Muhitlar chegarasida to'lqin xodisalari

10-Mavzu: Muhitlar chegarasida to’lqin xodisalari. Snellius qonunlari. Akslanish va o’tish foeffitsiyentlari. Bryuster burchagi. Normal va parallel qutblanish.

Reja:

1. 
   Ikki muhit bo’linishi chegarasidagi to’lqin hodisalari.
   
2. 
   To’lqinlarning ikki muhit chegarasi.
   
3. 
   Elektromagnit maydon
   
4. 
   Snellius qonuni
   
5. 
   Akslanish va o’tish foeffitsiyentlari
   
6. 
   Bryuster burchagi
   
7. 
   Normal va parallel qutblanish
   

Muhitlar chegarasida to'lqin xodisalari
Muhitlar chegarasida to'lqin xodisalari

- Muhitlar chegarasi, bir obyekt yoki qurilma orqali o'tkazilayotgan sado, energiya yoki materiya jamlanishi va uni tutqichlar yoki o'qib olish vositalari orqali nazorat qilinadigan maydonlarni ifodalaydi.

- To'lqin xodisalari, muhitdagi elektromagnit energetikasi yoki akustik tovushning bir nuqtadan boshqa nuqtaga yo'nalgan bosim va tezlikdagi o'zgarishlaridan kelib chiqadigan energiya talabidir.
- To'lqin xodisalarining intensivligi, amplituda (bosimning maksimal qiymati), chastota (to'liq tsikl soni katta chet elda) va fazani (to'lqinni boshlash va tugatishning boshqa nuqtalariga nisbatan belgilab beradi).
- To'lqin xodisalari elektromagnit va akustik bo'lib, ularga mos ravishda nazorat qilinishi kerak.
- To'lqin xodisalarining muhiti chegarasi, ularning yo'nalgan yo'nalishiga bog'liq bo'lib, shu sababli ulardan tegishli muhiti chegarasini tushunish juda muhimdir.
Muhitlar chegarasida to'lqin xodisalari, bir nechta muhitlar chegarasida to'lqin xodisalari o'tkazilishi mumkin bo'lgan holatlardir. Bu holatlarda, to'lqin xodisalari muhiti harakatlanishi bilan bog'liq bo'lib, bu ko'rinishda o'tkazilgan energiya chegaralari muhimdir.
Muhitlar chegarasida to'lqin xodisalari, Snellius qonunlari yordamida hisoblanadi. Bu qonunlar, yorug'likning nur yo'nalishi o'zgartirilganda, nur zarrachasi tomonidan ko'rsatilgan yo'nalishda o'tish sinflarining burchaklarining o'zgarishini ta'minlaydi.

Mexanik to‘lqinlarning qaytishi. To’lqin vannada nuqtaviy vibrator yordamida yakka sferik to'lqin qo‘zg‘atamiz va uning yoMiga to'siq qo'yamiz. ToMqin to'siqqa urilib, o ‘z harakati yo'nalishini teskarisiga o‘zgartiradi — u to‘siqdan qaytadi (13- a rasm). To'siqqa yassi toMqin tushganda ham qaytish yuz beradi. Tovush toMqinlarining qaytishini Yuqorida tasvirlangan qurilma yordamida kuzatish mumkin. Radiokamaydan tarqaluvchi, uzunligi 5—10 sm (chastotasi 3—6 kHz) boMgan tovush toMqinlarini mikrofon qabul qilmaydi (toMqinlar uning yonidan o ‘tib ketadi) va kuchaytiigichga ulangan galvanometr strelkasi nolni ko‘rsatadi. Tovush toMqinlari yoMiga qaytaruvchi ekran (masalan, faner listi) qo'ysak, galvanometr strelkasining og‘ishi kuzatiladi. Bu ekrandan qaytgan toMqinlami mikrofon qabul qilayotganligini ko'rsatadi.

Tushuvchi to‘lqin va ekran orasidagi burchakni o'zgartirib, bunda qaytuvchi to‘lqinlarning ham yo‘nalishi o'zgarishini sezamiz. Tovush to‘lqinlarining qaytishi kundalik turmushimizda ham uchrab turadi. Xususan, aks-sado — tovush to'lqinlarining to'siqdan qaytishidan boshqa narsa emas.

Toʻlqinlar — fazoda chekli tezlik bilan tarqaluvchi modda yoki muhitning holat oʻzgarishlaridir. Toʻlqinlarning tarqalish jarayonida energiya fazoning bir nuqtasidan ikkinchi nuktasiga uzatiladi, lekin zarralari koʻchmaydi. Turli xil mexanik, issiqlik, elektromagnit holat oʻzgarishlariga turli xil toʻlqinlar mos keladi. Elastik toʻlqin, sirtiy toʻlqin, elektromagnit toʻlqin turlari keng tarqalgan. Elastik deformatsiyalarni gaz, suyuqlik va qattiq jismlarda tarqalishi elastik toʻlqin deyiladi. Tovush toʻlqini va Yer qobigʻidan seysmik toʻlqin elastik toʻlqinning xususiy holi hisoblanadi. Ikki muhit chegarasi sirti boʻylab tarqaluvchi toʻlqinlar sirtiy toʻlqinlardir. Elektromagnit toʻlqinlar — xususan radio toʻlqinlar, yorugʻlik toʻlqinlari, ultrabinafsha toʻlqinlar, rentgen va gamma toʻlqinlar — tarqalayotgan oʻzgaruvchi elektromagnit maydonlardan iborat. Bulardan tashqari gravitatsion toʻlqinlar ham mavjud. Toʻlqin jarayonlari fizik hodisalarning deyarli barcha sohalarida uchraydi. Toʻlqinlarni oʻrganish fizika va texnika fanlari uchun muhim.
Muayyan vaqt oraliqlarida takrorlanib turadigan harakatlar tebranishlar deyiladi. Tebranishlar toʻlqin tarqalish yoʻnalishi boʻyicha boʻlsa, boʻylama toʻlqin, tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlsa, koʻndalang toʻlqin deyiladi. Boʻylama toʻlqinlar tarqalayotganda muhit zarralari toʻlqin tarqalayotgan yoʻnalish boʻylab tarqaladi. Koʻndalang toʻlqinlarda esa muhit zarralari toʻlqinlar yoʻnalishiga perpendikulyar yoʻnalish boʻylab tebranadi. Gazlar, suyuqliklardagi elastik toʻlqinlar boʻylama toʻlqinlardir. Qattiq jismlardagi elastik toʻlqinlar, jumladan, Yerning seysmik toʻlqinlari boʻylama toʻlqinlar shaklidagina emas, koʻndalang toʻlqinlar ham boʻlishi mumkin. Muhit zarralarining tebranishlari toʻlqinlar tarqalishi yoʻnalishiga perpendikulyardir. 
Elektromagnit toʻlqinlar koʻndalang toʻlqinlardir, ularda tebranuvchi elektr maydon va magnit maydon kuchlanganliklarining yoʻnalishlari toʻlqinlar tarqalishi yoʻnalishiga perpendikulyar boʻladi. Mexanik toʻlqinlar manbai tashqi kuch taʼsirida holati oʻzgarishga moyil boʻlgan chekli jism va moddalar boʻlib, elektromagnit toʻlqinlar manbai tebranish konturi va harakatlanayotgan zaryadlar hisoblanadi. Toʻlqinlarning xossalarini oʻrganishda uning parametrlaridan, yaʼni amplitudasi, uzunligi, chastotasi, uning tarqalish tezligi, fazasi, toʻlqin vektori va boshqa kattaliklardan foydalaniladi. toʻlqinlar chastotasi, fazasi yoki amplitudasining oʻzgarishini toʻlqinlar modulyatsiyasi deyiladi. Aniq parametrning oʻzgarishiga qarab moye modulyatsiya — chastota modulyatsiyasi, faza modulyatsiyasi, amplituda modulyatsiyasi roʻy beradi.
Ixtiyoriy shakldagi har qanday toʻlqinlar garmonik toʻlqinlar yigʻindisi deb qaralishi mumkin. Vaqtning har bir momentida fazoning cheklangan kichik qismidagi juda yaqin chastotalarga ega toʻlqinlar tizimi toʻlqinlar guruhi yoki toʻlqinlar paketi deyiladi. Umuman toʻlqinlar fronti va toʻlqinlar paketining biror, masalan, maksimal amplitudasi turli tezliklar bilan tarqaladi. Toʻlqinlar fronti tezligi biror oʻzgarmas faza tezligidir, shu sababli bu tezlik fazaviy tezlik deyiladi. Toʻlqinlar paketiga tegishli aniq amplituda tezligi guruhli tezlik deyiladi. Toʻlqinlar tarqalishida energiya guruhli tezlik bilan tarqaladi.
Turli toʻlqinlar uchun interferensiya, difraksiya, sinish, qaytish, qutblanish va boshqa hodisalar bir xil qonuniyatlar asosida boradi. Toʻlqinlarning gravitatsion va glyuon turlari tajribada tasdiqlanmagan.
Elektromagnit to‘lqinlarning qaytishi. To‘lqinlarning to'- siqlardan qaytishi — ulaming tabiatiga bog‘liq bo‘lmagan umumiy xususiyatdir. Elektromagnit to‘lqinlar ham to‘siqlardan qaytadi. Elektromagnit to'lqinlarning xossalarini eksperimental o‘rganish uchun to'lqin uzunligi 3 sm bolgan elektromagnit to'lqinlar generatori va priyomnigidan foydalanamiz. (Generator va priyomnik ruporli antennaga ega, ruporlar elektromagnit to'lqinlami aniq yo‘nalish bo'yicha tarqatish va qabul qilishni ta'minlaydi. Qabul qilingan tebranishlar to‘g‘nlanadi va kuchaytirilgandan so‘ng elektromagnit toMqinlar indikatori hisoblanuvchi voltmettga yuboriladi.
Yuqori chastotali generator va priyomnikni joylashtirib, voltmetr strelkasi nolda turishini ko‘ramiz. Buning sababi shundaki, ruporli antennadan nurlanuvchi elektromagnit toMqinlaming ensiz dastasi qabul qiluvchi antenna yonidan o‘tib ketadi. Elektromagnit toMqinlar yoMiga metall plastinka qo‘yib, galvanometr strelkasining og‘ishini ko‘ramiz. Demak, elektromagnit toMqinlar metall plastinkadan qaytar ekan, shunga o‘xshash yorugMik toMqinlari ham metall to‘siqdan qaytadi.

To’lqinlarning qaytish qonuni. tasvirlangan qurilm alar yordam ida toM qinlam ing qaytish qonunlarini o'rganish mumkin. Buning uchun ikkita yangi tushuncha — tushish va qaytish burchagi tushunchalarini kiritamiz. Tushuvchi to’lqin nuri bilan qaytaruvchi sirt normali orasidagi burchak tushish burchagi, qaytaruvchi sirt normali bilan qaytgan toMqin nuri orasidagi burchak qaytish burchagi deyiladi. ToMqinlarning plastinkaga tushish burchagini o'zgartirib, quyidagi ikkita qonuniyatni aniqlash mumkin: 1. Tushish va qaytish burchaklari bir tekislikda yotadi. 2. Tushish burchagi qaytish burchagiga teng. Bu ikki qonun barcha turdagi toMqinlar uchun o'rinli.

To'lqinlaming sinish qonunlari birinchi marta yorugMik toMqinlari uchun 1621- yili golland fizigi V. Snellius tomonidan aniqlangan. Bu qonunlaming mazmuni quyidagi ikki jumlada mujassamlashgan. 1. ToMqinlarning tushish va sinish burchaklari bir tekislikda yotadi. 2. Tushish burchagi sinuchining sinish burchagi sinusiga nisbati berilgan ikki muhit uchun doimiy kattalikdir. Bu kattalik ikkinchi muhitning birinchi muhitga nisbatan sindirish koTsatkichi deyiladi. ToMqinlarning sinish qonunlari Gyuygens prinsipiga asosan osongina tushuntiriladi. Aytaylik, ikki muhit chegarasigaa burchak ostida ABC yassi toMqin tushsin. To’lqinning birinchi muhitdagi o, tezligi ikkinchi muhitdagi v2 tezligidan katta bo'lsin. To'lqin hammadan oldin ajratuvchi chegaraning A' nuqtasiga, keyin B 'v a C ' nuqtalariga yetib keladi.

To‘la qaytishni tabiatda ham kuzatish mumkin. Misol uchun, suv o'simliklari tanasidagi havo pufakchalari ko‘zguga o'xshab qoladi, chunki ularga suv orqali tushuvchi yorug'lik to‘la qaytadi.Agar suvli shaffof idishga ichi bo‘sh probirka tushirsak, u ham ko'zgudek bo'lib qoladi. Ammo probirkaga suv quyilsa, uning
ko'zgudek yarqirashi yo'qoladi. Shuni ta'kidlash kerakki. to‘la qaytish hodisasi yorug‘lik zichligi katta bo'lgan moddadan zichligi kichik moddaga o‘tish chegarasiga tushganda yuz beradi.
Ammo KC' va A'A" masofalarni toMqinning tarqalish tezliklari orqali ifodalash mumkin.
Ko‘ramizki, ikkinchi muhitning birinchi muhitga nisbatan nisbiy sindirish ko‘rsatkichi birinchi muhitdagi toMqini fazaviy tezligining ikkinchi muhitdagi toMqin fazaviy tezligiga nisbatiga teng. Agar birinchi muhit vakkum boMsa, ikkinchi (umum an, ixtiyoriy) muhitning vakuumga nisbatan sindirish ko‘rsatkichi absolut sindirish ko ‘rsatkichi deyiladi.
Ikki muhitning nisbiy sindirish ko‘rsatkichi bilan ularning absolut sindirish ko‘rsatkichlari orasidagi bogManishni topaylik. Buning uchun vakuum da yorugMik har xil m oddalardan tayyorlangan ikkita plastinkaga tushadi, deb faraz qilamiz .

To‘lqinlarning to'siqlardan qaytishi — ulaming tabiatiga bog‘liq bo‘lmagan umumiy xususiyatdir. Elektromagnit to‘lqinlar ham to‘siqlardan qaytadi.
Elektromagnit to'lqinlarning xossalarini eksperimental o‘rganish uchun to'lqin uzunligi 3 sm bolgan elektromagnit to'lqinlar generatori va priyomnigidan foydalanamiz . Generator va priyomnik ruporli antennaga ega, ruporlar elektromagnit to'lqinlami aniq yo‘nalish bo'yicha tarqatish va qabul qilishni ta'minlaydi. Qabul qilingan tebranishlar to‘g‘nlanadi va kuchaytirilgandan so‘ng elektromagnit toMqinlar indikatori hisoblanuvchi voltmettga yuboriladi.
Yuqorida tasvirlangan qurilm alar yordam ida toM qinlam ing qaytish
qonunlarini o'rganish mumkin. Buning uchun ikkita yangi tushuncha — tushish va qaytish burchagi tushunchalarini kiritamiz. Tushuvchi toMqin nuri bilan qaytaruvchi sirt normali orasidagi burchak tushish burchagi, qaytaruvchi sirt normali bilan qaytgan toMqin nuri orasidagi burchak qaytish burchagi deyiladi.

Bunday qo'llanishlardan biri „yorug‘lanish“ optikasining yaratilishidir Silliqlangan shisha sirti o‘ziga tushgan yorug‘likning 4 foizini qaytaradi. Zamonaviy optik asboblar ko‘p sonli shishadan yasalgan
detallaiga ega. Har bir detaldan o‘tishda yorugMik 4 foiz zaiflashadi. Fotoapparat obyektividagi umumiy yo‘qotish 25 foizni, prizmali durbin va mikroskopda esa 50 foizni tashkil etadi.
Yorug’lik yo'qotilishini kamaytirish uchun optik asboblarning yorug'lik o‘tuvchi barcha shisha qismlari sindirish ko‘rsatkichi shishaning sindirish ko‘rsatkichidan kichik bo‘lgan parda bilan qoplanadi. Pardaning qalinligi chorak to'lqin uzunligiga teng. „Yorug‘lanish“ optikasining ish prinsipini batafsilroq qarab chiqaylik. Aytaylik, sindirish ko'rsatkichi n3 bo'lgan moddadan tayyorlangan optik detalda sindirish ko'rsatkichi n2 < n3bo'lgan moddadan X /4 qalinlikdagi yupqa parda hosil qilinsin .
Detalga yorug'lik sindirish ko'rsatkichi n1< n3 bo‘lgan havodan tushadi. (Yorug’lik to’lqinining havodagi, pardadagi va shishadagi uzunliklari har xil: x1 = v1T ,r, x2 = v2T, x3 = v2T, bu hol e’tiborga olinmagan va ko‘rgazmalilik uchun tushuvchi va qaytgan toMqinlar alohida- alohida ko'rsatilgan).
n1, < n2 va n2 < n3bo‘lgani uchun, pardaning har ikkala chegarasidan qaytish yarim toMqin yo‘qotish bilan yuz beradi. Bu holda optik yo'llar farqi , ya'ni yarim to’lqin uzunligiga
teng boMadi va pardaning oldingi va ketingi chegaralaridan qaytgan tolqinlar bir-birini zaiflashtiradi. Bu hol, energiyaning saqlanish qonuniga ko'ra, yorugMikning shishaga o ‘tgan qismining kuchayishiga va shishaning „yorug‘lanishiga“ sabab bo’ladi.