1- дәріс. Кіріспе жарықтың табиғаты жайындағы ілімнің дамуы. ХVІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайында екі түрлі ғылыми түсінік болды: жарықтың корпускулалық теориясы мен-жарықтың толқындық теориясы

Жарықтың шағылуы және сынуы

Жарықтың таралу бағытының ӛзгерісі түрліше екі ортаның шектесу шекарасында ӛтеді. Сондықтан, егер осындай ӛзгерулерді дәл анықтауға мүмкіндік беретін заңдарды тәжірибеде тағайындай алсақ, онда оптикалық сәуле шығарудың табиғатын ескермей-ақ жарық сәулелерінің кӛмегімен кӛптеген оптикалық құбылыстарды сипаттай алар едік. Құбылыстарды зерттеуде осындай әдіс қолданатын оп-тиканың бӛлімі геометриялық оптика деп аталады. Осы тарауда біз екі мӛлдір ортаның шектескен шекарасында ӛтіп жатқан оптикалық құбылыстар бағынатын заңдарды қарастырамыз.

Ауадан судың бетіне жіңішке жарық шоғы түскен кезде (1-сурет), онда О түсу нүктесінде жарықтың бір бӛлігінің шағылатындығын, ал бір бӛлігінің суға ӛтіп, оның осы кезде сынатындығын бақылауға болады. i және а бұрыштарын сәйкес түрде түсу бұрышы және шағылу бұрышы деп атайтынын білеміз. Сынған сәуле және орталардың шектесу бетіне сәуленің түсу нуктесінде тұрғызылған перпендикуляр құрайтын 

бұрышы сыну бұрышы деп аталады. Сәулелену О нүктесіне қандай да бір уақыт шамасында W энергия алып келсін. Бұл энергияның бір бӛлігін

(W_ша ) шағылған сәулелер алып кетеді

де, ал екінші бӛлігін (W_сын ) сынған сәулелер алып кетеді.

Кез-келген ортада (вакуумная баска) энергияны жұтатын болғандықтан, бұл

теңдік тек О нүктесінің тӛңірегінде ғана орындалады. Жарық сәулелері әлсіремей біршама қашықтықтарға тарала алатын ортаны мӛлдір орта деп атайды (мысалға, шыны, су, спирт және т.б.). Керісінше, металдар ӛздеріне түскен жарық сәулелерін ӛте күшті жұтады, яғни олар жарық сәулелері үшін мӛлдір болып табылмайды. Олар түскен сәулеленудің бір бӛлігін шағылтады.

Әрбір орта жарық сәулелерін түрліше шағылтады және түрліше жұтады. Дененің түскен сәулені шағылтуы және жұтуы заттың тегіне, оның бетінің күйіне, сәуленің құрамына, түсу бұрышына және т.б. тәуелді болады. Сәулелердің i түсу бұрышын арттырған кезде шағылған сәулелер үлесі артады, ал ӛтетінсәулелер үлесі кемиді.

Тағы да айта кететін нәрсе, шағылу мен жұтылудың тербелістердің жиілігіне тәуелділігі талғаулық сипатта болады, яғни бір жиіліктегі тербелістерді зат күшті шағылтады немесе жұтады, ал екінші бір жиіліктегі тербелістерді әлсіз жұтады немесе шағылтады. Мысалы, Жер атмосферасы кӛрінетін жарықтың қысқа толқындыларын күшті жұтады да, ал ұзын толқындыларын әлсіз жұтады.

1. 
   Түсетін сәуле мен шағылған сәуле және сәуленің түсу нүктесінде шағылтқыш бетке
   

2. 
   Сәуленің шағылу бұрышы оның түсу бұрышына тең болады:
   

Түсетін сәулелер және шағылған сәулелер ӛзара қайтымды болады, яғни олардың орындарын алмастырсақ, яғни, түсетін сәулені шағылған сәуленің бағытында бағыттасақ, онда шағылған сәуле түсетін сәуленің бағытында кетеді.

Бұдан бұрын біз толқынның сфералық капталының шағылу зандарын тағайындаған болатынбыз. Енді олардың толкынның жазық қапталы үшін де орындалатындығын кӛрсетеміз, яғни параллель сәулелердің жазық бетке түсуін қарастырамыз. КМ тепе бетке

(2-сурет), қайсыбір уакыт мезетінде қапталы À₁ Â₁ қапталында болатын жазық толқын

түссін делік. Келесі уақыт мезетінде ол АС қалпында болады. Осы мезетте (бұл уақъпты

толқынның қапталы С нүктеден В

нүктеге ӛткенше, А нүктесінен

2-сурет

яғни ВD түзуі. Одан әрі бұл толқын қапталы АА^" ӛзіне параллель таралатын болады.

Үшбұрышты АDВ және АСВ үшбұрыштардың АВ гипотенузасы ортақ, ал АD және СВ катеттері бірдей болатындықтан, олар ӛзара тең болады. Сондықтан i₁ ₁ , i₁ i

және ₁  болатындықтан (қабырғалары ӛзара перпендикуляр бұрыштар)

болады, яғни түсу бұрышы шағылу бұрышына тең болады, дәлел-демек болғанымыздың ӛзі де осы еді.

3-суретте беттің түрліше нүктелерден шағылған сәулелердің

бағыттары осындай әдіспен

анықталған, онда кӛріп отырғанымыздай басында параллель келе жатқан сулелер шағылғаннан кейін түрліше бағыттарда кетіп жатыр.

Мұндай шағылуды диффузиялық немесе шашыраңқы шағылу деп

денелердің беттен шыққан шашыраңкы шағылудың арқасындаа біз ол денелерді кӛре аламыз.

Жарықты жақсы шағылтатын идеал тегіс бетті айналық бет деп атайды. Жазық айналық

қалады, тек ӛздерінің таралу бағытын ӛзгертеді (4-сурет). Мұндай шағылуды айналық немесе дұрыс шағылу деп атайды. Практикада айналық шағылу беттегі кедір-бұдырлардың мӛлшерлері жарық толкынының ұзындығынан аспайтын кезде пайда болады.

суреттен кӛріп отырғанымыздай, А және В нүктелеріне түсетін сәулелер шағылғаннан кейін қайсыбір S₁ нүктеден шыққан тәрізді кетеді, бұл нүкте КM айнаға қатысты S нүктеге симметриялы орналасқан.

5-сурет

6-сурет
Сфералық айналар. Беті шар бетінің бір бӛлігі болып табылатын айналар сфералық айналар деп аталады; олар ойыс (8-сурет) және дӛңес (8 б-сурет) болып бӛлінеді. 8-суреттен R - айнаның қисықтық радиусы. Айнаны шектеп тұрған шеңбердің КМ диаметрі айнаның кіреберісі, ал одан ең, алыс орналасқан айналық беттің О нүктесін айнаның тӛбесі деп атайды. Айнаның сфералық центрі С және оның О тӛбесі арқылы ӛтетін түзуді

8-сурет

айнаның бас оптикалық осі деп, ал С нүктесі аркылы және айнаның беті арқылы ӛтетін кез-келген түзуді айнаның қосалқы оптикалық осі деп атайды.

Қайсыбір оптикалық ось бойымен келе жатқан жарық сәулесінің айнанның бетіне түсу бұрышы нӛльге тең болады, сондықтан мұндай сәуле шағылғаннан кейін де сол оптикалық ось бойымен кері тарайды.

Егер ойыс айнаға оның бас опткиалық осіне параллель болатын сәлелер шоғы түсетін болса, онда айнадан шағылғаннан кейін бұл сәулелер бас оптикалық осьтің бойында жататын Ф нүктесі арқылы ӛтеді.

(9 а-сурет), оны айнаның бас фокусы деп атайды. Дӛңес айнадан шағылғаннан кейін мұндай сәулелер созындылары айнаның сыртында бір нүктеде, Ф нүктесінде, яғни айнаның бас фокусында қиылысатындай болып шашырап кетеді (9 б-сурет).

Сӛйтіп, ойыс айналар жинағыш болып табылады екен. Оның бас фокусы шын болып табылады. Дӛңес

айналар шашырағыш болып табылады, олардың бас фокусы жалған. Айнаның бас фокусынан оның тӛбесіне дейінгі ОФ қашықтық

жатады.

10-сурет

Ені бас фокус аралық F айнаның R қисыктық радиусымен қандай байланыста болады