Гейзенбергтің анықталмағандықтар қатынасы.

Зат бөлшектерінің толқындық және корпускулярлық екі жақты табиғатыты кез келген ұсақ бөлшектерді әрі жарықтың толқындық, әрі фотонның кванттық теориясымен сипаттауға мүмкіншілік береді. Классикалық механикада қозғалатын кез келген материалдық нүктенің белгілі бір траекториясы болады және кез келген уақытта оның координатасы мен импульсін анықтауға болады. Ал, көзге көрінбейтін ұсақ бөлшектерді болса (микробөлшек), өзінің толқындық қасиеті болу себебінен классикалық бөлшектерден ерекше айырмасы болады. Микробөлшектердің негізгі айырмасы олардың траекториясы болмайды, сондықтан да бір мезгілде бөлшектердің координатасы мен импульсін дәл өлшеудің мүмкіншілігі жоқ. Олай болса микробөлшектерді микробөлшектерге тән физикалық шамаларымен тек жуықтап ғана сипаттауға болмайды. Осы пікірге байланысты толқындық механикада мынандай принцип бар: электронның (немесе кез келген ұсақ бөлшектердің) орнын және импульсін бір мезгілде дәл өлшеу мүмкін емес. Мысалы, 1-суретте фотонның x осі бойынша координатасын өлшегендегі қателік Δα пен Δv көбейтіндісінің шамасы тұрақтысының, яғни Планк тұрақтысынан кем болмайды: немесе (5). Бұл теңсіздікті басқаша жазып көрсетейік:

(6)

 

1-сурет

(6)-теңсіздіктерді бірінші рет 1927 жылы неміс физигі В.Гейзенберг ұсынған болатын, сондықтан бұлар Гейзенбергтің анықталмағандықтар қатынасы деп аталады.

Сонымен қатар кванттық теорияның негізінде уақыт пен энергияның қатыстары да қарастырылады, яғни:

; (7)

Сонда белгілі бір жүйенің орташа өмір сүру уақыты болса, онда оны сипаттайтын энергияны дәл өлшеу мүмкін емес, Сол сияқты энергияның белгілі бір мәні болса, онда керісінше уақытты өлшеуде қателіктің болуы ақиқат. Бұл тәжірибеден спектрлік сызықтардың енділігін өлшей отырып, атомның қозған күйіндегі өмір сүру уақытын білуге болады.

 

Билет №11

1. Электр заряды.Зарядтың сақталу заңы.

2. Оптиканың негізгі заңдары. Жарық сәулесі

1)Электр заряды – бөлшектер мен денелердің сыртқы электрмагниттік өріспен өзара әсерін, сондай-ақ олардың электрмагниттік өрістерінің өзара байланысын анықтайтын негізгі сипаттамалардың бірі. Э. з. 2 түрге ажыратылады және ол шартты түрде оң заряд және теріс заряд деп аталады. Аттас зарядтар бірін-бірі тебеді, ал әр аттас зарядтар бірін-бірі тартады. Дененің Э. з. оның құрамына енетін барлық бөлшектің Э. з-ның алгебр. қосындысына тең. Э. з. дискретті, яғни барлық бөлшектер мен денелердің Э. з. еселі болып келетін ең кіші элементар Э. з. болады. Оқшауланған электр жүйесінде зарядтың сақталу заңы орындалады. Қозғалмайтын Э. з-ның арасындағы өзара әсер Кулон заңымен, ал Э. з. және оның эл.-магн. өрісінің арасындағы байланыс Максвелл теңдеулерімен сипатталады. Заттағы өрісті қарастырған кезде Э. з. еркін заряд және байланысқан заряд болып ажыратылады. Э. з-ның бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (СИ) өлшеу бірлігі – кулон (к).

Зарядтың сақталу заңы – кез келген тұйық жүйенің (электрлік оқшауланған) электр зарядтарының алгебралық қосындысының өзгермейтіндігі (сол жүйе ішінде қандай да бір процестер жүрсе де) туралы табиғаттың іргелі дәл заңдарының бірі. Ол 18 ғ-да дәлелденген. Теріс электр зарядын тасушы электронның және электр зарядының шамасы электрон зарядына тең оң электр зарядты протонның ашылуы, электр зарядтарының өздігінше емес, бөлшектермен байланыста өмір сүретіндігін дәлелдеді (заряд бөлшектердің ішкі қасиеті болып саналады). Кейінірек электр заряды шамасы жөнінен электрон зарядына тең оң не теріс зарядты элементар бөлшектер ашылды.

Зарядтың сақталу заңы энергияның сақталу заңымен бірге электронның орнықтылығын “түсіндіреді”. Электрон (және позитрон) – зарядталған бөлшектердің ең жеңілі. Сондықтан да ол ешуақытта ыдырамауға тиіс. Электронның өзінен гөрі ауыр зарядталған бөлшектерге (мысалы, мюонға, p-мезонға) ыдырауына энергияның сақталу заңы, ал оның өзінен гөрі жеңіл бейтарап (нейтрал) бөлшектерге (мысалы, фотонға, нейтриноға) ыдырауына зарядтың сақталу заңы кедергі болады. Зарядтың сақталу заңының дәл орындалатындығын электронның өз зарядын 5×1021 жыл бойы жоғалтпайтындығынан көруге болады. ^[1]

2.1)) Оптика - физика ғылымының дербес салаларының бірі, ол өте көне ілім. «Оптика» - гректің optos - көрінетін сөзінен шыққан, optike - көру (көзбен қабылдау) жөніндегі ғылым деген мағына береді. Оптика жарықтың физикалық табиғатын және оның қасиеттерін, затпен әсерлесуін зерттейтін физиканың бөлігі.

Геометриялық оптиканың негізіне келесі төрт заң жатады:

1) Түзу сызықты жарықтың қолдану заңы

Түзу сызықты жарық заңы оптикалық біртекті ортада түзу сызықты жарық қолданылғанда орынды. Бұл заңды кенет көлеңкеде түссіз емес денелердің жарықталуы кезінде кіші өлшемді жарық («нүктелік көз») көзі кезінде қолданады. Нәтижесінде тар жарық шоғыры пайда болатын жарықтың өтуі алыс көзден үлкен емес саңылау ішінен басқа атақты әдіс дәлелдеулері қызмет етуі мүмкін. Бұл әдіс жарық сәулесін геометриялық сызық ретінде ұсынылған жарық бойында қолданылады.

 

 

2) Жарықтың шағылу заңы

Жарықтың шағылуы — жарықтың екі ортаның (1-орта мен 2-ортаның) бөліну шекарасына түскен кезде затпен әсерлесуі нәтижесінде бөліну шекарасынан кері қарай таралуы. Бұл жағдайда түскен және шағылған сәуле үшін 1-орта мөлдір болуы тиіс. Жарық шығармайтын денелер бетінен Жарықтың шағылуы салдарынан көрінетін болады. Мөлдір 1-ортадағы жарық сәулесі сыну көрсеткіші сол ортаға қарағанда өзгеше болатын 2-ортаға жеткен соң, оның біршама бөлігі сынып, басқа бағытпен таралады да, енді бір бөлігі 1-ортаға қарай кері шағылады

 

3) Жарықтың сыну заңы

екі ортаның шекаралық қабатына түскен сәуленің екінші ортаға өткен бөлігінің бастапқы бағыттан ауытқуы. Жарықтың сыну заңдары былай тұжырымдалады: 1. түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаны бөлетін шекаралық бетке жүргізілген перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Түскен сәуле мен сынған сәуле өзара қайтымды болады;

2.түсу бұрышы синусының (α) сыну бұрышы синусына (φ) қатынасы тұрақты шама болады: мұндағы n – ортаның сыну көрсеткіші. Берілген заттың вакууммен салыстырғандағы сыну көрсеткіші сол заттың абсолюттік сыну көрсеткіші деп аталады.

 

 

2.2) Геометриялық оптиканың негізгі түсініктерінің бірі - жарық сәулесі

 

Жарық сәулесі дегеніміз – бойымен жарық энергиясы таралатын немесе толқын шебіне перпендикуляр жүргізілген және толқын ұйтқуының таралу бағытын көрсететін сызық.

 

Жарық сәулесі біртекті ортада түзусызық бойымен таралады.

Осы заң салдары – жартылай және толық көлеңкенің пайда болуы, Күн және Айдың тұтылуы.

Осы заң салдары – жартылай және толық көлеңкенің пайда болуы, Күн және Айдың тұтылуы.

Түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы берілген екі орта үшін тұрақты шама.

Түске сәуле, сынған сәуле және екі ортаны бөлетін бетке сәуле түскен нүктеде тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта

жатады..

 

Билет №12

1. Кулон заңы.Нүктелік заряд өріс кернеулігі.

2. Жарықталыну және оның заңдары.

Кулон заңы — екі нүктелік электрикалық зарядтардың өзара әсерін сиппаттайтын заң. Тыныштықтағы екі нүктелік зарядталған денелердің өзара әсерлесу заңы бүкіл әлемдік заңға ұқсас деген пікірлер ХVIII-ғасырдың ортасында туа бастады. Осы пікірдің дұрыстығын 1785 жылы француз ғалымы Ш.Кулон дәлелдеді. Кулон заңы бойынша тыныштықтағы екі нүктелік зарядтар зарядтардың модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал, ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал, таңбасы зарядтардың таңбаларының көбейтіндісімен бірдей, ал бағыты екі зарядты қосатын түзу бойымен бағыттас күшпен өзара әсер етеді. Кулон заңы. Вакуумдағы қозғалмайтын екі нүктелік электр зарядының өзара әсерлесу күшінің олардың ара қашықтығына тәуелділігі Кулон заңы арқылы тағайындалған. Кулон заңы электростатиканың негізгі заңы болып табылады.

Бір-бірінен l қашықтықта орналасқан екі нүктелік зарядтардың өзара әсерлесу күші сол зарядтардың көбейтіндісіне тура және олардың арақашықтығының квадратына кері пропорционал: F=k ½ q₁q₂ ½ /r² F күші өзара әсерлесетін зарядтарды қосатын түзу бойымен бағыттала-ды, мұндағы k -пропорционалдық коэффициент k=1/4pe_0,, мұндағы e_0,- электр тұрақтысы, e₀= 8,85×10^-12 Кл²/(Н×м²).Әр текті ортада зарядтардың әсерлесу күші әртүрлі болады. Ол ортаның диэлектрик өтімділігіне (e) байланысты. Ауа үшін e=1. Басқа орталар үшін e мәнін оқулықтарда берілетін кестелерден алуға болады. Диэлектрлік өтімділік зарядтардың вакуумдағы әсерлесу күшінің басқа ортадағы әсерлесу күшінен қанша есе кем екендігін білдіреді

.Нүктелік заряд өріс кернеулігі.. Белгілі қашықтықта тұрған екі зарядтың әсерлесуі электр өрісінің көмегімен жүзеге асады. Электр өрісі-материяның ерекше түрі, оны қозғалмайтын электр заряды туғызады. Электр өрісі электрленген дененің әсерін екінші денеге жеткізуші орта болып саналады. Электр өрісінің пайда болғанын және оның интенсивтігін сол өріске орналастырылған сыншы зарядқа әсер ететін күш арқылы анықтауға болады. Сол күштің зарядқа қатынасына тең векторлық шама-электр өрісінің кернеулігі (Е) деп аталады: E=F/ q ₀ (7.2). Кернеуліктің өлшем бірлігі- В/м, бағыты оң зарядқа әсер ететін күш бағытына қарама-қарсы болады.

Потенциалдыөрісте (электростатикалық өріс–потенциалдық өріс деген болатынбыз) орналасқан дененің потенциалдық энергиясы болады, сол энергия есебінен өрісте күш жұмыс атқарады және консервативті күштердің жұмысы потенциалдық энергияның кемуімен жүзеге асады. Сондықтан электростатикалық өріс күштерінің жұмысын энергиялардың айырмасы түрінде көрсетуге болады: A=U₁-U₂ (7.3), сонда q₀ зарядтың q зарядтың өрісіндегі потенциалдық энергиясы U=kq₀q/r (7.4).Осы формуладан j=U/q₀ (7.5) электростатикалық өрістің энергетикалық сипаттамасы болып табылады да, потенциал деп аталады. Электро-статикалық өрістің қандай да бір нүктесіндегі потенциал осы нүктедегі бірлік оң зарядтың потенциалдық энергиясымен анықталатын физикалық шама, өлшем бірлігі- вольт. (7.3) және (7.5) формулалардан нүктелік заряд тудырған өріс потенциалының формуласы шығады j=kq/r (7.6). Өрістің 1-нүктесінен 2-нүктесіне q₀ зарядты орын ауыстырғанда электроста-тикалық өріс күштерінің жұмысы 1-және 2-нүктенің потенциалдарының айырмасына тең болады A=q₀(j₁-j₂)

 

 

1. Жарықталыну және оның заңдары.

Жарықталыну Е — деп S ауданға түсіп тұрған Ф жарық ағынының осы ауданға қатынасын айтады.

Жарықталынудың өлшем бірлігі — люкс (лк): 1Люкс деп 1м² – ауданға 1лм ағын түсіп тұрған жарықталынуды айтады. (1лк=1лм/м²)

 

Жарық табиғатын анықтаудан бұрын мына заңдылықтар белгілі болған:

Жарықтың түзу сызықты таралу заңы — жарық оптикалық біртекті ортада түзусызықты таралады. Жарық сәулесі деп — бойымен жарық энергиясы тасымалданатын сызықты айтады.. Біртекті ортада жарық сәулесі түзу сызықты болып келеді.

Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңдылығы —

Жекелеген шоқтардың әсері-онымен бірге басқа шоқтарда әсер етіп тұр ма әлде жоқ па, одан тәуелсіздігі жөніндегі тұжырым.

Жарықтың шағылу заңы — шағылған сәуле, түскен сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Шағылу бұрышы i_1, түсу бұрышы i₂ -ге тең болады.

i₁= i₂

Жарықтың сыну заңдары — түскен сәуле; сынған сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.

Қазіргі обьективтерде пайдаланылатын линзалар саны өте көп болғандықтан, олардан шағылу да көп. Сондықтан жарық ағынының шығыны да үлкен болып келеді. Өткен жарықтың интенсивтігі әлсірейді, оптикалық аспаптың жарық күші кемиді. Бұл кемшілікті болдырмас үшін оптиканың жарықталынуын жүзеге асырады. Ол үшін линзаның бос бетіне сыну көрсеткіші линза материалының сыну көрсеткішінен аз жұқа қабатымен қаптайды.

Билет №13