3. Бақылау сұрақтары

3.1. Неге нақты жағдайларда көк және қызыл сәулелер үшін линзаның фокустық қашықтықтарының мәндері әртүрлі болады?

3.2. Заттар кеңістігіндегі параллель сәулелер шоғы кескіндер кеңістігінде шашырайтын болса, линза туралы не айтуға болады?

3.3. Заттар кеңістігіндегі параллель сәулелер шоғы кескіндер кеңістігінде де параллель болса, линза туралы не айтуға болады?

№ 6 лабораториялық жұмыс

Екі жіңішке саңылаулардан шығатын сәулелердің интерференциясын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: Юнг тәжірибесінің көмегімен жарықтың екісәулелік интерференциясын зерттеу.

1. Қысқаша теориялық мәліметтер

Юнг тәжірибесі (1802 ж.) тарихи жарықтың толқындық теориясының негізінде түсіндірілген бірінші интерференциялық тәжірибе болып табылады. Юнг тәжірибесінде жарық жіңішке саңылаудан өтіп S₁ және S₂ екі жақын орналасқан саңылаулары бар экранға түседі (1сур.). Әр саңылаудан өткен жарық шоғы дифракция нәтижесінде кеңейеді және сондықтан ақ экранда жарық шоқтары қабаттасады. Жарық шоқтарының қабаттасқан аумағында жарық және қара-қоңыр жолақтардан тұратын интерференциялық бейне байқалады.

1 Сурет. Юнгтың интерференциялық тәжірибесінің сұлбасы.

Екі тәуелсіз жарық көздерінен шығатын толқындардың интерференциясын байқау мүмкін емес екіндігін Юнг бірінші болып түсінеді. Сондықтан тәжірибедегі Гюйгенс принципі бойынша екінші реттегі толқындар көзі болып табылатын S₁ және S₂ саңылауларына бір жарық көзінен шығатын S сәулелер түседі. Симметриялы орналасқан S₁ және S₂ саңылауларынан шығатын екінші реттегі толқындардың фазалары бірдей болады, бірақ бұл толқындар Р бақылау нүктесіне дейін әртүрлі r₁ және r₂ қашықтықтар жүреді. Олай болса S₁ және S₂ жарық көздерінің Р нүктесіндегі толқындарының фазалары әртүрлі болады. Сонымен толқындардың интерференциясының мәселесі жиіліктері бірдей, ал фазалары әртүрлі толқындарды қосудың мәлесесіне әкеледі. S₁ және S₂ жарық көздерінен толқындар бір біріне тәуелсіз таралады, ал бақылау нүктесінде жай қосылады деген тұжырымдама эксперименттік факт болып табылады және суперпозиция принципі деп аталады. радиус-векторының бағытында таралатын монохромат толқын келесі түрде өрнектеледі

E = a cos (ωt – kr),

Бұл жерде a – толқын амплитудасы, k = 2π / λ – толқындық сан, λ – толқын ұзындығы, ω = 2πν – циклдық жиілік. Оптикада Е - толқынның электр өрісі кернеулігі векторының модулі болып табылады. Р нүктесінде екі толқын қосылғанда қорытқы тербелістің жиілігі ω тең болады, ал амплитудасы A шамасына және фазасы φ шамасына ие болады:

E = a₁ · cos (ωt – kr₁) + a₂ · cos (ωt – kr₂) = A · cos (ωt – φ).

Оптикалық диапазондағы жарық толқыны өрісінің өзгерулерін тіркей алатын құралдар жоқ, ал байқалатын шама толқын электр өрісінің амплитудасының квадратына тура пропорционал болатын жарық ағыны. Толқын электр өрісінің амплитудасының квадратына тең шаманы интенсивтік деп атайды: I = A².

Тригонометриялық түрлендірулерден P нүктесіндегі қорытқы тербелістің интенсивтігі :

(1)

бұл жерде Δ = r₂ – r₁ – жол айырымы деп аталады.

Осы теңдеуден интерференциялық максимум (жарық жолақ) байқалу үшін келесі шарт орныдалу қажет Δ = mλ (m = 0, ±1, ±2, ...). Бұл кезде I_max = (a₁ + a₂)² > I₁ + I₂. Интерференциялық минимум (қара-қоңыр жолақ) байқалу үшін Δ = mλ + λ / 2 тең болу керек. Интенсивтіктің минимал мәні I_min = (a₁ – a₂)² < I₁ + I₂. 2 суретте интерференциялық бейнедегі жарық интенсивтігінің жол айырымына тәуелді үлестірілуі көрсетілген.