Оптика пәні

№ 1 – дәріс. (1 сағат)

Кіріспе. Оптика пәні

Оптика – физика ғылымының дербес салаларының бірі. Оптикада жарық пен рентген сәулелерінің табиғаты мен қасиеттері және олардың затқа ететін әсерлері қарастырылады.

Оптикалық құбылыстардың кейбіреулері өте ерте заманнан ақ белгілі болған: мысалы, жарықтың түзу сызықпен  таралуы, сынуы ежелден белгілі. 17-ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайлы екі түрлі түсінік болды. Олардың біреуі жарықтың корпускулалық теориясы, екіншісі – жарықтың толқындық теориясы.  Жарықтың толқындық теориясын тұжырымды етіп баяндаған ағылшынның атақты ғалымы И.Ньютон (1672ж). Бұл теория бойынша жарық дегеніміз – жарқырауық денелерден ұшып шыққан жарық бөлшектерінің ағыны. Толқындық теория бойынша жарықтың сыну себебі жарық бір ортадан екінші ортаға өткенде оның жылдамдығы өзгермейді.

Біздің көру мүшелеріміз арқылы сезілетін құбылыстар жарық деп аталады. Бірақ ғылымда адамның көру мүшелеріне сезілетін құбылысқа ұқсас құбылыстардың барлығы да «жарық» делінеді. Мысалы: инфрақызыл, ультракүлгін, рентген және гамма сәулелері жарықтың түрлері болып есептеледі. Бұл аталған сәулелердің барлығы да өзара тектес болып келеді. Сәулелердің өзгеру заңдылықтарын зерттейтін ғылым оптика делінеді.

Физиканың оптика бөлімі өте ерте дәуірден дами бастаған. Ежелгі грек елінде, денелердің көрінуі, денелердің өзінен шыққан сәулелердің немесе көрушінің көзінен шыққан сәулелердің әсеріне байланысты деген ұғым болған. Бұл пікірді сол кездегі ғалымдар мынадай құбылыспен дәлелдеген. Қараңғыда көпшілік денелер өздерінен жарық шығармайды. Осының салдарынан олар адамға көрінбейді. Ал мысықтың, қасқырдың тағы басқа түнде көретін жануарлардың көздерінен түнде жарық сәулесі шығады. Бұл сәулелер айналадағы денелерге жетіп, олар туралы көрушіге хабар береді. Осының салдарынан бұл жануарлар түнде көреді деген пікір де болған.

Ертеде тек жарық құбылыстарының әсерлері мен өзгерулерінің заңдары ғана зерттелген. Ал жарықтың негізі - тегі тек XYII ғасырдың басында ғана зерттеле бастаған. XYII ғасырда жарықтың тегі туралы екі түрлі көзқарас болған.

1. Жарықтың корпускулярлық теориясы. 2. Жарықтың толқындық  теориясы

 1. Корпускулярлық теория. Бұл теорияны 1704 жылы ағылшынның атақты ғалымы Исаак Ньютон (05.01.1643-20.03.1727) ұсынған. Бұл теория бойынша қызған денелерден жан-жаққа түзу сызықтың бойымен өте майда түйіршіктер тарайды. Егер жарық түйіршіктерінің жолында бір дене кездессе, сол тосқауыл дененің қасиетіне қарай, түйіршіктер одан шағылып кері қайтады, не оған сіңіп қалады немесе одан өтіп ары қарай тарайды. Жарық түйіршіктерінің шағылуы абсолют серпімді шарлардың соқтығысуына ұқсас, яғни түсу бұрышы мен шағылу бұрышы өзара тең болады. Ньютон бұл теориясында жарық құбылыстарын серпімді денелерде болатын құбылыстардың заңдылықтарымен түсіндіруге тырысқан. Бірақ көптеген құбылыстарды (интерференция, дифракция т.б.) түсіндіре алмаған. Сол сияқты көптеген түсініксіз сұрақтарға қанағаттанарлықтай жауап бере алмаған (мысалы, қызған денеден шыққан жарық түйіршіктерінің температурасы жарық көзінің температурасына тең болып, ол түйіршіктер түскен денелерді күйдіріп жіберу керек еді. Бірақ тұрмыста мұндай құбылыс байқалмайды т.б.)

2. Толқындық теория

Корпускулярлық теорияның түсіндіріп бере алмаған құбылыстарын түсіндіру үшін 1690ж. неміс ғалымы Христиан Гюйгенс (14.04.1629–08.06.1695) жарықтың толқындық теориясын ұсынған. Орыстың ұлы ғалымы М.В.Ломоносов (08.11.1711–04.04.1765) толқындық теорияны қолдаған.

Толқындық теория бойынша, жарық дыбыс сияқты серпімді ортада таралатын толқын болып табылады. Дыбыс толқыны бақылаушының есту мүшесіне (құлаққа) әсер етсе, жарық толқыны бақылаушының көру мүшесіне (көзге) әсер етеді. Жарықтың дыбыстан өзгешелігі, дыбыс көзі белгілі бір жиілікпен тербеледі де, өзін қоршап тұрған ортаны тербелтеді. Егер дыбыс көзін қоршап тұрған орта серпімді болса, онда толқын пайда болады. Ортаның толқыны бақылаушының есту мүшесіне әсер етіп дыбыс түрінде сезіледі. Жарық көзі де белгілі жиілікпен тербеледі. Бірақ жарық көзі, ауадан майда, әрі ауадан жеңіл, дүниедегі заттардың молекулаларының арасына дейін емін-еркін өтіп кететін «әлемдік эфир» немесе «жарық эфирі» дейтін ортаны тербелтеді. Осы эфирдің толқыны бақылаушының көру мүшесіне әсер етіп, жарық түрінде сезіледі. Эфирдің майдалығы соншалық, ол кез келген заттың атомдарының арасын толтырып тұрады. Бүкіл денелер, аспандағы жұлдыздардан бастап ең майда атомдарға дейін эфирдің ішінде емін-еркін жүзіп жүре алады. Ешбір дене эфир толқынына бөгет бола алмайды. Серпімді денелердің механикасынан өзімізге белгілі қатты және сұйық денелерде әрі көлденең, әрі бойлық толқындар, ал газдарда тек бойлық толқындар ғана таралады. Эфир газдардан да майда болғандықтан оның толқыны тек бойлық толқын ғана болуға тиіс.