Innavatsiyalar vazirligi

Geometrik optika. To’lqin optikasi.
Yorug’lik nurining tabiati o’rnatilishidan oldin optikaning quyidagi asosiy qonunlari ma'lum edi:
Yorug’lik nurining optik bir jinsli muhitda to’g’ri chiziqli tarqalish qonuni; yorug’lik nuri dastalarining bir-biriga bog’liq bo’lmaslik qonuni; yorug’likning qaytish va sinish qonunlari.
Yorug’likning to’g’ri chiziqli tarqalish qonuni. Optikaviy bir jinsli muhitda yorug’lik nuri to’g’ri chiziqli tarqaladi, chunki nuqtaviy yorug’lik manbai bilan shaffof bo’lmagan buyumlar yoritilganda, buyumlar shaklida aniq soya hosil bo’ladi. Yorug’lik nurlari to’lqin uzunligiga yaqin bo’lgan o’lchamli buyumlar yoritilganda, bu qonundan chеtlashish kuzatiladi.
Yorug’likning sinishi va qaytish qonunlari.
Yorug’lik nurlari dastalarining bir-biriga bog’liq bo’lmaslik qonuni. Alohida yorug’lik nuri dastasida kuzatiladigan hodisalar boshqa dastalar bir vaqtda mavjud bo’lish yoki bo’lmasligiga bog’liq bo’lmaydi. Yorug’lik oqimini alohida yorug’lik dastalariga ajratib, tanlangan yorug’lik dastasi ta'siri boshqa dastalarga bog’liq emasligini oson isbotlash mumkin.



13-rasm.
Agarda, yorug’lik nuri ikki muhit chеgarasiga tushsa (13 - rasm), I tushuvchi nur II qaytgan va III singan nurlarga ajraladi, ularning tarqalish yo’nalishlari qaytish va sinish qonunlari bilan bеlgilanadi.

Qaytish qonuni: qaytgan nur, tushuvchi nur va tushish chеgarasiga o’tkazilgan pеrpеndikulyar bilan bir tеkislikda yotadi, qaytish burchagi tushish burchagiga tеng bo’ladi:
(5)
_{Sinish qonuni: tushuvchi nur, singan nur va tushish nuqtasida ikki muhit chеgarasiga o’tkazilgan pеrpеndikulyar bilan bir tеkislikda yotadi, tushish burchagining sinusini sinish burchagi sinusiga nisbati bеrilgan muhitlar uchun o’zgarmas kattalik hisoblanadi:}
(6)
bu еrda n₂₁ – ikkinchi muhitning birinchi muhitga nisbatan nisbiy sindirish ko’rsatkichidir. Ikki muhitning nisbiy sindirish ko’rsatkichlari ularning absolyut sindirish ko’rsatkichlarining nisba-tiga tеngdir:
(7)
Muhitning absolyut sindirish ko’rsatkichi elеktromagnit to’lqinning vakuumdagi tеzligining muhitdagi fazaviy tеzligiga nisbatiga tеngdir:
(8)
bu еrda ga teng, e ва m – muhitning dielеktrik va magnit singdiruvchanligidir. Sinish qonunini quyidagicha qayta ifodalash mumkin:



(9)
_{Agarda, yorug’lik katta sindirish ko’rsatkichli n1 muhitdan o’tib kichik sindirish ko’rsatkichli n2 muhitda, misol uchun, shishadan suvga o’tib tarqalsa, u holda}

bo’lib, singan nur normaldan uzoqlashadi va i₂ sinish burchagi i₁ tushish burchagidan katta bo’ladi (13 – rasm).
14-rasm. 15-rasm.
Tushish burchagi oshishi bilan sinish burchagi asta-sеkin osha boradi va qandaydir chеgaraviy tushish burchagi qiymatida (i₁ - i_чег. chеgaraviy burchakda) sinish burchagi га tеnglashadi.
i₁ = i_чег. holatda tushayotgan nur to’liq qaytadi (14 - rasm).
Dеmak, tushish burchagining i_чег. qiymatlarida to’la qaytish hodisasi kuzatiladi. Chеgaraviy tushish burchagi shartdan topiladi.
, (10)
To’la qaytish hodisasi, yorug’lik optikaviy zich muhitdan zich bo’lmagan muhitga o’tganda kuzatiladi.
Aristotel, yorug‘lik nuri bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga bir zumda boradi, deb hisoblagan edi. Yorug‘lik tezligini tajribada aniqlashga Galiley uringan. Bir-biridan bir necha kilometr uzoqlikda joylashtirilgan ikkita odamning biriga fonus berilgan. Fonusni bir minutga berkitib ochgan odam vaqtni belgilagan. Ikkinchi kuzatuvchi ko‘rgan vaqtini belgilagan. Lekin tajriba muvaffaqiyatsiz tugallangan. Yorug‘lik tezligini birinchi bor 1676-yilda daniyalik astronom Olaf Ryomer o‘lchashga muvaffaq bo‘ldi. Shundan so‘ng boshqa olimlar ham yorug‘lik tezligini turlicha usulda o‘lchadilar. Yorug‘lik tezligi juda katta bo‘lib, vakuumda υ= 300000 km/s ga teng.



Tabiatdagi boshqa hech qanday jism yoki zarra bunday tezlikka erisha olmaydi. Yorug‘lik bir muhitdan ikkinchisiga o‘tganda tezligi o‘zgaradi. Masalan, suvda uning tezligi 225000 km/s bo‘lsa, shishada 200000 km/s ga teng. Shunday katta tezlik bilan harakatlangan Quyosh nuri Yerga taxminan 8,3 minutda yetib keladi.
Yorug‘likning qaytishi. Siz ba’zi filmda qafas ichiga qo‘yilgan ko‘zgu oldiga borib qolgan maymun yoki boshqa hayvonlarning qanday ahvolga tushib qolganligini bir eslab ko‘ring. Ular ko‘zgu ichiga kirib sirli qiyofadoshini ushlamoqchi bo‘ladilar. Suv ichgani kelgan yovvoyi odamlar ham suvda o‘z akslarini ko‘rib hayratga tushadilar.
Bu hodisalarning sababi yorug‘likning turli jismlar – ko‘zgu, suv yuzasi, deraza oynasi, silliqlangan metall yuzalari va boshqa buyumlardan qaytishidir. Yorug‘lik havodan suvga tushganda uning bir qismi qaytadi, bir qismi suv ichiga o‘tadi. Yorug‘likning qaytishini o‘rganish uchun quyidagi qurilmadan foydalaniladi. Optik disk o‘rtasiga yassi ko‘zgu qo‘yib, unga «nurli ko‘rsatkich» (lazer) nurini yuboraylik. Shunda ko‘zgudan nur qaytganini ko‘ramiz. Nurning tushish burchagini o‘zgartirib ko‘rsak, qaytish burchagi ham unga mos ravishda o‘zgarar ekan.
Tushish burchagi deb, tushgan nur bilan, nur tushgan nuqtaga o‘tkazilgan perpendikular orasidagi burchak (α) ga aytiladi. Qaytish burchagi sifatida qaytgan nur bilan, shu nuqtaga o‘tkazilgan perpendikular orasidagi bur chak (γ) olinadi. Tajribalar ko‘rsatadiki, qaytish burchagi har doim tushish burchagiga teng:
α=γ.
Bunga yorug‘likning qaytish qonuni deyiladi.
Agar buyumning yuzasi mutloq silliq bo‘lganda edi, nur undan faqat bir tomonga qaytgan va biz uni o‘sha tomondan qa rasakkina, ko‘rgan bo‘lar edik. Aslida buyumlarning yuzasida g‘adir-budurliklar bo‘lganligi tufayli undan yorug‘lik sochilib ketadi. Sochilgan nur ko‘zni charchatmaydi. Shu sababli xonani yorituvchi manbalar yorug‘likni sochib yuboradigan qilinadi.



Yorug‘likning sinishi. Yorug‘likning sinishini o‘rganish uchun optik diskda yassi ko‘zgu o‘rniga yarim doira shaklidagi shishani o‘rnatamiz. Shishaga nurli ko‘rsatkichdan nur yuborilganda, undan bir qism nur qaytganligini (1) va bir qismi sinib, shisha ichiga o‘tganligini (2) ko‘rish mumkin. Singan nur bilan sinish nuqtasiga o‘tkazilgan perpendikular orasidagi burchak sinish burchagi (β) deyiladi.Tajribalar ko‘rsatadiki, sinish burchagi tushish burchagidan kichik bo‘ladi. Demak, yorug‘lik nuri bir muhitdan ikkinchisiga o‘tganda o‘z yo‘nalishini o‘zgartirar ekan.
Stakanga solib qo‘yilgan naycha singandek bo‘lib ko‘rinishi, hovuzdagi suvga qaralganda chuqurmasdek bo‘lib ko‘rinishi yorug‘likning suvga tushishi va chiqishida sinishi tufaylidir (101-rasm). Yorug‘likning bir muhitdan ikkinchisiga o‘tganda sinishiga sabab, yorug‘likning tarqalish tezligi o‘zgarishidir. Yorug‘lik shishadan havoga yoki suvdan havoga o‘tganda sinish burchagi tushish burcha gidan katta bo‘ladi. Shunga ko‘ra, suvda yashovchilar uchun tashqi dunyo butunlay boshqacha bo‘lib ko‘rinadi.

XULOSA

Xulosa qilib aytganda geometrik optika qonunlariga ko‘ra, yorug‘lik nuri fazodagi ikki nuqta orasida shunday yo‘l bo‘yicha tarqaladiki, yorug‘lik bu yo‘lni o‘tishi uchun shu nuqtalarni tutashtiruvchi boshqa yo‘llarga nisbatan yoki eng kam, yoki eng ko‘p, yoxud bir xil vaqt sarf qiladi. F erma prinsipidan geometrik optikaning asosiy qonunlari: yorug‘likning to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqalish qonuni, qaytish qonuni va sinish qonuni kelib chiqadi. Ferma prinsipini 1660-yilda P. Ferma ta’riflagan. Difraksiya hodisasini qisobga olish kerak bo‘lgan hamma hollarda Ferma prinsipini qo‘llab bo‘lmaydi. Geometrik optikaning asosiy qonunlariga: Yorug’lik tabiati haqidagi g’oyalarning rivojlanish tarixi. Nyuton va Gyuygensning g’oyalari. Maksvell va Lorentsning ko’rinishlari. Plank gipotezasi. Yorug’likning korpuskulyar-to’lqinli tabiati haqidagi qonunlar kiradi. Optik hodisalar fizikaning boshqa sohalarida o'rganilayotgan hodisalar bilan chambarchas bog'liq bo'lib, optik tadqiqot usullari eng nozik va aniqdir. Shu sababli, uzoq vaqt davomida optika juda ko'p fundamental tadqiqotlar va asosiy jismoniy qarashlarni rivojlantirishda etakchi rol o'ynaganligi ajablanarli emas. Optik diapazonning chegaralanishi shartli ravishda va belgilangan doiradagi hodisalarni o'rganish uchun texnik vositalar va usullarning umumiyligi bilan belgilanadi. Ushbu vositalar va usullar bilan tavsiflanadi to'lqin xususiyatlari chiziqli o'lchamlari uzunligidan kattaroq bo'lgan asboblardan foydalangan holda optik ob'ektlarni radiatsion tasvirlash? Radiatsiya, shuningdek, yorug'lik qabul qiluvchilarni ishlatish, ularning harakati uning kvant xususiyatlariga asoslangan.
An'anaga ko'ra, optika odatda geometrik, fizik va fiziologik bo'linadi. Geometrik optika yorug'likning tabiati haqida savol tug'diradi, uning tarqalishining empirik qonunlaridan kelib chiqadi va yorug'lik nurlari tushunchasidan foydalanib, turli xil optik xususiyatlarga ega va optik bir hil muhitda chiziqli bo'ladi.
Geometrik optikadeganimiz shaffof muhit tarqalish qonunlarini va ranglarni optik tizimlarda yorug'likning to'lqin xususiyatlarini hisobga olmaganda, rasmlarni qurish tamoyillarini o'rganadigan optika bo'limlaridan biridir.


Geometrik optikaning poydevorining yaqinligi - bu yorug'lik nurining tushunchasi. Ushbu ta'rifda, yorqin energiya oqimi yo'nalishi (yorug'lik nurining kursi) yorug'lik nurining ko'ndalang o'lchovlariga bog'liq emasligi tushuniladi.
Yorug'lik to'lqin hodisasi bo'lganligi sababli, bu erda aralashuv, natijada cheklangan Yorug'lik nuri bir yo'nalishda emas, balki haddan tashqari burchak taqsimotga ega. Biroq, yorug'lik nurlarining xarakteristik o'lchamlari to'lqin uzunligiga nisbatan etarli darajada katta bo'lsa, siz yorug'lik nurining ajralib chiqishni mensimaslik va bitta yo'nalishda tarqaladigan deb taxmin qilishingiz mumkin. Geometrik optikada yorug‘likning qaytishi va sinishi qonunlari asosida, ya’ni ikki muhit chegarasida yorug‘likning sinishi va qaytishi natijasida ob’yektlarning tasviri hosil bo‘lishini tushuntirish mumkin. Unda fotometriya, yorug‘lik oqimi, yorug‘lik kuchi, yoritilganlik va yorug‘likni miqsoriy ifodalovchi boshqa kattaliklar qaraladi. Geometrik optika fotometriya bilan birgalikda optika texnikasi, ya’ni optik asboblar nazariyasi va ratsional yoritish, yorug‘lik dastasini taqsimlash va yo‘naltirish ta’limotining ilmiy asoslari bilan ham shug‘ullanadi.