Еріксіз тербелістер.

Егер денеге сыртқы периодты күш әсер етсе, онда дене осы күш жиілігімен тербелетін болады. Бұндайда тербеліс амплитудасы уақытқа, дене тербелісінің меншікті жиілігіне, өшу коэффициентіне және мәжбүр етуші күш жиілігіне F_ocos wt тәуелді. Уақыттың бастапқы мезетінде амплитуда шамасына меншікті жиілік ықпал етеді– тербеліс амплитудасының периодты өзгеруі, яғни соғу пайда болады. Тек белгілі бір уақыт өткен соң

тербеліс амплитудасы орнығады.

Меншікті жиілік пен мәжбүр етуші күш жиілігі сәйкес келгенде тербеліс амплитудасы күрт өседі. Жиіліктер сәйкес келгендегі амплитуданың өсуі резонанс деп аталады.

Еріксіз тербеліс— қандай да бір жүйеде периодты сыртқы күштің әсерінен пайда болатын тербеліс (мысалы, айнымалы магнит өрісі әсерінен болатын телефон мембранасының тербелісі, т.б.).Жүйеге әсер ететін сыртқы күш F_ck –мына гармоникалық заңмен өрнектеледі:

F_ck=F₀sin t

F₀-сыртқы күш амплитудасы

-сыртқы күштің циклддік жиілігі

Еріксіз тербелістің сипаты сыртқы күштің табиғаты мен жүйенің өзіне тән қасиеттері арқылы анықталады. Сыртқы күштің болуы — еріксіз тербелістің қозуы мен болуының қажетті шарты. Периодты сыртқы күштің әсерінен еріксіз тербелістің сипаты алғашқы кезде уақытқа байланысты өзгереді. Тек белгілі бір уақыт өткеннен кейін, жүйеде периодты сыртқы күштің периодына тең еріксіз тербеліс қалыптасады (орныққан еріксіз тербеліс). Дербес жағдайда, сыртқы күштің (жиілігі жүйенің меншікті тербеліс жиілігіне жуық) әсерінен сызықтық тербелмелі жүйеде еріксіз тербеліспен бір мезгілде меншікті (еркін) тербеліс пайда болады. Тербелістің бастапқы сәтінде ол тербелістердің амплитудалары бір-біріне тең де, ал фазалары қарама-қарсы болып келеді Сөйтіп, меншікті тербеліс біртіндеп өшкен соң, жүйеде тек орныққан еріксіз тербеліс қалады. Сызықтық емес жүйелерде тербелісті меншікті тербеліске және еріксіз тербеліске ажырату әрдайым мүмкін бола бермейді.

24. Гюйгенс-Френель принципі. Жарықтың толқындық сипаты білінетін құбылыстардың біреуі дифракция құбылысы болады. Дифракция деп жарықтың түзу сызықты жолдан бұрылу құбылысы айтылады.Дифракция құбылысын жарықтың толқындық теориясы бойынша толық түсіндіруге болады. Бірақ ол үшін Гюйгенс принципі жеткіліксіз. Өйткені бұл принципке сүйеніп дифракцияланған жарық толқындарының интенсивтігін табуға болмайды,бұл принцип тек жарықтың таралу бағытын анықтау әдісі болып табылады. Француз ғалымы Френель бұл принциптің осы кемшілігін толықтырды,ол Гюйгенстің принципі мен толқындардың интерференциялану принципін біріктірді. Френельше толқындық беттің әрбір нүктелерінің айналасында пайда болған элементар толқындар бір-бірімен қосылысып интерференцияланады,сонда қорытқы сыртқы орауыш бетте толқынның едәуір интенсивтігі болады. Сөйтіп жарықтың толқындық теориясының негізгі принципі- Гюйгенс-Френель принципікеліп шығады.

1. Кез-келген уақыт мезетіндегі толқындық бет дегеніміз-айналып өтетін екінші ретті толқындардың жай ғана өзі емес, олардың интерференцияларының нәтижесі болып табылады.

2. Жарық толқындары келiп жеткен беттiң әрбiр нүктесi өз кезегiнде жаңа толқын көздерi болып табылады Тамаша оптикалық аспаптың-дифракциялық тордың құрылысы дифрациялық құбылысқа негізделген.

 

25. Сфералық толқындардың (Френель дифракциясы ) дифракциясы. Жарықтың дифракциясы деп жарық толқындарының жолындағы бөгетті орап (айналып) өтуін айтады. Неғұрлым кең мағынада айтқанда, электромагниттік толқындар экранның саңлаудың немесе басқада да біртекті емес нәрселердің шетіне жақын жерден өткенде олардың таралу бағыты өзгереді.Жарық дифракциясының сфералық толқындар дифракциясы (Френель дифракциясы) және параллель сәулелер дифракциясы (Фраунгофер дифракциясы) деп аталатын екі түрі бар.

Егер жарық дифракцияланатын бөгетжарық көзімен бақылау нүктесіне жақын болса немесе ол бұлардың біреуінен онша алыс болмаса сонда байқалатын жарық дифракциясы Френель дифракциясыд.а.Бұл жағдайда дифракцияланған сәулелер бөгетке жақын қойылған экранның түрліше нүктелеріне жетіп тоғысады.Осы жағдайда дифракциялық бейнелерді прибордың көмегінсіз зерттеуге болады. Кішкене сфералық саңылаудағы Френель дифракциясы.

Кішкене сфералық саңылауға тоғысатын сәулелер және саңылаудың келесі бетіндегі Р нүктесіндегі жарық тербелісінің амплитудасын табайық 1-сурет. Бұл жағдайда саңылаудан Френелдің алғашқы m-зонасынан келген жарық толқыны өтеді

 

1-сурет.

А_m- алдындағы таңба тақ зоналар үшін оң, ал жұп зоналар үшін теріс болып алынады.

Егер саңылауға сиятын Френель зоналарының саны тақ болса, онда қарастырылатын Р нүктесінде жарық күшейеді

Егер саңылауға сиятын Френель зоналарының саны жұп болса, онда қарастырылатын Р нүктесінде жарық әлсірейді

26. Дифракциялық тор.

Айқын да анық дифракциялық суретті алу және бақылау үшін дифракциялық торды пайдаланады. Дифракциялық тoр дегеніміз — жарық дифракциясы байқалатын тосқауылдар және саңылаулардың жиынтығы.

Дифракциялық торды реттелген дифракциялық тop және реттелмеген дифракциялық тop деп бөледі. Реттелген тор деп саңылаулары белгілі бір қатаң тәртіп бойынша орналасқан торларды, ал реттелмеген деп саңылаулары тәртіпсіз орналасқан торларды айтады. Геометриялық құрылысына қарай торларды жазық және кеңістіктік торлар деп те бөледі. Кеңістіктік реттелмеген торларға, мысалы, тұмандағы ауа тамшылары немесе мұз қиыршықтарының жиынтығы, көз кірпіктері жатады.

Оны алмаз кескішпен жасалған параллель және бір-біріне өте жақын орналасқан саңылаулар мен тосқауылдар жиынтығынан дайындайды. Саңылаудың ені а, ал тосқауыл-штрихтің ені b болсын, сонда b + a = d тордың тұрақтысы немесе периоды деп аталады.

27. Резонанстық қисық. Фазалар ығысуы.

Резонанс (лат. resono, фр. resonance — үн қосу, дыбыс қайтару) — периодты түрде сырттан әсер етуші күштің жиілігі тербелмелі жүйенің меншікті жиілігіне жақындағанда сол тербелмелі жүйедегі еріксіз тербелістер амплитудасының күрт арту құбылысы; мәжбүр етуші күштің жиілігі жүйе тербелісінің меншікті жиілігіне жуықтаған кезде жүйедегі мәжбүр тербеліс амплитудасының кенеттен артып кету кұбылысы.

Резонансты алғаш рет механика және акустикалық құбылыс ретінде италиян ғалым Г.Галилей, ал электр-магниттік жүйелерде, мысалы, тербелмелі контур арқылы ағылшын ғалымы Дж.Максвелл (1831 — 1879) қарастырған (1868).

Резонанс қисығы - мәжбүр тербелісті сипаттайтың кандай да бір параметрдің (амплитуданын, фазаның және т.б.) сырткы әсердің жиілігіне тәуелділік графигі.

Мұндай айнымалы токтың әсерлік мәндері мынаған тең болады:

≈ 0,707 ,

≈ 0,707 .

Айнымалы ток тізбегінде индуктивтілік не сыйымдылықтың болуына байланысты ток күші ( ) мен кернеу ( ) арасында фаза ығысуы пайда болады. Фаза ығысуы салдарынан ваттметрмен өлшенетін айнымалы токтың орташа қуаты ( ) әсерлік ток мәні мен әсерлік кернеу мәнінің көбейтіндісінен кем болады:

.

28. Юнг тәжірибесі

Ағылшын физигі Томас Юнг бірінші рет (1802 ж.) тәжірибе жасап, когерент жарық толқындарының интерференциясын бақылады. Юнгтың бұл тәжірибесінің сызбасы 18 - суретте көрсетілген.

 

 

 

Юнг тәжірибесінің сызбасы

Мұнда жарықтың параллель шоғы кішкене S тесігі арқылы А экранға түсірілген, одан өткен бытыраңқы жарық шоғы кішкене екі тесігі бар В экранға түскен, одан соң осы S₁ және S₂ тесіктерден өткен жарық С экранға түскен, сонда бұл экранның бетінде жарық және қара – қоңыр жолақтар, яғни интерференциялық көрініс байқалған. Бұл саңылаулар жарықтың когерентті көзі және экранда интерференция көрінісін жеткілікті айқын береді.

Интерференциялық жолақ ені экранда анықталады

дәл осы тәжірибе арқылы Юнг алғаш рет, әр түсті жарық сәулелеріне сәйкес келетін, толқындар ұзындығын өте дәл өлшеді.

 

29.Жарық поляризациясы

Жарық поляризациясы — жарық толқынының электр және магнит өрістері кернеуліктері векторларының (Е және Н) жарық сәулесі жазықтығына перпендикуляр жазықтықта бағдарлануының реттелуі. Электр өрісі кернеулігі (Е) мен жарық сәулесі жататын жазықтық полярлану жазықтығы деп аталады. “Жарықтың полярлануы” ұғымын И.Ньютон енгізген (1704-1706).

Жарықтың поляризациясының 3 түрі бар:

Сызықты поляризация – толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта.

Шеңберлік поляризация – индукция векторының айналу бағытына тəуелді

Эллипсоидты поляризация – шеңберлік жəне сызықты поляризацияланудың ортасындағы жағдай.

Жарықтың поляризациясы деп- жарықтың белгілі бір бағыттарда тербеліс жасауын айтамыз.Электр векторы тербеліс жасайтын жазықтықты- тербеліс жазықтығы, ал тербеліс жазықтығына перпендикуляр жазықтықты, яғнимагнит векторы тербеліс жасайтын жазықтықты- поляризация жазықтығы д.а.

Жарық поляризациялануы поляризация дәрежесімен анықталады:

P-поляризация дәрежесі.

–жарық интенсивтілігі;

Табиғи жарықтың поляризация дәрежесі 0-ге тең .

P=0

Поляризациялық құрылғылар. Поляризатор жəне анализатор ретінде турмалин пластинкасы, Николь призмасы, қара шыны айна, поляроидтар қолданылады. Ең қарапайым анализаторлар бұл турмалин пластинкасы. Турмалин пластинкасы жарықты күшті əлсіретеді жəне өрісті жасыл түске бояйды, сондықтан практикада Николь призмасы қолданылады.

 

30. Малюс заңы.

Малюс Заңы — анализатордан өткен сызықты поляризацияланған жарық қарқындылығының cos α-ге пропорционал азаятындығын өрнектейтін заң; мұндағы α — жарық поляризациясы жазықтығы мен прибор (анализатор) арасындағы бұрыш. Бұл заңды 1810 жылы француз физигі Э.Л. Малюс (1775 — 1812) ашқан. Егер І₀ және І — анализаторға түсетін және одан шығатын жарық қарқындылықтарын сипаттаса, онда Малюс Заңы бойынша: І=І₀cos2α түрінде орындалады. Барлық поляризациялық приборлардан өтетін жарық қарқындылығы Малюс Заңы бойынша есептеледі. Жарық қарқындылығын өлшеуге арналған оптик. құрал — поляризациялық фотометрдің құрылысы Малюс Заңына негізделген.

Жарық өз жолында поляризатор мен анализатор арқылы өтсін, ал поляризациялық жазықтық арасындағы бұрыш φ тең .

Поляризатордан соң жарық шығады, интенсивтілігі I_0. Малюс заңына байланысты анализатордан соң жарық алынады, оның интенсивтілігі мынадай теңдеумен анықталады:

Малюс тəжірибесінде жарық тізбектей екі бірдей турмалин пластинкасынан өтеді. Пластинкаларды бір біріне салыстырғанда ϕ бұрышқа бұруға болады. Малюс заңы поляризатордан өткеннен кейінгі сызықты поляризацияланған жарық интенсивтігінің түскен жарықтың поляризация жазықтығымен поляризатор арасындағы бұрышқа тəуелділігі.

I=k_a I₀ cos²

I - поляризаторға түсетін жарықтың интенсивтілігі,

I - поляризатордан шығатын сəуленің интенсивтілігі,

k_a - аналиизатордың мөлдірлік коэффициенті.

Өткен жарықтың интенсивтілігі cos² -ге тура пропорционал:

I~ cos²

31. Брюстер заңы.

Табиғи жарық 2 диэлектриктін шекарасында шағылғанда немесе сынғанда азды-көпті поляризацияланады.Шағылған жарықта түсу жазықтығына перпендикуляр тербелістер басым болады, ал сынған жарықта түсу жазықтығындағы тербелістер басым болады. Түсу бұрышының белгілі бір мәнінде шағылған жарық толық поляризацияланады. Бұл түсу бұрышы Брюстер бұрышы деп аталады. Брюстер бұрышының тангенсі осы екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткішіне тең:

 

( -екінші ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші),

Бұл заң- Брюстер заңы д.а.

Жарық шекараға Брюс­тер бұрышы арқылы түскенде шағылған және сынған шоқ­тар өзара перпендикуляр болады.

(і₂ – сыну бұрышы)

осыдан ,

 

32. Абсолют қара дене. Кез келген температурада өзіне түскен барлық сәулелерді талғамай жұтатын дене абсолют қара дене деп аталады. Қара дененің барлық жиілік және температура үшін спектрлік жұтқыштық қабілеті бірге тең: . Абсолют қара денелер табиғатта жоқ, алайда қара күйе сияқты заттар жиіліктің белгілі бір интервалында абсолют қара денеге жақын келеді.Олар жарық ағынының көрінетін бөлігін түгелдей дерлік (99%) сіңіріп алады. Кішкене О тесігі бар іші толығымен қап-қара қуыс дене қара дененің идеал моделі болып табылады. Мұндай қуысқа кірген сәуле толығымен жұтылады.

Қара дене түсінігімен қатар сұр дене деген түсінік бар – жарық жұтқыштық қабілеті бірден аз, бірақ барлық жиілікке бірдей және температураға, материалға және дененің бетінің күйіне тәуелді денелер:

Абсолют қара дененің сәуле жұтқыштық коэффициенті 1-ге тең.

 

33. Стефан – Больцман заңы:

Абсолют қара дененің толық (барлық спектр бойынша) сәуле шығару қабілеті оның абсолют температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал, яғни:

σТ⁴

мұндағы - Стефан-Больцман тұрақтысы.

Бұл заңды 1879 ж. австриялық физик И. Стефан тәжірибелік деректерге сүйеніп кез-келген дененің сәуле шығару қабілеті үшін өрнектеп берді,бірақ кейінгі жүргізген өлшеулер қорытындысы Стефан-Больцман заңының тек абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілеті үшін ғана орындалатынын көрсетті.1884 ж. Стефан- Больцман заңын Л.Больцман теория жолымен қорытып шығарды . Стефан- Больцман заңы жоғары температураны өлшеу кезінде пайдаланылады.

 

Стефан-Больцман заңы температураға байланысты екенін таба отырып, абсолют қара дененің сәуле шығару қабілетінің спектрлік құрамына жауап бермейді. байланысты қисығында әр түрлі температурадағы энергияның таралуы абсолют қара дененің спектрі біркелкі емес. Барлық қисықтың max бар, және температура өскен сайын ол max қысқа толқынға қарай ығысады.