A rendszer segítségével a Newton-gyűrűk - studopediya
Célkitűzés: ismeri a jelenséget interferencia Newton gyűrűk a példában, empirikusan meghatározza a görbületi sugara a lencse.
1.1 Rövid elméleti információk
A fény terjedése a térben, valamint része a jelenség, amely az interakció fény és az anyag, magyarázható a hullám elmélet. Eszerint fény elektromágneses hullám, és különbözik a többi elektromágneses hullámok csak hosszúságban. A fény hullám oszcilláció áll elő vektorok az elektromos és mágneses mezők. Ezek a vektorok merőlegesek egymásra, és mindkettő merőleges a a fény terjedési irányában. Általában rezgések úgy csak az elektromos mező, ez az úgynevezett könnyű vektor. A mágneses térerősség csökkent, mivel a mágneses mező lényegében nem reagált az anyaggal.
A jelenséget a fény interferencia lép fel, amikor a szuperpozíció két vagy több fényhullámok abban a tényben rejlik, hogy az intenzitás a kapott hullám nem összegével egyenlő intenzitások a hullámok vannak egymásra. Egyes helyeken a tér intenzitása nagyobb, mint az a mennyiség a másik - a kisebb; van egy rendszer maximumok és minimumok az intenzitás, amely az úgynevezett interferencia mintázat. Ennek előfeltétele az interferencia hullámok azok összhangját. Az is szükséges, hogy az oszcilláció a fény vektor történt az egyik irányban, vagy hasonló irányban.
Úgy hívják koherens hullámok minden pontján teret teremt rezgések állandó fáziskülönbség. Legyen oszcilláció fényében az első hullám vektor által leírt képlet E1 = A1 cos (wt + j1), és a második hullám - E2 = A2 cos (wt + j2). Összhangban a szuperpozíció elve alapján, hogy az elektromos mező a fényhullám vektor az eredő érték egyenlő lesz az összege E1 és E2. akkor oszcillál harmonikusan, a rezgés amplitúdója a négyzeten
A fény intenzitása hullám arányos átlagos négyzetes oszcilláció amplitúdója a fény vektor. A koherens hullámok valamennyi mennyiség a jobb oldalon általános képletű (1,1) állandó, mivel az intenzitás a kapott hullám
Attól függően, hogy a fáziskülönbség rezgések harmadik kifejezés általános képletű (1,2) között lehet (a j2 -j1 = (2k + 1) p, k = 0, 1, 2, ...), hogy (a j2 -j1 = 2kp, k = 0, 1, 2, ...). Az előbbi esetben, legalább a kapott hullám intenzitása a második - a maximális.
A kezdeti szakaszban a J1 és J2 rezgések minden ponton által meghatározott távolságok amely át hullámhossz L1 és L2. azaz távolságokra ezen a ponton a forrás koherens hullám.
ahol # 955; - hullámhossz. Akkor a különbség az oszcilláció fázis
Itt - a stroke különbség hullámok, amelyek átfedik az adott pontban. Ez az érték határozza teljesen az eredménye beavatkozás, azaz a megjelenése a ponton a maximális vagy minimális fényintenzitás. Feltétele az esemény a legnagyobb
előfordulása a minimális feltétele
Megfigyelés azt mutatja, hogy a kérelemre a fény két, egymástól független forrásból, interferencia nem fordul elő, a fény intenzitása minden pontján egyenlő az összeg az intenzitást. Ennek az az oka az, hogy a fény bármely forrásból származó eltérő lézer, áll hullám vonatok, amely egymástól függetlenül a kibocsátott egyes atomok. sugárzás ideje egy atom nagyságrendileg 10 -8. Ennek eredményeként, a fény hullám után bekövetkező rövid időközönként véletlenszerű változásait a kezdeti szakaszában oszcilláció a fény vektor szintén változik véletlenszerűen vibrációs irányba. Az az idő, amely alatt a kezdeti szakaszában oszcilláció változatlan marad, és a koherencia idő úgynevezett jelöljük # 964; COH. Nyilvánvaló, hogy # 964; COH <<10 -8 с. Лишь в течение этого времени сохраняется неизменной интерференционная картина при наложении света от двух независимых источников, наблюдать ее невозможно.
A lézersugárzás az egyes atomok indukált, olyan tulajdonságai közel egy monokromatikus hullám. De teljes monochromaticity nem érte el, a sugárzási frekvencia vesz különböző értékeket intervallumon belül Dw. A különbség a frekvenciák ad okot fáziskülönbség, ami növeli az idő. Az ilyen hullámok is koherens csak az koherenciaidején # 964; COH = 2P / Dw. A lézerek ez az érték kisebb, mint 10 -5 s, megfigyelése interferencia alkalmazásának hatására sugárzás a két lézer is lehetetlen.
Két koherens hullám megfigyelni az interferencia is kap meztelen bármilyen módon egy könnyű hullám. Ha a két része a fény hullám ismét róni egymásra, interferencia mintázat. Ha ezt az utat hosszkülönbséget a hullámok osztott pont alkalmazása előtt sem haladhatja meg a megtett távolság, amelyet a fény idején koherencia lkog = c # 964; COH. Lkog mennyiség a koherenciahossz. alatt # 964; COH koherens sugárzás megszűnik magát, és így egy része a sugárforrás, elválasztva a nagyobb távolságra lkog. nem következetesek.
Számos módja van a választóvonal sugárzás a fényforrás két részre. A Young kísérletben használt a folyosón a fény révén két kis lyukat átlátszatlan képernyőn. Fresnel tükör - két sík tükrök szöget bezáróan elrendezett valamivel kevesebb, mint 180 °. Ezek visszaverik a fényt egy forrás és a képernyő, ami minden ponton a képernyő szuperpozíció két koherens hullámok. Ugyanezt a célt érjük el a Fresnel biprism, két koherens hullámok okozta fénytörés kettős prizma. Ha megfigyeljük zavar mindig igyekszik csökkenteni a frekvencia intervallum Dw, mely tartalmazza a zavaró frekvenciájú hullámok. Erre a fény áthalad a szűrőn.
Egyszerű kísérletek, amelyekben van interferencia, fény tükröződik egy vékony film (lásd. 1.1 ábra). A fény, amely áthaladt a szűrőn úgy irányul a felső felületét a fólia, a beesési szög # 945;. Ez a fény részben visszaverődik a film felületén, részben megtört és befelé nyúlik anyag. A szög fénytörés # 946;, n - a törésmutatója a film anyaga. A megtört fény ismét részben visszaverődik az alsó felülete a film, és keresztül távozik, felső felülete, szuperponálva a visszavert fény a felső felületen. Tehát van egy kettéválással hullámok ezek további szuperpozíciója. A optikai út különbsége a két hullám
Az optikai útkülönbség nyerik geometriai különbséget megszorozzuk az utóbbi a n törésmutató. Annak szükségességét, hogy ez a különbség a fény hullámhossza a közegben # 955; a hullámhossz levegőn # 955; 0. Hullám hossz eléri a termék a rezgési periódus, és a hullám terjedési sebessége, így # 955; 0 / # 955; = (c T) / (V T) = c / v = n. tehát # 955; n-szer nagyobb, mint # 955; 0. A különbség a hullámok a stroke, míg a hullámhossz, ezek a hosszúságok az útvonal közepén a film esik n-szer nagyobb. kivonás # 955; 0/2 változása miatt a rezgés fázisa a fény hullám után reflexió a határ a sűrűbb közeg. Azon a ponton, tükrözi a visszavert hullám oszcilláció fázis eltér a fázis a beeső hullám a p, amely megfelel egy további változata az optikai útvonal különbséget # 955; 0/2. Ezt a jelenséget nevezik „elvesztése félhullámú”. Upon tükröződés a határoló hullámhosszúság kisebb, sűrű közegben, vagyis az alsó felülete a film ilyen oszcillációs fázisváltó nem fordul elő.
Állandó rétegvastagság különbség a zavaró hullámok eltérő lehet különböző helyeken a film közötti különbségek miatt beesési szögek # 945;. A pontokat, amelyek a szög # 945; Tart hasonló értékeket megfelelő fellépésének körülményeit a maximális (1.3) és a minimális (1.4) képeznek egy csík. Vizuálisan, ezek megfigyelhető sötét és világos sávokból a felszínen a film, ez az úgynevezett interferencia mintázat csíkok egyenlő dőlésszög. Amikor az eset egy vékony film síkhullám beesési szög minden pontján azonos, interferencia ebben az esetben vezet a függőség az intenzitása a visszavert hullám a rétegvastagság h. Ha a film vastagsága különböző helyeken nem azonos, a pontokat, amelyek esetében fellépésének körülményeit a maximális (1.3) és a minimális (1.4) képeznek egy vonal. Ezen vonalak mentén, vannak világos és sötét sávok úgynevezett rojtok egyenlő vastagságú.
1.2 A telepítés és vizsgálati módszer
1.2 A telepítés
Newton gyűrűk különféle szalagok azonos vastagságú. Ezek fordulhat elő, ha a fény visszaverődik a alján a domború lencse felülete és a felület sík üveg, amely érinti ez az objektív (lásd. 1.2 ábra). Ebben az esetben a szerepet, amelyet egy vékony film réteg levegő a felületek között a lencse lemez és a sík felület. Fény irányul felülről a lencse, akkor átmegy a szűrőn, és annak tulajdonságait közel van a monokromatikus síkhullám, hogy terjed az optikai tengely mentén a rendszer. Mivel a gyűrűket megfigyelt nagyon kis vastagságú légrés HK és azok sugarak rk nagyon kicsi összehasonlítva az görbületi sugara a lencsék R, a beesési szög alsó felületén a lencse lehet tekinteni, mint megközelítőleg nulla. Ezután a különbség a hullám utazás, visszaverődik az alsó felület és a felső felülete lemez
Mivel az N = 1 levegő. maximális feltételt (1.3) és a minimális (1.4) fogják működtetni bizonyos H értékek az összes pont a körök a megfelelő sugarak R. Az interferencia minta lesz formájában koncentrikus világos és sötét gyűrűk. A központban, egy olyan helyen, kontaktlencse és a lemezt lesz egy sötét folt.
Hk jelöli a vastagsága a légrés ahol az a feltétel előfordulásának k-adik interferencia minimális. Ezután rk egyenlő lesz a sugara a k-adik sötét gyűrű szerint a Pitagorasz-tétel
Mivel hk nagyon kicsi, akkor figyelmen kívül hagyják a kifejezést a jobb oldalon. Az összehasonlításból az alábbi (1.4) és (1.6), amely ezt követően a k-adik sugara sötét gyűrű
Megfigyelés Newton gyűrűk és a mérése a sugarak alkalmazásával végezzük mikroszkóp (1.3 ábra). A rendszer a lencse és az ostya van szerelve egy asztalon, a kábítószer-P, egy asztal két csavarral mozoghat bármely vízszintes irányban. Megtekintése között T cső és a lencse a mikroszkóp van beállítva, félig áteresztő tükör 45 ° oplicheskoy tengellyel irányított fény, hogy ez a megvilágítóeszköz S. A visszavert fénysugár a tükör az optikai tengely mentén lefelé, eléri át a lencse és a lencse lemez. lencse-lemez rendszerhez visszavert fény visszatér az optikai tengely mentén a lencsén áthaladó, a félig átlátszó tükör és a szemlencse OK. Ez a fény áll két koherens hullámok, amelyek zavarják a kialakulását Newton gyűrűk. Féligáteresztő tükör egyidejűleg szolgál vörös filterrel át csak hullámhosszúságú fénnyel # 955 = 6,5 × 10 -7 m.
Az intézkedés a átmérőjét Newton gyűrűk helyezzük a szemlencse a mikroszkóp skála kép, ami rárakódik a képét gyűrűk. Olvashatóságát skála a0 = 0,02 mm = 2 × 10 -5 m. Ahhoz, hogy meghatározzuk a görbületi sugara a lencsék R, mérjük átmérőinek a k-adik és a m-edik Newton gyűrűk. Általános képlet szerint (1.7), Ezek az átmérők kapcsolódnak a görbületi sugara a kapcsolatok
Const megjelenik a képlet, mert a lencse nem tudja megérinteni a lemez felületén jelenléte miatt a szennyeződés az érintési pont. Ez megváltoztatja az útját különbség a visszavert hullámokat minden pontján egy értéket (const). majd
1.3 Az, hogy a teljesítmény és a
feldolgozó mérési eredmények
1. Kapcsolja be a megvilágító, hogy ellenőrizze, hogy Newton-gyűrűk vannak a látómezőben a mikroszkóp. Szükség esetén módosíthatja a képminőséget a függőleges mozgás a csigadugattyúban mozog Newton-gyűrűk a mező közepén a csavart, mozgassa az asztalra. A skála át kell haladnia a központ a gyűrű rendszerben.
2. Mérés háromszor átmérőinek az első négy Newton gyűrűk (k = 1, 2, 3, 4). A mérést végeztünk különböző naprvlenie átmérője elforgatásával a skála együtt a szemlencse. A mérési eredmények vannak írva táblázat 1.1.
6. Számítás és töltse ki 1.2 táblázat az átlagos értéke a görbületi sugara a lencsék R, abszolút hiba az egyes mérések R DR, és az átlagos abszolút hiba.
7. Számítsa relatív mérési hiba R, írja a végső eredményt szabványos formátumban.
2.4 Ellenőrző kérdések
1. Mi az interferencia a fény? Milyen feltételek mellett történik a megfigyelt?
2. Milyen hullámok nevezzük koherens? Hogyan juthat koherens hullám?
3. Mi a koherencia idő? Miért nem a zavaró fény, amikor alkalmazni két igazi forrásai?
4. Hogyan lehet kapcsolatba lépni a koherencia idő nonmonochromaticity fény? Mi történik, hogy növelje az időt és a koherencia hossz?
5. Milyen körülmények között interferencia vezet a maximális és minimális fényerőre?
6. Mi az optikai útvonal különbség a fényhullámok? Mitől különbözik a geometriai útvonal különbség?
7. Mi az úthossz különbség, ha a fény visszaverődik a felületén vékony film? Mi a félhullámú veszteség reflexió?
8. Egy ilyen szalag az egyenlő vastagságú és egyenlő dőlés?
9. Mi a Newton-gyűrűk? Hogyan keletkeznek?
10. Mivel a fény áthalad a mikroszkóp megfigyelésekor Newton gyűrűk?