Линзалардагы сүрөттөр, микроскоп, телескоп сыяктуу приборлордун иштеши, асан-үсөн кубулушу жана суу телонун тереңдигин алдамчы кабылдоо – бул жарыктын сынуу кубулушунун мисалдары. Бул көрүнүштү сүрөттөгөн мыйзамдар бул макалада талкууланат.
Сынуу кубулушу
Физикадагы жарыктын сынуу мыйзамдарын кароодон мурун кубулуштун өзүнүн маңызы менен таанышып алалы.
Белгилүү болгондой, чөйрө мейкиндиктин бардык чекиттеринде бир тектүү болсо, анда жарык анда түз жол менен жылат. Бул жолдун сынуусу жарык шооласы айнек менен суу же аба менен айнек сыяктуу эки тунук материалдын ортосундагы интерфейсти бурч менен кесип өткөндө пайда болот. Башка бир тектүү чөйрөгө өтүү менен жарык да түз сызыкта жылат, бирок ал буга чейин биринчи чөйрөдө өзүнүн траекториясына кандайдыр бир бурчта багытталат. Бул жарык нурунун сынуу кубулушу.
Төмөнкү видеодо айнектин сынуу кубулушу мисал катары көрсөтүлгөн.
Бул жерде маанилүү жагдай - түшүү бурчуинтерфейс тегиздиги. Бул бурчтун мааниси сынуу кубулушунун байкалаарын же байкалбасын аныктайт. Эгерде нур бетке перпендикуляр түшсө, анда экинчи чөйрөгө өтүп, ошол эле түз сызык боюнча кыймылын улантат. Экинчи учур, сынуу болбой турган болсо, оптикалык тыгызыраак чөйрөдөн азыраак тыгызыраак чөйрөгө өтүүчү нурдун кандайдыр бир критикалык мааниден чоңураак болгон түшүү бурчтары. Бул учурда жарык энергиясы толугу менен биринчи чөйрөгө кайра чагылат. Акыркы эффект төмөндө талкууланат.
Сынуунун биринчи мыйзамы
Бул бир тегиздиктеги үч сызык мыйзамы деп да атоого болот. Эки тунук материалдын ортосундагы интерфейске түшкөн А жарык шооласы бар дейли. О чекитинде нур сынат жана А түз сызыгынын уландысы эмес В түз сызыгы боюнча кыймылдай баштайт. Эгерде бөлүү тегиздигине N перпендикулярын О чекитке келтирсек, анда кубулуш үчүн 1-закон сынууну төмөнкүчө формулировкалоого болот: түшкөн нур А, нормалдуу N жана сынган В бир тегиздикте жатат, ал интерфейс тегиздигине перпендикуляр.
Бул жөнөкөй мыйзам ачык-айкын эмес. Анын формулировкасы эксперименталдык маалыматтарды жалпылоонун натыйжасы болуп саналат. Математикалык жактан аны Ферма принциби же эң аз убакыт принциби аркылуу чыгарууга болот.
Сынуунун экинчи мыйзамы
Мектептин физика мугалимдери окуучуларга көбүнчө төмөнкүдөй тапшырма беришет: «Жарыктын сынуу мыйзамдарын түзүңүз». Биз алардын бирин карап чыктык, эми экинчисине өтөлү.
А нуру менен N перпендикулярынын ортосундагы бурчту θ1 деп белгиле, B жана N нурларынын ортосундагы бурч θ2 деп аталат. Ошондой эле 1-ортодо А нурунун ылдамдыгы v1, 2-ортодогу B нурунун ылдамдыгы v2 экенин эске алабыз. Эми каралып жаткан кубулуш үчүн 2-закондун математикалык формуласын бере алабыз:
sin(θ1)/v1=sin(θ2)/ v2.
Бул формуланы голландиялык Снелл 17-кылымдын башында алган жана азыр анын фамилиясын алып жүрөт.
Айтылган туюнтмадан маанилүү жыйынтык чыгат: чөйрөдө жарыктын таралуу ылдамдыгы канчалык чоң болсо, нур нормалдан ошончолук алыс болот (бурчтун синусу ошончолук чоң).
Ортонун сынуу көрсөткүчү жөнүндө түшүнүк
Жогорку Snell формуласы учурда бир аз башкача формада жазылган, аны практикалык маселелерди чечүүдө колдонуу ыңгайлуу. Чынында эле, жарыктын материядагы v ылдамдыгы вакуумдагыдан азыраак болсо да, дагы эле чоң мааниге ээ, аны менен иштөө кыйын. Демек, физикага салыштырмалуу чоңдук киргизилген, анын теңдиги төмөндө келтирилген:
n=c/v.
Бул жерде c – нурдун вакуумдагы ылдамдыгы. n-дын мааниси с-тын мааниси материалдагы v-нун маанисинен канча эсе чоң экенин көрсөтөт. Бул материалдын сынуу көрсөткүчү деп аталат.
Киргизилген маанини эсепке алуу менен жарыктын сынуу мыйзамынын формуласы төмөнкү формада кайра жазылат:
sin(θ1)n1=sin(θ2) n2.
n чоң мааниси бар материал,оптикалык тыгыз деп аталат. Ал аркылуу өтүп, жарык абасыз мейкиндик үчүн бирдей мааниге салыштырмалуу ылдамдыгын n эсе жайлатат.
Бул формула нур оптикалык тыгызыраак чөйрөдө нормалдууга жакыныраак жатаарын көрсөтөт.
Мисалы, абанын сынуу көрсөткүчү дээрлик бирге барабар экенин белгилейбиз (1, 00029). Суу үчүн анын мааниси 1,33.
Оптикалык жыш чөйрөдө жалпы чагылуу
Төмөнкү экспериментти жүргүзөлү: суу колоннасынан анын бетине карай жарык шооласын баштайлы. Суу оптикалык жактан абага караганда тыгызыраак болгондуктан (1, 33>1, 00029), түшүү бурчу θ1 сынуу бурчунан азыраак болот θ2. Эми биз бара-бара θ1 көбөйтөбүз, тиешелүүлүгүнө жараша θ2 да көбөйөт, ал эми θ1<θ2ар дайым чындык.
Бир учур келет θ1<90o жана θ2=90 o. Бул бурч θ1 жуп суу-аба медиа үчүн критикалык деп аталат. Мындан чоңураак түшүү бурчтары нурдун бир дагы бөлүгү суу-аба интерфейси аркылуу азыраак тыгыз чөйрөгө өтпөйт. Чек арадагы нур толугу менен чагылууга дуушар болот.
Түшүрүүнүн критикалык бурчун эсептөө θc формуласы менен аткарылат:
θc=arcsin(n2/n1).
Медиа суу үчүн жанааба бул 48, 77o.
Көңүл буруңуз, бул кубулуш кайра кайтарылбайт, башкача айтканда, жарык абадан сууга өткөндө критикалык бурч болбойт.
Сүрөттөлгөн кубулуш оптикалык булалардын иштешинде колдонулат жана жарыктын дисперсиясы менен бирге жамгыр учурунда биринчилик жана экинчилик асан-үсөндөрдүн пайда болушуна себеп болот.
