq bartaraf qilinganligi isbot qiladi.
Lebedov tarjiba o’lchashlari yorug’lik bosimining Maksvell hisoblab chiqgan qiymatiga to’g’ri keladigan natijalarni berdi. Ko’p yillardan so’ng Gerlax vakuum olishning mukammalroq bo’lgan usullaridan foydalanib Lebedovning tajribalarini takrorladi. Natijada tajriba o’tkazish davomida yanglishibgina qolmay balki natijalar nazariyaga yaxshiroq to’g’ri keladigan bo’lib ham chiqdi. Lebedov yorug’likning gazlarga ko’rsatadigan bosimini topish va o’lchash kabi yana boshqa juda xam qiyin masalani hal qildi.