Fizika 2

1. Fizika 2

2. Fizika 2 modulio temos 1.Banginė optikaKoliokviumas K=30% 2. Kvantinė optika 3. Specialioji reliatyvumo teorija 4. Kvantinės mechanikos ir statistikos elementai 5. Atomų ir molekulių fizikos elementaiEgzaminas   6. Kietojo kūno fizikos elementaiK=40%     7. Elementariosios dalelės Pratybos – 15 %, Laboratoriniai – 15 %

3. Fizika 2 modulio literatūra. 1.Tamašauskas A., Vosylius J. Fizika, 2 t.: Vadovėlis respublikos inžinierinių specialybių studentams. - V.: Mokslas, 1989. - 193 p. 2.Tamašauskas A., Vosylius J., Radvilavičius Č. Fizika, 3 t.: Vadovėlis respublikos inžinierinių specialybių studentams. - V.: Mokslas, 1992. - 178 p. 3.Saveljev I.V. Kurs obščej fiziki, T. 2. Mokymo knyga techniškųjų mokyklų studentams. M.: Nauka, 1982. – 496 p. 4.Saveljev I.V. Kurs obščej fiziki, T. 3. Mokymo knyga techniškųjų mokyklų studentams. M.: Nauka, 1982. – 304 p. 5. Požėla I., Radvilavičius Č. Optika ir atomo fizika,Mokomoji knyga Kaunas, 2003 m. (elektroninis variantas adresu www.fizika.ktu.lt) 6. Javorskis B., Detlafas A., Mikolskaja L., Sergejevas G. Fizikos kursas 2-3 t.

4. Optika • Optika vadinama fizikos šaka, nagrinėjanti šviesos savybes. • Optikos mokslas skirstomas į tris šakas: • Geometrinė optika, • Banginė optika, • Kvantinė optika.

5. Geometrinė optika Geometrinė optika vadinama fizikos šaka, nagrinėjanti šviesos sklidimo savybes. Geometrinė optika remiasi 4 pagrindiniais dėsniais: 1. Tiesaus sklidimo dėsnis: vienalytėje terpėje šviesa sklinda tiesiai. 2. Atspindžio dėsnis: kritęs ir atsispindėjęs spindulys yra vienoje plokštumoje su statmeniu į atspindintį paviršių kritimo taške, kritimo kampas yra lygus atspindžio kampui. 3. Spindulių nepriklausomumo sklidimo dėsnis: atskiri spinduliai sklinda nepriklausomai vienas nuo kito. 4. Lūžio dėsnis: lūžęs bangos spindulys yra toje plokštumoje, kurioje yra kritęs spindulys ir tiesė, statmena kritimo paviršiui. Kritimo ir lūžimo kampų sinusų santykis yra lygus santykiniam lūžio rodikliui (Slėnijaus (1621 m.) dėsnis).

6. Geometrinė optika Santykinis lūžio rodiklis taip pat yra lygus šviesos greičių aplinkose santykiui. Jeigu šviesa krinta iš vakuumo (kurio lūžio rodiklis n=1) į aplinką, aplinkos lūžio rodiklis išreiškiamas ir vadinamas absoliutiniu lūžio rodikliu. Absoliutinis lūžio rodiklis yra aplinkos charakteristika, parodanti, kiek kartų toje aplinkoje šviesos greitis yra mažesnis, nei vakuume. Aplinka, kurios absoliutinis lūžio rodiklis yra didesnis, lyginant su kita, vadinama optiškai tankesne. Ir atvirkščiai - aplinka, kurios absoliutinis lūžio rodiklis yra mažesnis, lyginant su kita, vadinama optiškai retesnė.

7. Geometrinė optika Šviesai krintant iš optiškai tankesnės aplinkos į optiškai retesnę (n2<n1) , lūžio kampas yra didesnis už kritimo kampą. Didinant kritimo kampą, didėja ir lūžio kampas. Tam tikro dydžio kampu krintantis spindulys jau nepereina antrąją aplinką, o atsispindi pagal atspindžio dėsnius. Šis reiškinys vadinamas visišku vidaus atspindžiu, o mažiausias kritimo kampas, kuriam esant gaunamas visiškas vidaus atspindys, vadinamas ribiniu kampuir. Visiškas vidaus atspindys yra panaudojamas informacijai perduoti šviesolaidžiais. n2 n1

8. Banginė optika Banginė optika vadinama fizikos šaka, nagrinėjanti šviesos bangines savybes. 19 amžiaus pirmoje pusėje šviesa, kaip objektas, buvo laikoma dalelių arba korpuskulių srautu. 1801 m. T. Jungas atranda šviesos interferencijos reiškinį. 1821 m. O . Frenelis taip pat gauna šviesos interferencijos reiškinį. 1865 m. Dž. Maksvelis sukuria elektromagnetinio lauko teoriją iš kurios sekė, kad turi egzistuoti elektromagnetinės bangos, sklindančios šviesos greičiu. Šviesos greitis jau buvo išmatuotas 1676 metais O. Remerio. 1888 metais H. Hercas eksperimentiškai gavo elektromagnetines bangas. Iš visų šių faktų sekė konkreti išvada apie šviesą: Kadangi šviesa pasižymi banginėmis savybės (interferencija ir kitos), ji yra bangos. Sklidimo greičio atitikimas su elektromagnetinių bangų sklidimo greičiu rodo ir tai, kad šviesa yra elektromagnetinės bangos.

9. Banginė optika Fizikoje šviesa vadinamos infraraudonos, regimosios ir ultravioletinės spektro srities elektromagnetinės bangos. Šnekamojoje kalboje šviesa vadiname elektromagnetines bangas, esančias regimajame diapazone. Regimasis diapazonas – n=7.9 - 4.0*1014 Hz, Dl= 380 – 760 nm. Šviesos spalvą apsprendžia dažnis.

10. Banginė optika – šviesos parametrai Šviesos, kaip objekto parametrai yra: A. Banginiai parametrai: 1. Šviesos bangos ilgis – bangos nueitas kelias per laiką lygų periodui, 2. Šviesos dažnis arba kampinis dažnis, - svyravimų skaičius per sekundę. 3. Banginiu skaičiumi, k=2p/l 4. Šviesos greitis vakuume ir aplinkoje, c=3*108 m/s ir v=c/n 5. Šviesos monochromatiškumas,Dw B. Energetiniai (fotometriniai) parametrai: 1. Šviesos srautuF, - vadinamas vidutinis optinio spinduliuotuvo galingumas. 2. Šviesos stipriu I, - vadinamas šviesos srautas, tenkantis 1 erdviniam kampui (cd) 3. Ryškumu B, - vadinamas paviršiaus šviesos stiprumo tankis tam tikra kryptimi, lygus šviesosstiprumo IIir šviečiančio paviršiaus projekcijos į plokštumą, statmeną tai krypčiai, ploto Si santykiui:

11. Banginė optika – šviesos interferencija Jeigu šviesa yra bangos, ji turėtų pasižymėti viena iš banginių savybių, vadinama interferencija. Interferencija – koherentinių bangų superpozicija arba vektorinė sudėtis. Interferencijos pasėkoje gaunami atstojamieji maksimumai arba minimumai. Interferuoti gali tik koherentinės bangos. Koherentinėmis bangomis vadiname bangas, kurių virpesiai susikirtimo taške yra nestatmeni, o fazių skirtumas nekinta. Kadangi fazių skirtumas nekinta, galime sakyti, kad koherentinės bangos turi būti vienodo dažnio, o sklidimo kryptis – panaši. Koherentiškumo sąlyga gali būti laikina arba ribota erdvėje. Bangos gali būti koherentinės tik tam tikrą laiką, vadinamą koherentiškumo intervalu t ir tik tam tikrame erdvės ilgyje, vadinamame koherentiškumo ilgiu l.

12. Banginė optika – šviesos interferencija Svarbiausia šviesos banginė savybė – jos interferencija. Tarkime dvi, koherentinės elektromagnetinės bangos, sklinda beveik lygiagrečiai ir taške P susitinka. Mūsų nagrinėjamų bangų E vektorių išraiškos : Susitikimo taške P jų svyravimų atstojamoji amplitudė bus lygi: Taške P fazių skirtumas bus lygus: Kaip matome, atstojamosios amplitudės dydis taške P priklausys nuo fazių skirtumo.

13. Banginė optika – šviesos interferencija Kadangi: , o: ir tai: ir Bangos nueito geometrinio kelio ir aplinkos absoliutinio lūžio rodiklio sandauga vadinama bangos optiniu keliu. Dabar fazių skirtumas atrodys: Dydis: - vadinamas šviesos bangų optinių kelių skirtumu.

14. Banginė optika – šviesos interferencija Atstojamasis dviejų koherentinių vienodų amplitudžių šviesos bangų amplitudės dydis taške P priklauso nuo fazių skirtumo: Tačiau fazių skirtumas taške P Priklauso nuo nueitų šviesos bangų optinių kelių skirtumo. Todėl, priklausomai nuo fazių skirtumo ir nueitų kelių skirtumo mes gausime Interferencinį maksimumą arba minimumą.

15. MAX MIN Banginė optika – šviesos interferencija Panagrinėkime kraštutinius variantus, vadinamus interferencinių maksimumų ir minimumų sąlygas. 1) Maksimumo sąlyga tada: 2) Minimumo sąlyga tada:

16. MAX MIN Banginė optika – šviesos interferencija Kas lemia fazių skirtumo skaitinę vertę? Fazių skirtumą lemia bangų nueitų kelių skirtumas. 1) Jeigu: tada: , o: 2) Jeigu: tada: , o:

17. Banginė optika – šviesos interferencija Koherentinių bangų interferencijos maksimumų ir minimumų sąlygos: MAX susitikusių bangų fazių skirtumas turi būti lygus nuliui. MIN susitikusių bangų fazių skirtumas turi būti lygus 180 laipsnių arba p radianų. Iš skirtingų šaltinių atėjusių į konkretų tašką koherentinių bangų interferencijos maksimumų ir minimumų sąlygos: MAX susitikusių bangų nueitų kelių skirtumas turi būti lygus: MIN susitikusių bangų nueitų kelių skirtumas turi būti lygus:

18. Banginė optika – Koherentinių šaltinių gavimo būdai. Kaip minėjome, pagrindinė interferencijos sąlyga – šviesos bangų koherentiškumas. Jį galima realizuoti keliais būdais, tai: 1) Jungo plyšių metodas, 2) Frenelio veidrodžių ir biprizmės metodas, 3) Niutono žiedų metodas, 4) Žameno, Maikelsono ir kitų interferometrų principai.

19. Banginė optika – Jungo plyšių metodas Realizuojamas vieno ir dviejų siaurų plyšių sistema:

20. Banginė optika – Frenelio veidrodžių metodas Realizuojamas dviejų sujungtų veidrodžių, tarp kurių normalių yra nedidelis kampas, pagalba.To pasėkoje gaunasi du menami koherentiniai šaltiniai.

21. Banginė optika – Frenelio biprizmės metodas Realizuojamas biprizmės pagalba, ko pasėkoje gaunasi du menami koherentiniai šaltiniai.

22. Banginė optika – Niutono žiedų metodas Realizuojamas lešio, turinčio didelį kreivumo spindulį, patalpinto ant lygaus stiklo paviršiaus.

23. Banginė optika – Interferencija plonose plėvelėse Plonose plėvelėse, šviesai atsispindėjus nuo dviejų paviršių ir susitikus, vyksta interferencija. Jos rezultatas priklauso nuo optinių kelių skirtumo, kuris priklauso nuo: 1. Plėvelės storio, 2. Jos lūžio rodiklio, 3. Kritimo kampo, 4. Bangos ilgio. 5. Nuo aplinkos lūžio rodiklio. Jei aplinka, nuo kurios atsispindi šviesa yra optiškai tankesnė, atsispindėjusios bangos fazė apsiverčia arba kitaip tariant pasikeičia 180oClaipsnių. Todėl reikia pridėti ar atimti pusbangį. Plonoje plėvelėje, šviesai krintant kampu, nueitų optinių kelių skirtumas yra lygus: Optikos skaidrinimas.

24. Banginė optika – Interferencija plonose plėvelėse Interferencija taip vyksta kintamo storio plonose plėvelėse – pleištuose: Dėl skirtingų storių, pleištuose gaunasi skirtingų spalvų ir skirtingų interferencinių juostų pločių vaizdas.

25. Banginė optika – Interferencijos panaudojimas Prietaisai, kuriuose panaudojamas šviesos interferencijos reiškinys, vadinami interferometrais. Interferometrai yra dviejų tipų: 1) Vienuose šviesos banga išskaidoma į dvi koherentines bangas, kurios nueina skirtingo ilgio kelius ir sudėtos interferuoja. Šiai grupei priklauso J.Žameno, A.Maikelsono, V.Liniko ir kiti interferometrai. 2) Antruose šviesos banga išskaidoma į daug atskirų koherentinių bangų. Į šią interferometrų grupę įeina O.Liumerio ir E.Gerkio interferometras, Ch.Fabri ir A.Pero etalonas ir kt.

26. Banginė optika – Interferencijos panaudojimas J. Žameno, ir A.Maikelsono interferometrų schemos.

27. Banginė optika – Interferencijos panaudojimas V.Liniko interferometro schema ir mažų nelygumų stebėjimas.

28. Banginė optika – Interferencijos panaudojimas Kūno deformacijų stebėjimas.

29. Banginė optika – šviesos interferencija gamtoje