Кольца Ньютона

Размещено на http://www.allbest.ru/

3. Найдите значения диаметров в единицах делений шкалы и мкм, затем найдите радиусы колец и внесите результаты в табл. 4.1.

Обработку результатов выполните в следующем порядке:

По формуле (4.4) найдите значения длины волны без учета воздушного зазора.

Выберите из табл. 4.1 три пары колец (4 и 6, 4 и 7, 5 и 7, внесите их в табл. 4.2. Вычислите длину волны спектра светофильтров по формуле (4.7), рассчитайте абсолютные погрешности.

Таблица 4.2

,

где ;

;

.

Используя формулу (4.3) вычислите толщину воздушного зазора в том месте, где наблюдаются темные кольца с тремя номерами m из табл. 4.1.

;

Используя формулу (4.1), найдите разность хода лучей для трех колец, рассмотренных в п. 2.

Контрольные вопросы

Развитие представлений о природе света.

Основные законы оптики известны еще с древних веков. Так, Платон (430 г. до н.э.) установил закон прямолинейного распространения и закон отражения света. Аристотель (350 г. до н.э.) и Птолемей изучали преломление света. Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян, которые в дальнейшем, по мере изобретения и усовершенствования различных оптических инструментов, например параболических зеркал (XIII в.), фотоаппарата и микроскопа (XVI в.), зрительной трубы (XVII в.), развивались и трансформировались. В конце XVII в. на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две теории света: корпускулярная (И.Ньютон) и волновая (Р.Гук и Х.Гюйгенс).

Согласно корпускулярной теории (теории истечения), свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами и летящих по прямолинейным траекториям. Движение световых корпускул Ньютон подчинил сформулированным им законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика при ударе о плоскость, где также соблюдается закон равенства углов падения и отражения. Преломление света Ньютон объяснял притяжением корпускул преломляющей средой, в результате чего скорость корпускул меняется при переходе из одной среды в другую.

Согласно волновой теории, развитой на основе аналогии оптических и акустических явлений, свет представляет собой упругую волну, распространяющуюся в особой среде -- эфире. Эфир заполняет все мировое пространство, пронизывает все тела и обладает механическими свойствами -- упругостью и плотностью. Согласно Гюйгенсу, большая скорость распространения света обусловлена особыми свойствами эфира.

К началу XVIII в. существовало два противоположных подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ныотона и волновая теория Гюйгенса. Обе эти теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. XVIII век стал веком борьбы этих теорий.

Эти противоречия были преодолены благодаря смелой гипотезе (1900) немецкого физика М.Планка (1858--1947), согласно которой излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а дискретно, т. е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой v.

(1)

где h -- постоянная Планка.

Теория Планка не нуждалась в понятии об эфире. Она объяснила тепловое излучение черного тела. Эйнштейн в 1905 г. создал квантовую теорию света, согласно которой не только излучение света, но и его распространение происходит в виде потока световых квантов -- фотонов, энергия которых определяется по (1). Квантовые представления о свете хорошо согласуются с законами излучения и поглощения света, законами взаимодействия света с веществом.

Все многообразие изученных свойств и законов распространения света, его взаимодействия с веществом показывает, что свет имеет сложную природу. Он представляет собой единство противоположных видов движения -- корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного).

Длительный путь развития привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно-волновой природе света. Выражение (1) связывает корпускулярные характеристики излучения -- энергию кванта -- с волновыми -- частотой колебаний (длиной волны). Таким образом, свет представляет собой единство дискретности и непрерывности

Когерентность и монохроматичность световых волн.

Когерентность волн - это согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.

Этому условию удовлетворяют монохроматические волны - неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты.

Ни один реальный источник не дает строго монохроматического света, поэтому волны, излучаемые независимыми источниками света, всегда некогерентны.

Разность хода лучей. Оптическая длина пути.

В отраженном свете оптическая разность хода лучей :

,

где d - ширина зазора. Из условия и, учитывая, что d мало, получим . Тогда

Условия интерференционных максимума и минимума.

, (максимум)

, (минимум)

Расчет колец Ньютона в отраженном и проходящем свете.

Кольца Ньютона -- пример полос равной толщины. Они наблюдаются при отражении света от воздушного зазора, образованного плоскопараллельной пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны (см. рисунок).

Параллельный пучок света падает нормально на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного зазора между линзой и пластинкой. При наложении отраженных лучей возникают полосы равной толщины, при нормальном падении света имеющие вид концентрических окружностей.

В отраженном свете оптическая разность хода (с учетом полуволны при отражении, согласно

,

где d -- ширина зазора. Из условия R² = (R-d)² +r² (см. рисунок) и, учитывая, что d мало, получим d =. Тогда

Приравняв это выражение к условиям максимума и минимума, выражения для радиусов m-го светлого кольца и m-го темного кольца в отраженном свете:

, (m = 1,2,3,…),

, (m = 0,1,2,…)

кольцо ньютон свет волна интерференция

Измеряя радиусы колец, можно (зная R) определить л₀ или, наоборот, по л₀ определить R.

Интерференцию можно наблюдать и в проходящем свете (в данном случае потери полуволны нет). Оптическая разность хода для проходящего и отраженного света отличается на, т. е. максимумам интерференции в отраженном свете соответствуют минимумы в проходящем, и наоборот

Влияние светофильтров на качество интерференционной картины.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-за сильного поглощения света этих длин волн стекло будет казаться черным. Это явление используется для изготовления светофильтров, которые в зависимости от химического состава (стекла с присадками различных солей, пленки из пластмасс, содержащие красители, растворы красителей и т.д.) пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные. Разнообразие пределов селективного (избирательного) поглощения у различных веществ объясняет разнообразие и богатство цветов и красок, наблюдаемое в окружающем мире

Размещено на Allbest.ru