Reja: Fizika fani uning mazmuni,boshqa fanlar va ekologiya bilan aloqasi. Fizik va biokimyoviy jarayonlarning uzviy bog‘liqligi
Download 5.07 Mb.
|
MAъруза ЭКОЛОГИЯ
- Bu sahifa navigatsiya:
- Yorug‘lik manbaining ravshanligi
- Yorug‘lik to‘lqinlarini monoxromatikligi va kogerentligi.
- Yorug‘lik interferensiyasi.
- Ikki nurdan kuzatiladigan interferension manzara.
- Yupqa pardalarda interferensiya.
- Ko‘p nurli interferensiya.
- Yorug‘lik interferensiyasining qo‘llanilishi. Interferometrlar.
- Yorug‘lik difraksiyasi. Gyuygens prinsipi.
- Doiraviy teshikdan hosil bo‘ladigan Frenel difraksiyasi.
- Tirqishdan hosil bo‘ladigan Fraungofer difraksiyasi.
|
Yorug‘lik oqimi: Yorug‘lik manbaining nurlanish oqimi deb, vaqt birligi ichida hamma yunalishda nurlanayotgan yorug‘lik energiyasiga miqdor jihatdan teng bo‘lgan fizik kattalikka aytiladi, ya’ni
F= , W-yorug‘lik energiyasi Biror sirtga tushayotgan nurlanish oqimi shu sirtning S yuziga uning fazodagi vaziyatiga va nurlanish manbaigacha bo‘lgan masofaga bog‘liq. Yorug‘lik kuchi: Manbaning yorug‘lik kuchi deb bir birlik fazoviy burchak ostida chiayotgan yorug‘lik oqimiga miqdor jihatdan teng bo‘lgan fizik kattalikka aytiladi. I= -fazoviy burchak SI tizimida yorug‘lik kuchining birligi kandela (lotincha sham demakdir). Yorug‘lik oqimining SI tizimidagi o‘lchov birligi F=I =1kd*1str=1lyumen 1 lyumen deb, yorug‘lik kuchi 1kandelaga teng bo‘lgan nuqtaviy yorug‘lik manbaidan 1steradian fazoviy burchak ostida nurlanadigan yorug‘lik oqimiga aytiladi. Yorug‘lik manbaining ravshanligi R deb,manba sirtining yuza birligiga perpendkuliyar yo‘nalishda chiqayotgan yorug‘lik kuchiga miqdor jihatdan teng bo‘lgan fizik kattalikka aytiladi, R= SI tizimida ravshanlik o‘lchov birligi R= = =1 Inson ko‘zi qayd qiladigan eng kam ravshanlik 10-6kd/m2. Ravshanlik 105kã/m2 dan orti bo‘lsa, ko‘zda osri seziladi va ko‘z zararlanishi mumkin: Yoritilayotgan sirtning bir birlik yuzaga mos kelgan yorug‘lik oqimiga miqdor jihatdan teng bo‘lgan fizik kattalikka yoritilganlik deyiladi. E = SI da yoritilganlak birligi 1luks 1 luks deb, har bir kvadrat metriga 1 lyumen yorug‘lik oqimi tekis tushgan sirtining yoritilganligiga aytiladi. Nuqtaviy yorug‘lik manbai hosil qilayotgan sirtning yoritilganligi yorug‘lik kuchi 1ga va manbadan sirtgacha bo‘lgan masofaga bog‘liq bo‘ladi. Agar nuqtaviy yorug‘lik manbai sferaning markazida bo‘lsa, bu sferaning S=4 R2 yuziga teng bo‘lgan ichki sirtining yoritilganligi E0= bunda F = I , Bu yoritilganlikning birinchi qonunini matematik ifodasi bo‘lib unga asosan sirtning yoritilganligi manbaning yorug‘lik kuchiga to‘g‘ri proporsional bo‘lib manbadan yoritilayotgan sirtgacha bo‘lgan masofaning kvadratiga teskari proporsionaldir. Yoritish texnikasida o‘qish, chizish, tikish va hakoza ishlar uchun korxonaning ma’lum bir tekisligi yoki ma’lum bir joyida yoritilganlik qanday bo‘lishi, kerak masala juda muhimdir. Mehnat muxofazasi inspeksiyasining yo‘l - yo‘riqlarida korxonaning kerakli yoritilganligi Lukslar hisobida aniqlab beriladi. Yorug‘lik to‘lqinlarini monoxromatikligi va kogerentligi. Bir xil to‘lqin uzunlikka ega bo‘lgan (bir xil chastotali) ya’ni bir xil rangdagi yorug‘lik nuri monoxramatik nur deyiladi. Tebranish chastotalari bir xil bo‘lib, fazalar ayirmasi o‘zgarmas bo‘lgan yorug‘lik to‘lqinlar kogerent to‘lqinlar deyiladi. Har xil atom boshqa atomlarga bog‘liq bo‘lmagan holda kogerent nurlanish chiqaradi. Alohida atomning nurlanish chiarish vaqti 10-8 sekund chamasi davom etadi. To‘lqinlar tizmasining uzunligi L yorug‘lik to‘lqinlarning tezligi c ni atomning nurlanish vaqti = 10-8 s ga ko‘paytmasiga teng. L=c=3108 m/c 10-8 c=3m L ni kogerentlik masofasi, atomning nur chiqarib turish vaqti esa kogerentlik vaqti deyiladi. Kogerent manbalarni hosil qilishni e ng ko‘p tarqalgan ikki usuli mavjud
Yorug‘lik interferensiyasi. Yorug‘lik murakkab hodisadir: ba’zi hollarda u o‘zini elektromagnit to‘lqin kabi tutadi, boshqa hollarda esa, maxsus zarralar(fotonlar) oqimi kabi tutadi. Dastlab yorug‘likning to‘lqin tabiati bilan bog‘liq bo‘lgan hodisalarni ko‘rib chiqamiz. Ma’lumki elektromagnit to‘lqinda to‘lqin tarqalishiga perpendikulyar yo‘nalishida ikki vektor- elektr maydon kuchlanganligi (Ye) va magnit maydon kuchlanganligi vektorlari (N) tebranadi. Tajribalar ko‘rsatadiki, yorug‘likning fizialogik fotokimyaviy, fotoelektrik va boshqa tasirlarini elektr vektorning tebranishlari vujudga keltiradi. Shuning uchun yorug‘lik vektori haqida gapirganimizda asosan elektr maydon kuchlanganligi vektorini ko‘zda tutamiz. Yorug‘lik vektori amplitudasi modulini A xarfi bilan belgilaymiz. Bir xil chastotali ikkita to‘lqin qo‘shilganda fazoning biror nuqtasida bir xil yo‘nalgan (1) (2) tebranishlarni uyg‘otyapti, deb faraz qilaylik berilgan nuqtadagi natijaviy tebranish amplitudasi quyidagi formuladan topiladi. (3) To‘lqinlar kogerent bo‘lmaganda 2-1 uzluksiz ravishda o‘zgaradi va xar qanday qiymatni bir xil extimol bilan qabul qila oladi. Shu sababli cos(2-1) ning vaqt bo‘yicha o‘rtacha qiymati nolga teng. Bu holda (4) Yorug‘lik intensivligi 1 (ya’ni to‘lqinining tarqalish yo‘nalishiga perpendikulyar maydonchaning yuza birligi orqali o‘tadigan vaqt bo‘yicha o‘rtacha yorug‘lik oqimi) yorug‘lik to‘lqini amplitudasining kvadratiga proporsional IA2 bo‘lgani uchun kogerent to‘lqinlar ustma-ust tushgandagi intensivligi har bir to‘lqin alohida hosil qiladigan intensivliklarni yig‘indisiga teng bo‘ladi, degan xulosaga kelamiz. I=I1+I2 (5) to‘lqinlar kogerent bo‘lganda cos(2-1) ning qiymat vaqt o‘tishi bilan o‘zgarmaydi, lekin fazoning xar bir nuqtasida o‘z qiymati bo‘ladi, ya’ni (6) fazoning qaysi nuqtalari uchun cos(2-1)0 bo‘lsa I o‘sha joylarda I1+I2 dan va qaysi nuqtalarida cos(2-1)0 bo‘lsa, I o‘sha joylarda I1+I2 dan kichik bo‘ladi. Shunday qilib monoxoramatik kogerent yorug‘lik to‘lqinlari ustma-ust tushganda yorug‘lik oqimining fazoda qayta taqsimlanishi ro‘y beradi, natijada fazoning ba’zi joylarida intensivlikning maksimumlari (yorug‘ soxa) boshqa joylarda -minimumlari (qorong‘u soxa) vujudga keladi. Bu hodisa yorug‘lik interferensiyasi deb ataladi. I1=I2 bo‘lganda to‘lqinlar interferensiyasi aynisa yaqqol ro‘yobga chiqadi. U holda (6) ga ko‘ra minimumlarda I=0 va maksimumlarda I=4I1 bo‘ladi. Nokogerent to‘lqinlar uchun xuddi shu holda hamma joyda bir xil yoritilganlik hosil bo‘ladi ya’ni I=2I1. Ikki nurdan kuzatiladigan interferension manzara. Yorug‘likning tabiiy manbalari nokogerent bo‘ladi. Bir manbadan chiqayotgan to‘lqinni ikki qismga ajratib (yorug‘likning qaytishi yoki sinishi yordamida), yorug‘likning kogerent to‘lqinlarini hosil qilish mumkin. Agar bu ikki to‘lqinni har xil optikaviy yo‘llarni bosib o‘tishga majbur qilsak, so‘ng ularni bir-biriga ustma-ust tushirsak, interferensiya kuzatiladi. Faraz qilaylik, ikki kogerent to‘lqinga ajralish 0 nuqtada amalga oshayotgan bo‘lsin. R nuqtaga kelguncha birinchi to‘lqin sindirish ko‘satkichi n1 bo‘lgan muxitda S1 yo‘lni bosib o‘tadi, ikkinchi to‘lqin esa, sindirish ko‘rsatkichi n2 bo‘lgan muxitda S2 yo‘lni bosib o‘tadi. Agar 0 nuqtada tebranish fazasi , bo‘lsa, birinchi to‘lqin R nuqtada tebranish uyg‘otadi: ikkinchi to‘lqin esa tebranish uyg‘otadi. Bu yerda va birinchi va ikkinchi to‘lqinlarning fazoviy tezligi. Demak, to‘lqinlar R nuqtada uyg‘otgan tebranishlarning faza farqi quyidagiga teng bo‘ladi; (1) =2 va ( - vakuumdagi to‘lqin uzunligi) bo‘lgani uchun (2) Bu yerda =n2S2-n1S1, bo‘lib -optik yo‘llar farqi deyiladi. (2) dan ko‘rinadiki, agar optik yo‘llar farqi vakuumdagi to‘lqin uzunliklarining butun son marta olinganiga teng bo‘lsa, ya’ni =k k=0,1,2, (3) bo‘lsa fazalar farqi 2 ga karrali bo‘ladi va har ikki to‘lqin R nuqtada uyg‘otayotgan tebranishlarning fazasi bir xil bo‘ladi. Demak (3) shart interferension maksimumlar shartidir. Agar vakuumdagi to‘lqin uzunliklarining yarim butun soniga teng bo‘lsa, ya’ni (4) bo‘lsa, =2k+ bo‘ladi va R nuqtadagi tebranishlar qarama-qarshi fazali bo‘ladi. Shunday qilib (4) shart interferension minimumlar shartidir. Yupqa pardalarda interferensiya. Faraz qilaylik, shaffof yassi-parallel pardaga yorug‘likning parallel dastasi tushayotgan bo‘lsin. Parda yuqoriga yorug‘likning ikkita kogerent parallel dastalarini qaytaradi, ulardan biri plastinkaning yuqori sirtidan yorug‘lik qaytishi xisobiga vujudga keladi.
S1=OA=OBsin1=2btg2sin1 (3) (4) sin1=nsin2 va sin22=1-cos22 ekanini e’tiborga olib (4)ni quyidagi ko‘rinishga keltirish mumkin. =2bncos yo‘llar farqi ni tushish yoki qaytish burchagi 1 orqali ifodalash mumkin. (5) Yorug‘lik to‘lqini optik zichligi kichikroq muxitni optik zichligi kattaroq muxitdan ajratib turuvchi chegaradan qaytganda (0 nuqtada) tebranishlar fazasi π ga o‘zgaradi. Uni hisobga olish uchun (5) ga vakuumdagi to‘lqin uzunligining yarmini qo‘shish (yoki ayrish) kifoya. Natijada quyidagi ifoda hosil bo‘ladi. (6) Interferensiyaning natijasi (6) kattalikning qiymatiga bog‘liq. =k ya’ni bo‘lganda intensivlikning maksimumlari kuzatiladi. ya’ni bo‘lganda esa intensivlikning minimumlari hosil bo‘ladi. Ko‘p nurli interferensiya. Ikki nurning qo‘shilishi tufayli vujudga keladigan interferension manzaraning bir kamchiligi mavjud ekrandagi yoritilganlik maksimumdan minimum tomon asta o‘zgarib boradi. Boshqacha aytganda, maksimumlar yoyilganroq bo‘lib umumiy fonda unchalik aniq ajralib turmaydi. Interferension manzaraning keskinligini oshirishmaqsadida ikki emas, balki ko‘proq kogerent nurlarning interferensiyalashishidan foydalaniladi. Interferension manzaralarda mujassamlashgan yorug‘lik energiyasi qo‘shilayotgan to‘lqinlar soni N ga proporsional, maksimumlardagi energiya esa N2 ga proporsional ravishda ortib boradi. Energiyani saqlanish qonuniga asosan N ortgan sari interferension manzaraning maksimumlardan bo‘lak qismlari qorong‘iroq bo‘ladi va manzaraning ko‘proq qismini egallaydi. Shuning uchun kup nurli interferensiyada ikki nurli interferensiyaga nisbatan maksimumlar ensizrok va yorqinroq bo‘ladi. Yorug‘lik interferensiyasining qo‘llanilishi. Interferometrlar. Yorug‘lik interferensiyasi hodisasi gazsimon moddalarning sindirish ko‘rsatgichini aniqlashda, uzunlik va burchaklarni nixoyatda aniq o‘lchashda, sirtlarga ishlov berishning sifatini tekshirishda va xakozo juda ko‘p joylarda qo‘llanadi. Yupqa pardalardan qaytishdagi interferensiya asosida optikaviy tizimlarni ravshanlashtirish amalga oshiriladi. Yorug‘lik linzaning har bir sindiruvchi sirtidan o‘tganda tushuvchi yorug‘likning taxminan 4% qaytadi. Murakkab ob’ektlarda bunday qaytishlar ko‘p bo‘ladi. Ravshanlashtirilgan optikaviy tizimlarda yorug‘likning qaytishini yo‘qotish uchun linzaning har bir erkin sirtiga sindirish ko‘rsatkichi linzanikidan boshqacha bo‘lgan moddadan yupqa parda qoplanadi. Agar pardaning sindirish ko‘rsatkichi linza sindirish ko‘rsatkichining kvadrat ildiziga teng bo‘lsa, ayniqsa yaxshi natijaga erishiladi. Interferometrlar deb ataladigan interferension asboblarning bir necha turi bor. Masalan, muxitlarning sindirish ko‘rsatgichlarining o‘lchash uchun Jermer interferometri, yulduzlarning burchakli o‘lchamlarini o‘lchash uchun yulduzlar interferometrlarni, detallarning sirtlariga mexanik ishlov berish sifatini tekshirish uchun A.A. Lebedevning polyarizatsion interferometri va V.A. Linnik interferometridan foydalanish mumkin. Maykelson interferometri masofalarni yuqori aniqlik bilan o‘lchashga yordam beradi. Uzunlik birligi metr juda katta aniqlikda qadmiy, simob va kripton atomlari chiqarayotgan to‘lqin uzunligi hisobida aniqlangan edi. Hozirgi vaqtda ko‘pchilik spektral chiziqlarning to‘lqin uzunliklari yuqori darajadagi aniqlik bilan ma’lum. Shuning uchun berilgan uzunlikda joylashadigan to‘lqin uzunliklarini bevosita sanab chiqish zaruriyati yo‘qolgan. Yorug‘lik difraksiyasi. Gyuygens prinsipi. Yorug‘lik to‘lqinlarining to‘siqlarni aylanib o‘tib geometrik soya sohasiga burilish hodisasi yorug‘lik difraksiyasi deyiladi. To‘lqin uzunligi to‘siq o‘lchami bilan o‘lchovdosh kattaliklar bo‘lganda, ya’ni da kuchli difraksiya kuzatiladi. To‘lqinlar difraksiyasi hodisasi Gyuygens prinsip yordamida tushuntirilishi mumkin. Gyuygens prinsipiga binoan to‘lqin harakat yetib borgan har bir nuqta ikkilamchi to‘lqinlar uchun markaz bo‘lib xizmat qiladi, bu to‘lqinlarning o‘rab olgan egri chiziq keyingi momentdagi to‘lqin frontining vaziyatini beradi. Frenel Gyuygens prinsipini ikkilamchi to‘lqinlar interferensiyasi
(t+0)- to‘lqin sirt S poylashgan yerdagi tebranish fazasi, K = 2 /t to‘lqin soni. r-sirtning ds joylashgan yerdagi yorug‘lik tebranishining amplitudasi. K- proporsionallik koeffitsienti. Difraksiya hodisasi ikki xil bo‘ladi. Agar yorug‘lik manbai va kuzatish nuqtasi R nuqtaga boruvchi nurlar deyarli parallel dastani hosil qilsa, Fraungofer difraksiyasi yoki parallel nurlardagi difraksiya kuzatiladi. Aks holda Frenel difraksiyasi kuzatiladi. Frenel zonalari usuli. Bir jinsli muxitda nuqtaviy S manbadan tarqaluvchi sferik to‘lqin R nuqtada uyg‘otadigan yorug‘lik tebranishining amplitudasini topish uchun Gyuygens-Frenel prinsipini tatbiq qilamiz. Bunday sferik to‘lqinning to‘lqin sirti SR to‘g‘ri chiziqqa nisbatan simmetrik bo‘ladi. Frenel to‘lqin sirtni shunday xalqasimon zonalarga ajratganki, har bir zonaning chetidan R nuqtagacha bo‘lgan masofalar bir-biridan /2 ga farq qiladi. m-nchi zonaning tashi chetidan M nutagacha bo‘lgan bm masofa quyidagicha ifodalanadi bm = b+ m (1) m ortgan sari bm masofa qonun bilan juda sekin orta boradi. b - to‘lqin sirtining O uchidan M nuqtagacha bo‘lgan masofa. m-zona M nuqtada uyg‘otadigan tebranishning amplitudasi A m m ortgan sari monoton ravishda kamayadi. Ikki o‘shni zonaning bir xil nuqtalaridan M nuqtaga keluvchi tebranishlar qarama-qarshi fazali bo‘ladi. Shuning uchun M nuqtadagi natijaviy yorug‘lik tebranishining amplitudasi. A=A1-A2+A3-A4+..... yoki (2) Frenel zonalari M nuqtada uyg‘otadigan tebranishlarining amplitudalari monoton kamayuvchi ketma-ketlikni hosil qiladi: A1A2A3......Am-1AmAm+1...... (Z) Shu sababli (4) bo‘lib (2) formula quyidagicha soddalashadi A=A1/2 (5) Demak butun to‘lqin sirtining ta’siri markaziy zona ta’sirining yarmiga teng. Markaziy zonaning o‘lchovlari millimetrning ulushlari tartibida bo‘lganligi uchun yorug‘lik S nuqtadan M nuqtaga go‘yo juda ingichka to‘g‘ri chiziqli kanal chegrarasida tarqaladi, ya’ni deyarli to‘g‘ri chiziq bo‘yicha tarqaladi.
Doiraviy teshikdan hosil bo‘ladigan Frenel difraksiyasi. Sferik yorug‘lik to‘lqinining yo‘liga R radiusli doiraviy teshigi bo‘lgan shaffofmas to‘siq qo‘yamiz.
shartni qanoatlantirsa, teshik P nuqta uchun aniqlangan Frenel zonalaridan to‘ppa-to‘g‘ri birinchi m tasini ochiq qoldiradi. Ochiq Frenel zonalarining soni M nuqtadagi tebranish amplitudasi A = A1 - A2 + A3 - A4 +...+ Am Frenel zonalarining soni - juft yoki toq son ochiq bo‘lishiga qarab, M nuqtaning o‘zida intevsivlik maksimumga yoki minimumga erishadi. Misol uchun bu son 3 ga teng bo‘lsin. U holda difraksion manzaraning markazida intensivlikning maksimumi hosil bo‘ladi (rasm).
Tirqishdan hosil bo‘ladigan Fraungofer difraksiyasi. Kengligi a ga teng bo‘lgan BC tirqishga parallel nurlar dastasi tushayotgan bo‘lsin. Tirqish uzunligi 1a. Tirqish orasiga nurlarni bosh fokal tekislikda to‘plovchi linza o‘rnatilgan. Tirqishga yetib keluvchi to‘lqin frontining har bir nuqtasi barcha tomonga tarqaluvchi tebranishlarning manbaidir. Dastlabki yo‘nalishdan burchakka burilib ketuvchi nurlar linzaning fokal tekisligidagi
Nazorat savollari Kogerent nur xaqida tushuncha. Kogerent nurlarinin hosil qilish usullari. Yorug‘lik interferensiyasi. Optik yo‘l uzunligi va farqi. Interferensiya maksimum va minimum sharti. Yupqa pardalarda interferensiya maksimum va minimum sharti. Yorug‘lik interferensiyasini qo‘llanilishi. Interferometrlar. Ko‘p nurli interferensiya qanday hosil qilinadi. Yorug‘lik difraksiyasi nima. Difraksiya yuz berishi uchun qanday shart bajarilishi kerak. Download 5.07 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|