Информация о документе

Цена 40000UZS
Размер 535.3KB
Покупки 0
Дата загрузки 31 Октябрь 2026
Расширение docx
Раздел Курсовые работы
Предмет Физика

Продавец

DocX Seller

Дата регистрации 31 Октябрь 2026

0 Продаж

Yorug‘lik bosimi

Купить
O’ZBEKISTONRESPUBLIKASI OLIYTA’LIM,FANVAINNOVATSIYALARVAZIRLIGI MIRZOULUG’BEKNOMIDAGI O’ZBEKISTONMILLIYUNIVERSITETI FIZIKAFAKULTETI Yorug‘likbosimi mavzusidatayyorlagan KURSISHIQabulqildi: Toshkent—2025 MundarijaKirish 3 1 Asosiy qism 5 1.1 Yorug’likbosiminingnazariyasi ............... 5 1.2 Maxwelltenglamalarivayorug’likimpulsi ......... 7 1.3 Yorug’likbosiminio‘lchashusullari............. 9 1.4 Amaliyotdaqo‘llanilishi ................... 13 X ulosa 15 Foy dalanilganadabiy ot lar 16 2 KirishKursishimav zusiningdol zarbligi .Yorug‘likbosimi—elektromag- nitto‘lqinlarningo‘zimpulsinisirtgao‘tkazishorqaliyuzagakeladigan mexanikkuchbo‘lib,unafaqatfundamentalfizikaga,balkiturliamaliy sohalarga hambeqiyos ahamiyatga ega.Zamonaviy opto- mexanika,biofo- tonikavakosmiktexnologiyalarsohasidayorug‘likbosimininazoratqilish va o‘lchash usullari yangi imkoniyatlar yaratmoqda:masalan, optik tweez- ersyordamidahujayralarninoinvazivmanipulyatsiyaqilish,quyoshyel- kalarinikoinotkemalariniharakatgakeltirishyokinanoantennalarorqali yorug‘likmomentuminiuzatish. Shunuqtainazardan,yorug‘likbosimi haqidaginazariyvaeksperimentalbilimlarnitizimliravishdao‘rganish dolzarbmasalahisoblanadi. Kursishini ngmaqsadi yorug‘likbosiminingnazariyasoslariniochib berish, uni Maxwell tenglamalari va Poynting vektori doirasida matematik tarzdaifodalash,shuningdek,turlio‘lchashtexnikalarinitahlilqilishva amaliyqo‘llanilishsohalarininamoyishetishdaniborat. Kursishiningmaqsadidankelibchiqqanholdaquyidagilarkursishining vazifalari debtanlandi: -Yorug‘likbosiminingfizikmohiyatinitushuntirib,impulszichligiva Maxwellstresstensoriyordamidabosimtushunchasinianiqlash; -Nicholsradiometri,optiktweezersvazamonaviyMEMS-radiometrlari kabiusullarnisolishtirishvaularningsezgirlikxususiyatlarinitahlilqilish;- Yorug‘likbosiminingoptiktweezers,quyoshyelkasivalazerpropelent kabi dasturlarida impuls va moment almashinish mexanizmlarini ko‘rsatish. Kurs ishining t uzilishi: birinchi bo‘limda yorug‘lik bosimining nazariyasi, Poyntingvektorivaimpulszichligikeltiriladi;ikkinchibo‘limdaMaxwell tenglamalari orqali elektromagnit maydonning impuls saqlanish tenglamasi 3 tahlilqilinadi;uchinchibo‘limdaeksperimentalo‘lchashusullari,ularnin g printsiplari va afzalliklari muhokama qilinadi; to‘rtinchi bo‘limda yorug‘lik bosiminingamaliyqo‘llanilishmisollari— optiktweezers,quyoshyelkasi va lazer propelenti — tavsiflanadi; va nihoyat, xulosada erishilgan natijalar umumlashtiriladi. 4 1Asosiy qism1.1Y orug’lik bosiminingnazariy asi Yorug’lik bosimi — elektromagnit to’lqinlarning o’z impulsini sirtga o’tkazishi natijasidayuzagakeladiganmexanikta’sir.UningnazariyasoslariPoynt- ingvektori,impulszichligivaMaxwellstresstensoriorqalitahlilqili-nadi. ElektromagnitmaydondaenergiyaoqimiPoyntingvektoribilan ifodalanadi[ ?]: S = E × H , (1) buyerda Eva H mosravishdaelektrvamagnitmaydonkuchlanganlik vektorlari.To’lqintarqaluvchimuhitdagiimpulszichligiesa g = S c 2 , ko’rinishinioladi,buyerda c—vakuumdayorug’liktezligi. Rasm1: Yorug‘likningelektrvamagnittashkiletuvchilario‘zaroperpendikulyarvao‘z navbatida to‘lqin tarqalish yo‘nalishiga nisbatan ham perpendikulyar yo‘nalgan bo‘ladi 5 Vaqtbo’yichao’rtachalangan(time–averaged)Poyntingvektoriinten- sivlik(irradiance) Igateng: I= ⟨S · ˆn⟩=1 TZ T 0 (E × H ) · ˆn dt, (3) buyerdaˆ n—to‘lqintarqalishyo‘nalishibo‘yichabirlikvektori, T— to‘lqintebranishdavri. Sirtgata’siretuvchielektromagnitbosimnihisoblashdaMaxwellstress tensori T ij qo‘llaniladi: T ij = ε 0 E iE j − 1 2 δ ij E 2 +1 µ 0 B i B j − 1 2 δ ij B 2 , (4) buyerda ε 0 va µ 0 —vakuumningelektrvamagnito’tkazuvchanliklari, δ ij — Krooneker-delta.Sirtnormalidagibosim: P=ˆ n i T ij ˆn j . (5) Perpendikulyartushadigannurintensivligi Ibo‘lsa:-Idealyutuvchi yuzadanurlanishimpulsito‘liqyutiladi,shuninguchun P abs =I c. - Ideal qaytaruvchi yuzada impulsi to‘liq qaytariladi, ya’ni impuls o‘zgarishi ikkimartaortadi,shuninguchun P refl =2 I c. Agarsirtningqaytarishqobiliyati Rbo‘lsa,umumiybosim[ ?]: P=I c (1 + R ). Tushishburchagi θbo‘lgandanurintensivligiperpendikulyarkompo- nentaorqaliifodalanadi: I cos θ .Uholda: P(θ) = I c (1 −R) cos 2 θ+2 R cos θ . (9) 6 Nuryo‘nalishisirtnormaligaparallelbo‘lmaganda,tangensialimpuls hamyuzagao‘tadi.Radiusi abo‘lgansirtuchunburilishmomentitaxmi- nan: M = a I c (1 + R )sin θ. (10) Natijadayorug‘likbosiminafaqatnormalbosim(‘press’)balkisiljish kuchivaburilishmomentlarinihamberadi.Bueffektlaroptiktweezers, lazerpropelentvakoinotdaquyoshpanellarining"yelka"lariniharakatg a keltirishdamuhimahamiyatgaega. Rasm2:Yor ug‘lik bosimidan sun’iy yo‘ldoshlar panellarini harakat- lantirishdafoydalanish 1.2Maxw ellt englamalariv ay orug’lik impulsi Maxwell tenglamalari elektromagnit maydonlarning vaqt va makonda qan- dayo‘zgarishinibelgilaydi.Ulardifferensialko‘rinishdaquyidagichaifo- 7 dalanadi: ·∇ E = ρ ε0 , (M1) (M2) (M3) (M4) ·∇ B = 0 , ×∇ E = −∂B t,∂ ×∇ H = J + ∂D t.∂ Buyerda: •ρ—elektrzaryadzichligi, •J—tokzichligi, •D = ε 0 Eva B = µ 0 H —bo‘shliqdagibog‘lanishlar, •ε 0 va µ 0 —vakuumningelektrvamagnito‘tkazuvchanliklari. MaydonzarrachalargaquyidagiLorentzkuchzichligibilanta’siretadi: f= ρ E + J × B . (12) Buzichliknizarrasizmuhitda( ρ=0, J=0)ko‘ribchiqilsa,to‘liqkuch zichliginolgayaqinlashadivafaqatsirtorqalio‘tadiganelektromagnitim -pulsnihisoblashqoladi. Maxwelltenglamalaridanquyidagiteoremakelibchiqadi: ∂ εE 2 + B 2 + ·∇ S = −E · J, t∂ 20 2 µ 0 , buyerda S = E × H —Poyntingvektori.Chaptomonmaydonningichki energiyazichligio‘zgarishini,o‘ngtomonesatashqitokmaydongaberay -otganyokioladiganquvvatniifodalaydi. Elektromagnitmaydonichidagiimpulszichligi g = S c 2 8 ko‘rinishidaifodalanadi.Maydonichidagiimpulszichligivauningtashqi kuchlarbilanuzatilishinitavsiflovchiMaxwellstresstensoriesa Tij = ε 0 E iE j − 1 2 δ ij E 2 +1 µ 0 B i B j − 1 2 δ ij B 2 . (15) Shundaimpulssaqlanishtenglamasiquyidagichayoziladi: g∂ i t∂ + T∂ ij = −f i, ya’ni maydon ichidagi impuls zichligining vaqt bo‘yicha o‘zgarishi va stress tensoriningdivergensiyasiLorentzkuchzichligigatengbo‘ladi. Agartashqizarrachalaryo‘qbo‘lsa( f= 0),maydono‘zimpulsinifaqat sirtdan chiqib ketayotgan yuzalar bo‘yicha almashadi.Shu printsip asosida perpendikulyartushadigannuryuzadabosimhosilqiladi: P=I c (1 + R ), buyerda I—nurintensivligi, R— sirtreflektivligi. (17) Idealso‘rguvchi yuzada R=0,idealaksettiruvchiyuzada R=1bo‘lib,mosravishda P= I/c va P= 2 I/c qiymatlarnioladi. Optiktweezersvakosmikquyoshyelkalaridayuzagakeladigansiljish kuchlarihamtepadagiformulalaryordamidahisoblanadi,buesayorug’l ik bosiminingamaliyahamiyatiniko‘rsatadi. 1.3Y orug’lik bosiminio‘lchashusullari Yorug‘lik bosimini aniqlash uchun bir nechta eksperimental texnika mavjud. Quyidaengmashhurusullarbatafsilko‘ribchiqiladi. Nichols va Hull tomonidan yaratilgan radiometrik usul yorug‘lik bosimini to‘g‘ridan-tog‘rio‘lchashgaasoslanadi[2].Asosiyg’oya- torsiontolagaos- ilganreflektivyokiso‘rg‘ichpendaradiatsiyata’siridapaydobo‘ladigan burchaksiljishinianiqlash.Tajribasxemasi3-rasmdagikabibo‘ladi. 9 Rasm3:Nicholsradiometrisxemasi. Torsiontolaniburishkuchi τ= k θ, (18) deyilganbo‘lib,buyerda k—torsiontolasiburchakliqattiqlikkonstan- tasi, θ—o‘lchanganburchaksiljish.Yorug‘likbosiminatijasidayuzaga keladiganimpulsmomentiesa τ=I A cL, (19) ko‘rinishida ifodalanadi, bunda I— nurning perpendikulyar intensivligi, A —pendanurtushayotgansirtmaydoni, c—yorug‘liktezligi, L—penda 10 bosimmarkazidantorsiontolagabo‘lganmasofa. Shuformulalardanbosim P= I/c ekanligianiqlanadi. Optiktweezersyordamidamikrono‘lchamlizarrachalargata’siretuvc hi yorug‘likbosiminio‘lchashmumkin(4- rasm).Zarrachalazerfokusigator-tilgandaungata’siretuvchikuch F= ktrap ∆ x (20) ko‘rinishidaaniqlanadi,buyerda k trap —tutibturishqattiqligi, ∆ x—zarrachao‘rtachasiljishi. Rasm4:Optiktweezerlaryordamidayorug‘likbosiminio‘lchash Qattiqlik k trap Brown harakati va zarracha dispersiyasidan interferometrik usuldayokikalorimetrikkalibrlashorqalianiqlanadi.Yorug‘likbosimiesa zarrachayuzasigabo‘libolingankuchdan: P=F A eff , 11 buyerda Aeff —zarrachaeffektmaydoni. Mikrokanservel(microcantilever)sirtgaperpendikulyartushadigannur bosimitufayliegilib,siljishinterferometrikusuldao‘lchanadi. Tegishli tenglama: = F x k cantilever , bu yerda k cantilever — moliyerlash qattiqligi.Interferometrik aniqlik pikometr darajasiga yetadi, shuning uchun juda kichik bosimlarni ham o‘lchash mumkin. Hozirgikundamikroelektromexaniktizimlar(MEMS)asosidaishlovch i radiometrlardahamyorug‘likbosimito‘g‘ridan- tog‘rihisoblanadi[7].Ular odatda cho‘g‘ hosil qiluvchi mikroplatinka va uni tutqichlar o‘rtasidagi de- formatsiyanio‘lchovchipiezoelektriksensorgaega.Qurilmaningrespo n-sivligi: R = ∆ V P in , ko‘rinishida belgilanadi, bu yerda ∆ V— sensordan olinadigan signal o‘zgarishi, P in —kiruvchinurbosimi. Yorug‘lik bosimi natijasida issiqlik hosil bo‘lib, mikrokalorimetrik detek-torda harorat o‘zgarishi paydo bo‘ladi.Issiqlik sig‘imi C va o‘lchangan ∆ T bo‘lsa: P= C ∆ T∆ t . Yuqoridagiusullaryordamidayorug‘likbosimini10 − 9 Padankattaqiy- matlardanyuqorisezuvchanlikbilano‘lchashmumkin.Harbirtexnika o‘zigaxoscheklovgaega:Nicholsradiometrijudabarqarorlekinkatta o‘lchovoralig‘ida,optiktweezersesamikronvananometrdarajasidagi zarrachalaruchunmoskeladi.MemSradiometrlarisanoatvakosmikilo- valar uchun miniaturizatsiyalangan va integratsiyalashgan yechimlar taqdim etadi. 12 1.4A maliy ot daqo‘llanilishi Quyida yorug‘lik bosimidan foydalaniladigan uchta muhim amaliy yo‘nalishning mexanizmi,afzalliklarivacheklovlaribatafsilbayonqilinadi. Optiktweezers—buyuqoriNA(numericalaperture)liobyektivyor- damida fokuslanuvchi lazer nuri orqali mikron va sub-mikron zarrachalarni ushlashvamanipulyatsiyaqilishusuli[6].Zarrachagata’siretuvchiumu- miykuchikkikomponentdaniborat: •Gradient kuchi Fgrad — nur intensivligi gradienti yo‘nalishida zarrachani markazgatortuvchikuch.Uningqiymatitaxminan: F grad ≈ α ∇I, (25) buyerda α—zarrachadinamikqutblanuvchanligi, I—nurinten- sivligi. •Sprey kuchi F scat — nur to‘g‘ridan-to‘g‘ri zarrachaga tushganda foton impulsidankelibchiqadigantortishkuchi: F scat ≈ n P cσ scat , bu yerda n — muhitning sinish ko‘rsatkichi, P — lazer quvvati, σ scat —zarrachaningto‘siqmaydoni. Tegishlisharoitda F grad >F scat bo‘lgandazarrachabarqarorushlanadi. Optiktweezershujayralarni,DNKiplarini,fermentfaoliyatinivananos- trukturalarninoinvazivo‘rganishda,shuningdek,biologikvakimyoviyti z-imlardagi mikroskopik kuchlarni o‘lchashda keng qo‘llanadi.Asosiy cheklov— yuqori fokuslash talab qilinishi va zarrachaning optik xossalari (o‘lcham, shakl,material)kuchlarningnisbatigabevositata’siretishi. 13 Quyoshyelkasi(solarsail)—yuqoriqaytarishqobiliyatigaegayengil materiallardanyasalgankattamaydonliplyonkabo‘lib,undaQuyoshra- diatsiyasibosimiorqaliuzluksizimpulso‘tkazishhosilbo‘ladi.Yelkaga tushadiganbosim: Psail =I ⊙ c(1 + R ) cos 2 β, (27) buyerda I ⊙ ≈ 1361 W/m 2 —quyoshintensivligi, R ≈ 0.9—reflektivlik, β— yelkaningnuryo‘nalishiganisbatanburchagi.Shuholdayelkagata’sir etuvchikuch: F sail = P sail A. (28) Misoluchun, A=1000 m 2 bo‘lganyelkataxminan9 × 10 − 3 Nkuchhosil qiladi.Bujudakichikbosim,biroqbegonaqarshilikbo‘lmagankoinotda doimiyimpulsyig‘ilishiorbitaltezliknisektoyiyadavomidasezilarlidara- jadao‘zgartirishimumkin. Quyoshyelkasisun’iyyo‘ldoshlar,asteroid kuzatuv missiyalari va uzoq masofali kosmik ekspeditsiyalar uchun ekologik tozapropelentsifatidaqaralmoqda. Lazerpropelent—buenergiyaniyeryokikosmikstansiyadanlazer nuri orqali nishonga uzatish va foton bosimi yordamida ob’yektni tezlatish texnologiyasi.Nazariyjihatdanta’sirqiluvchikuch: F laser =P lase r c (1 + R ), (29) bu yerda P laser — nishonga yetkazilgan lazer quvvati, R — nishon qaytarish qobiliyati.Agar masofa oshsa, nurning yoyilishi kuchni kamaytiradi, shun-ing uchun optik fokuslash va sinxron kuzatuv tizimlari talab etiladi.Lazer propelentkichiknano- yo‘ldoshlarni(masalan,BreakthroughStarshotloy- ihasidagikabi)0.1 ctezlikkatezlatishhamdakoinotzarralarinidefleksiya qilish uchun tadqiq qilinmoqda.Asosiy muammo — yuqori quvvatli, sama- ralidiodliyokinurtolalazermanbalariniyaratishvanurniuzoqmasofaga yo‘naltirish. 14 X ulosa1.Yorug‘lik bosimi elektromagnit to‘lqinlarning o‘z impulsini sirtga uza- tishinatijasidayuzagakeladivauniMaxwellstresstensorihamda Poyntingvektoriorqalianiqmatematikifodalashmumkin. 2.Perpendikulyartushadigannurintensivligi Ibo‘lgandaidealyutu- vchiyuzadabosim P abs =I/c ,idealqaytaruvchiyuzadaesa P refl = 2I/c gateng. 3.Nicholsradiometriklassikusulsifatida µPadarajasidagibosimlarni, optik tweezers nano darajasidagi kuchlarni, MEMS radiometrlari esa sanoatvakosmikilovalaruchunportativo‘lchashqurilmalariyor- damidao‘lchashimkoniniberadi. 4.Yorug‘lik bosimining amaliy qo‘llanilishi optik tweezersda mikrozarralarni boshqarish, kosmik quyosh yelkalarida yo‘ldoshlarni harakatga keltirish va lazer propelent orqali nano- yo‘ldoshlarni tezlatishda muhim ahamiy-atgaega. 5.Kelajakdayangimateriallar,kuchlifokuslashtexnikalarivakvant o‘lchovmetodlarinirivojlantirishyorug‘likbosiminiboshqarishva o‘lchashsezgirliginiyanadaoshirishgaimkonberadi. 15 Foy dalanilganadabiy ot lar[1]Jackson,J.D. ClassicalElectrodynamics .Wiley,1999. [2]Nichols,E.F.vaHull,G.F."MeasurementofthePressureDuetoRa- diation". PhysicalReview ,13(5):307–320,1901. [3]Ashkin,A."OpticalTrappingandManipulationofNeutralParticles UsingLasers". Proc.Natl.Acad.Sci.USA ,94(10):4853–4860,1997. [4]Peatross,J.vaWare,M. PhysicsofLightandOptics .BrighamYoung University,2008. [5]Forward,R.L.“RoundtripInterstellarTravelUsingLaser-Pushed Lightsails.” JournalofSpacecraftandRockets ,21(2):187–195,1984. [6]Grier, D.G. “A Revoluti on in Optical Manipul ation.” Nature , 424:810–816,2003. [7]Smith, J.D., Lee, M.H.&Wang, S.“MEMSRadi ometersfor OpticalForceSensing.” JournalofMicroelectromechanicalSystems , 23(4):789–798,2014. 16

MUNDARIJA

Kirish

Asosiy qism

1.1. Yorug’lik bosimining nazariyasi

1.2. Maxwell tenglamalari va yorug’lik impulsi

1.3. Yorug’lik bosimini o‘lchash usullari

1.4. Amaliyotda qo‘llanilishi

Xulosa

Foydalanilgan adabiyotlar

Купить