Практика. Оптика. Геометриялы оптика. Оптика
 Скачать 0.86 Mb.
|
|
Оптика. Геометриялық оптика. Оптика (гр. optіke – көзбен қабылдау жөніндегі ғылым, optas – көрінетін) – физиканың сәуле (жарық) шығару табиғатын, жарықтың таралуын және оның затпен әсерлесу құбылыстарын зерттейтін бөлімі. Жарық электро-магниттік толқын болғандықтан Оптика электро-магниттік өріс жөніндегі жалпы ілімнің (электрдинамиканың) бір бөлігі болып табылады. Оптикалық сәулелер толқын ұзындығы (λ) бойынша 1 нм-ден 1 мм-ге, бір жағынан рентген, ал екінші жағынан радиосәуленің микротолқындық диапазонына дейінгі аралықты қамтиды. Оптика қалыптасқан дәстүр бойынша геометриялық, физикалық және физиологиялық Оптика болып бөлінеді. Геометриялық Оптика жарықтың табиғатына назар аудармай, тек оның таралуының тәжірибелік заңдарына сүйеніп, өзара тәуелсіз жарық сәулелерінің біртекті ортада түзу сызықтар бойымен таралуын, әртекті орталар шекарасындағы шағылу және сыну заңдылықтарын зерттейді. Бұл заңдылықтар әр түрлі оптикалық құрылымдарды жобалауға, есептеуге (көзілдірік, микроскоп, телескоп, т.б.) мүмкіндік береді. Сонымен қатар ол жарық әртекті орта арқылы өткенде байқалатын құбылыстарды (сағым, кемпірқосақ, т.б.) зерттейді. Есептеу математикасының кеңінен қолданылуы, әдістемелерінің дамып жетілуі есептеу Оптикасы деген жаңа бағыттың дамуына алып келді. Жарық шамаларын өлшейтін Оптиканың фотометрия бөлімі де іс жүзінде жарықтың табиғатын ескермейді. Оның бірқатар мәселелері адам көзінің жарықты сезу, қабылдау қабілетіне байланысты шешіледі. Бұл заңдылықтар биофизика мен психологияға және көздің көру механизмдеріне сүйенетін физиол. Оптикада зерттеледі. Жарықтың табиғаты, оған байланысты әр түрлі оптикалық құбылыстар (интерференция, дифракция, полярлануы және жарықтың анизотроптық орталарда таралуы, т.б.) физикалық Оптикада зерттеледі. Жарықтың толқындық қасиеттері физикалық Оптиканың негізгі бөлімі – толқындық Оптикада зерттеледі. Толқындық Опитканың негізін Х.Гюйгенс (1629 – 1695), Т.Юнг (1773 – 1829), О.Френель (1788 – 1827) және т.б. қалаған. Гюйгенстің Оптикаға қосқан, осы кезге дейін маңызын жоймаған ең басты үлесі – Гюйгенс – Френель принципі. М.Фарадей (1791 – 1867) 1848 жылы жарықтың поляризация жазықтығының бұрылуын ашып, жарықтың көлденең электро-магниттік толқын екендігін және физиканың электрмагнитизм және Оптика бөлімдерінің арасындағы тікелей байланысты көрсетті. Фарадей тәжірибелерінің нәтижелеріне сүйеніп Дж.Максвелл (1831 – 1879) осы байланыстарды сипаттайтын электро-магниттік өрістің біртұтас теңдеулерін (1865 – 67) қорытып шығарды. Жарық тарайтын ортаның қасиеттерін осы теңдеулердегі макроскопиялық тұрақтылар – диэлетрлік өтімділік (ε) пен магнит өтімділік (µ) сипаттайды. Ортаның сыну көрсеткіші осы тұрақтылар арқылы анықталады. Түсініктерге қайшы келген осы тұжырым негізінде А.Эйнштейн 1905 жылы фотоэффект құбылысының негізгі заңдарын түсіндірді. Фотоэффект құбылысы жарық табиғатындағы екіжақтылықты, толқындық та корпускулалық та қасиеттерді көрсетті. 1916 жылы Эйнштейн еріксіз сәуле шығару теориясын жасап, соның негізінде 1954 жылы сантиметрлік диапозонда еріксіз монохроматты сәуле шығаратын алғашқы кванттық генераторлар [мазерлер, А.М. Прохоров, Н.Г. Басов (КСРО) және Ч.Таунс (АҚШ)], 1960 жылы когеренттік жарық сәулесін шығаратын рубиндік лазер [Т.Мейман (АІШ)] жасалып, Оптиканың маңызы арта түсті. Лазерлерді қолдану атомның, молекуланың және конденсацияланған ортаның құрылысы мен оларда өтетін процестер жайлы мол деректер беретін лазерлік спектроскопияны күрт дамытты. 1948 жылы ағылшын физигі Д.Габор негізін қалаған голография әдісі лазер пайда болғаннан кейін нысанның көлемдік кескінін алудың, шапшаң өтетін процестерді тіркеудің және денелердегі ығысу мен кернеулерді зерттеудің жаңа мүмкіндіктерін туғызды. Жарық интерференциясы арқылы аса дәл өлшеу әдістері, кванттық оптикалық аппараттар (фотоэлементтер, фотоэлектрондық көбейткіштер, т.б.), полярлану мен дифракция құбылыстарына негізделген аса сезгіш оптикалық аппараттар өмірде кеңінен қолданылады. Фотографияның негізінде жатқан фотохимиялық процестер Оптика мен химияның шекарасындағы сала – фотохимияда зерттеледі. Өткен 20 ғасырдың 70-жылдары есептеу техникасы мен ақпараттану мәселелерін шешуге голография принциптерін қолдану интегралдық Оптика деген жаңа саланың дамуына алып келді. Лазердің қолданылуына байланысты Оптикалық локация және Оптикалық байланыс жүйелері пайда болды. Оптикалық құбылыстарды бақылау және талдау қазіргі заманның негізгі физикалық теориялары кванттық механика мен салыстырмалық теориясының пайда болуына себеп болды. Геометриялық оптика — оптиканың жарықты геом. сызық ретінде қарастыра отырып, жарықтың таралу заңдарын зерттейтін бөлімі. Сызық бойымен жарық энергиясы ағыны таралатын геом. сызық жарық сәулесі деп аталады. Жарық сәулесі түсінігін оптикалық біртекті емес ортада жарық дифракциясы ескерілмеген жағдайда ғана пайдалануға болады. Ал бұл жарық толқынының ұзындығы біртекті емес орта мөлшерінен көп кіші болған жағдайда мүмкін.  Геометриялық оптика заңдары көп ретте оптикалық жүйелердің жеңілдетілген, бірақ көп жағдайда дәл теориясын жасауға мүмкіндік береді. Геометриялық оптика, негізінен, оптикалық кескіннің пайда болуын түсіндіреді, оптикалық жүйелер аберрацияларын есептеп шығаруға және оларды түзету әдістерін жетілдіруге, оптикалық жүйелер арқылы өтетін сәулелер шоғының энергет. қатысын табуға мүмкіндік береді. Дегенмен, барлық толқындық құбылыстар, сондай-ақ, кескіннің сапасына ықпал ететін және оптикалық приборлардың ажыратқыштық шамасын анықтайтын дифракциялық құбылыстар Геометриялық оптикада қарастырылмайды.  "Геометриялық оптика" Тәуелсіз таралатын жарық сәулелері туралы түсінік ежелгі ғылымда пайда болды. Ежелгі грек оқымыстысы Евклид жарықтың түзу сызық бойымен таралуын және оның айнадан шағылу заңдарын тұжырымдады. 17 ғ-да бірқатар оптикалық приборлардың (көру түтігі, телескоп, микроскоп, т.б.) жасалуына және олардың кең қолданылуына байланысты Геометриялық оптика қарқынды дамыды. Голланд математигі В. Снелл және Р. Декарт жарық сәулелерінің екі ортаның шекаралық бөлігіндегі таралу заңдарын тәжірибелік жолмен анықтады. Геометриялық оптиканың теориялық негізі 17 ғ-дың соңында Ферма принципі ашылғаннан кейін қалыптасты. Ертеректе ашылған жарық сәулелерінің түзу сызық бойымен таралу, айнадан шағылу және сыну заңдары осы принциптің салдары болып табылады. Оптика – жарық табиғатын, жарық құбылыстарын және жарықтың затпен әсерлесуін зерттейтін физика бөлімі. Оптикалық сәулелену электромагниттік толқын болып табылады, сондықтан оптика электромагниттік өрісті жалпы зерттеудін бөлімі болып табылады. Оптика қарастырылатын құбылыстарына қарай геометриялық (сәулелік), толқындық (физикалық), кванттық (корпускулярлық) болып бөлінеді. Жарық табиғатын тапқанға дейін келесі заңдар анықталды: А) Жарықтың түзу сызықты таралуының заңы - жарық оптикалық біртекті ортада түзу сызықты таралады; Б) Жарық сәулесі – бойымен жарық энергиясы таралатын түзу. Біртекті ортада жарық сәулелеері түзу сызықтар болып табылады (1.1-сурет); В) Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңы – бұл басқа шоқ арқылы болған эффект, ол басқа шоқтардың жұмысына байланысты емес. 
  |