Геометриялық оптиканың қосымша тараулары пәні бойынша тапсырмаларды орындау және тапсыру кестесі

5. 
   Геометриялық оптиканың қосымша тараулары пәні бойынша дәрістердің қысқаша конспектілері
   

№1 дәріс

Жарық электро-магниттік толқын болғандықтан Оптика электро-магниттік өріс жөніндегі жалпы ілімнің (электрдинамиканың) бір бөлігі болып табылады. Оптикалық сәулелер толқын ұзындығы (λ) бойынша 1 нм-ден 1 мм-ге, бір жағынан рентген, ал екінші жағынан радиосәуленің микротолқындық диапазонына дейінгі аралықты қамтиды. Оптика қалыптасқан дәстүр бойынша геометриялық, физикалық және физиологиялық Оптика болып бөлінеді. Геометриялық Оптика жарықтың табиғатына назар аудармай, тек оның таралуының тәжірибелік заңдарына сүйеніп, өзара тәуелсіз жарық сәулелерінің біртекті ортада түзу сызықтар бойымен таралуын, әртекті орталар шекарасындағы шағылу және сыну заңдылықтарын зерттейді. Бұл заңдылықтар әр түрлі оптикалық құрылымдарды жобалауға, есептеуге (көзілдірік, микроскоп, телескоп, т.б.) мүмкіндік береді. Сонымен қатар ол жарық әртекті орта арқылы өткенде байқалатын құбылыстарды (сағым, кемпірқосақ, т.б.) зерттейді. Есептеу математикасының кеңінен қолданылуы, әдістемелерінің дамып жетілуі есептеу Оптикасы деген жаңа бағыттың дамуына алып келді. Жарық шамаларын өлшейтін Оптиканың фотометрия бөлімі де іс жүзінде жарықтың табиғатын ескермейді. Оның бірқатар мәселелері адам көзінің жарықты сезу, қабылдау қабілетіне байланысты шешіледі. Бұл заңдылықтар биофизика мен психологияға және көздің көру механизмдеріне сүйенетін физиол. Оптикада зерттеледі. Жарықтың табиғаты, оған байланысты әр түрлі оптикалық құбылыстар (интерференция, дифракция, полярлануы және жарықтың анизотроптық орталарда таралуы, т.б.) физикалық Оптикада зерттеледі. Жарықтың толқындық қасиеттері физикалық Оптиканың негізгі бөлімі – толқындық Оптикада зерттеледі. Толқындық Опитканың негізін Х.Гюйгенс (1629 – 1695), Т.Юнг (1773 – 1829), О.Френель (1788 – 1827) және т.б. қалаған. Гюйгенстің Оптикаға қосқан, осы кезге дейін маңызын жоймаған ең басты үлесі – Гюйгенс – Френель принципі.

№2 дәріс

Тақырып: Жарық жылдамдығы.

Дәрістің мазмұны: Жарық жылдамдығын өлшеу әдістері. Жарық жылдамдығын өлшеудің астрономиялық және лабораториялық әдісі. Ремер әдісі. Брадлей әдісі. Физо әдісі. Фуко әдісі. Майкельсон әдісі. Жарықтың фазалық және топтық жылдамдығы. Ио серігінің тұтылуы арқылы жарық жылдамдығын анықтау. Допплер құбылысы. Физо тәжірибесі. Герц теориясы. Френел теориясы. Ілесу коэффициенті. Майкельсон тәжірибесі. Салыстырмалылық теориясынан шығатын негізгі қорытындылар. Жылдамдықтарды қосу теоремасы.

Жарықталыну (Е), бет нүктесінің жарықталынуы — бет элементіне түсетін жарық ағынының осы элемент ауданына қатынасымен өлшенетін жарық шамаларының бірі. Жарықтанылу берілген нүктеден l қашықтықта орналасқан нүктелік жарық көзінің жарық күшімен (І) мынадай қатыс арқылы байланысқан: E=Іхcosх/l2, мұндағы — жарықтың түсу бұрышы. Жарықтанылудың өлшеу бірліктері: люкс (лк) және фот (1 фото=104 лк). Энергетиктік фотометрлік шамалар жүйесінде осы тәрізді шама энергетикалық Жарықтанылу деп аталады.

Ламберт заңы — жарықты шашырататын беттің (s) жарықтылығы (L) барлық бағытта бірдей болатындығын өрнектейтін заңы 1760 ж. неміс ғалымы И.Ламберт (1728 — 1777) тұжырымдаған. Бетке (s) жүргізілген перпендикулярға (нормальға) бұрыш () жасай бағытталған жарықтылық (І) пен сол беттен дәл осы бағытта шыққан жарық күшінің (І) арасында мынадай байланыс бар: L0=І/scos. Ламберт заңы бойынша L=І=І0/s мұндағы І0 — бетке (s) нормаль бағыттағы жарық күші. Сондықтан, І=І0.cos. Ламберт заңынан жарқырау (М) мен жарықты шашырататын беттің жарықтылығы (L) арасында төмендегідей тұрақты қатынас шығады: M=L. Реал беттерден шашыраған жарық үшін Ламберт заңы жуықтап орындалатын заң болып есептеледі. Дегенмен, материалдардың көптеген түрінде бұл заң жеткілікті түрде дәл орындалады. Мұндай материалдардың беті диффузиялық бет деп аталады. Диффуз бетке күңгірт беттер (гипс, магний тотығы, т.б.), бұлдыр орта (кейбір сүт тәрізді шынылар, бұлт), сондай-ақ, ұнтақ тәрізді люминофорлар беті мен Күн беті, т.б. мысал бола алады. Жарық шығаратын беттердің (жарқырауық денелердің) ішінде тек абсолют қара дене ғана бақылау бағытына тәуелсіз болады. Ламберт заңы теориялық зерттеулерде, жарық техникасы мен фотометрлік есептеулерде кеңінен қолданылады.

№3 дәріс

Геометриялық оптика — оптиканың жарықты геом. сызық ретінде қарастыра отырып, жарықтың таралу заңдарын зерттейтін бөлімі. Бойымен жарық энергиясы ағыны таралатын геом. сызық жарық сәулесі деп аталады. Жарық сәулесі түсінігін оптикалық біртекті емес ортада жарық дифракциясы ескерілмеген жағдайда ғана пайдалануға болады. Ал бұл жарық толқынының ұзындығы біртекті емес орта мөлшерінен көп кіші болған жағдайда мүмкін.

Геометриялық оптика заңдары көп ретте оптикалық жүйелердің жеңілдетілген, бірақ көп жағдайда дәл теориясын жасауға мүмкіндік береді. Геометриялық оптика, негізінен, оптикалық кескіннің пайда болуын түсіндіреді, оптикалық жүйелер аберрацияларын есептеп шығаруға және оларды түзету әдістерін жетілдіруге, оптикалық жүйелер арқылы өтетін сәулелер шоғының энергет. қатысын табуға мүмкіндік береді. Дегенмен, барлық толқындық құбылыстар, сондай-ақ, кескіннің сапасына ықпал ететін және оптикалық приборлардың ажыратқыштық шамасын анықтайтын дифракциялық құбылыстар Геометриялық оптикада қарастырылмайды.

Тәуелсіз таралатын жарық сәулелері туралы түсінік ежелгі ғылымда пайда болды. Ежелгі грек оқымыстысы Евклид жарықтың түзу сызық бойымен таралуын және оның айнадан шағылу заңдарын тұжырымдады. 17 ғ-да бірқатар оптикалық приборлардың (көру түтігі, телескоп, микроскоп, т.б.) жасалуына және олардың кең қолданылуына байланысты Геометриялық оптика қарқынды дамыды. Голланд математигі В. Снелл және Р. Декарт жарық сәулелерінің екі ортаның шекаралық бөлігіндегі таралу заңдарын тәжірибелік жолмен анықтады. Геометриялық оптиканың теориялық негізі 17 ғ-дың соңында Ферма принципі ашылғаннан кейін қалыптасты. Ертеректе ашылған жарық сәулелерінің түзу сызық бойымен таралу, айнадан шағылу және сыну заңдары осы принциптің салдары болып табылады.

№4 дәріс

Тақырып: Фотометрия

Дәрістің мазмұны: Фотометрия. Жарық шамалары. Сәулелену қуаты. Сәулелену қуатының спектрлік тығыздығы. Сәулеленудің энергетикалық күші. Энергетикалық жарқырау. Энергетикалық жарықтылық. Нүктелік жарық көзі. Энергетикалық жарқырау мен жарықталынудың формуласын қорыту. Фотометриялық шамалар. Жарық ағыны. Жарық ағынының спектрлік тығыздығы. Жарық күші. Жарық шамаларының өлшем бірліктері. Ламберт заңы. Ламберттік жарық көздері. Әртүрлі толқын ұзындықтағы жарыққа көздің сезгіштігі.

№5 дәріс

№6 дәріс

№7 дәріс

Олар шашыратқыш және жинағыш болып келеді.

Линзаның сфералық беттерінің қисықтық центрлері арқылы өтетін түзуді линзаның бас оптикалық осі деп атайды. Линзаның оптикалық осінің центріндегі нүктені оптикалық центр дейміз.

Линзаның қалыңдығы сфералық беттердің қисықтық радиусына шамалас тең болған жағдайда, бұл қалың линза болып табылады, ал әлдеқайда кішірек болса, онда бұл жұқа линза болып табылады.

Жинағыш линзалардың тобына ортасы жуан линзалар кіреді, олардың ортасы жиектеріне қарағанда жуан болып келеді, ал шашыратқыш линзалардың кері болады.

Бірақ кейбір кезде шашыратқыш линзаларда жуан болып келуі мүмкін, мысалға судың астындағы ауа көпіршігі, шашыратқыш линзаға жатады.

1-3 суреттердегі линзалар, жинағыш линзалар қатарына жатады.

1. 
   Екі жақты дөңес линза
   
2. 
   Жазық дөңес линза
   
3. 
   Дөңес ойыс линза
   

4. 
   Екіжақты ойыс линза
   
5. 
   Жазық ойыс линза
   
6. 
   Дөңес ойыс линза