Newton gyűrűi

A Newton-gyűrűk gyűrű alakú interferencia maximumok és minimumok, amelyek egy domború lencse és egy síkkal párhuzamos lemez érintkezési pontja körül jelennek meg, amikor a fény áthalad a lencsén és a lemezen. Először I. Newton [1] írta le őket 1675-ben .

Leírás

Gyűrűk formájú interferenciamintázat akkor jön létre, ha a fény két felületről verődik vissza, amelyek közül az egyik lapos, a másik pedig viszonylag nagy görbületi sugarú, és érintkezik az elsővel (például üveglap és sík -domború lencse ). Ha egy monokromatikus fénysugár egy sík felületre merőleges irányban esik egy ilyen rendszerre, akkor az említett felületek mindegyikéről visszaverődő fényhullámok interferálnak egymással. Az így kialakult interferenciamintázat a felületek érintkezési pontján megfigyelt és azt körülvevő, világos és sötét koncentrikus gyűrűk váltakozó sötét köréből áll [2] .

A jelenség klasszikus magyarázata

Newton idejében a fény természetére vonatkozó információk hiánya miatt rendkívül nehéz volt teljes magyarázatot adni a gyűrűk kialakulásának mechanizmusára. Newton kapcsolatot teremtett a gyűrűk mérete és a lencse görbülete között; megértette, hogy a megfigyelt hatás a fény periodicitásának tulajdonítható, de Thomas Youngnak csak jóval később sikerült kielégítően elmagyaráznia a gyűrűk kialakulásának okait . Kövessük okfejtésének menetét. Ezek azon a feltételezésen alapulnak, hogy a fény hullámok . Tekintsük azt az esetet, amikor egy monokromatikus hullám majdnem merőlegesen esik egy sík-konvex lencsére .

Az 1. hullám a lencse domború felületéről való visszaverődés eredményeként jelenik meg az üveg-levegő határfelületen, a 2. hullám pedig a levegő-üveg határfelületen lévő lemezről való visszaverődés eredményeként. Ezek a hullámok koherensek , azaz azonos hullámhosszúak és fáziskülönbségük állandó. A fáziskülönbség abból adódik, hogy a 2. hullám nagyobb utat tesz meg, mint az 1. Ha a második hullám egész számú hullámhosszal elmarad az elsőtől, akkor összeadva a hullámok felerősítik egymást.

\Delta =m\lambda

- max.

ahol bármely egész szám és a hullámhossz. $m$ $\lambda$

Ellenkezőleg, ha a második hullám páratlan számú félhullámmal elmarad az elsőtől, akkor az általuk okozott rezgések ellentétes fázisban mennek végbe , és a hullámok kioltják egymást.

{\displaystyle \Delta =(2m+1){\lambda \2 felett))

min,

ahol bármely egész szám és a hullámhossz. $m$ $\lambda$

Figyelembe venni azt a tényt, hogy a különböző anyagokban eltérő a fénysebesség, a minimumok és maximumok helyzetének meghatározásakor nem az útkülönbséget, hanem az optikai útkülönbséget (az optikai úthosszak különbségét) használjuk.

Ha az optikai út hossza, ahol a közeg törésmutatója, és a fényhullám geometriai úthossza, akkor megkapjuk az optikai útkülönbség képletét : $nr$ $n$ $r$

n_{2}r_{2}-n_{1}r_{1}=\Delta .

Ha ismert a lencse felületének R görbületi sugara, akkor kiszámítható, hogy a lencse és az üveglap érintkezési pontjától milyen távolságokra vannak olyan távolságok az útkülönbségek, amelyekben bizonyos λ hosszúságú hullámok kioltják egymást . Ezek a távolságok Newton sötét gyűrűinek sugarai. Figyelembe kell venni azt a tényt is, hogy amikor egy fényhullám egy optikailag sűrűbb közegről visszaverődik, a hullám fázisa -ra változik ; ez magyarázza a lencse és a síkpárhuzamos lemez érintkezési pontján lévő sötét foltot. A légréteg állandó vastagságú vonalai a gömblencse alatt koncentrikus körök a normál fénybeesésnél, és ellipszisek a ferde fénynél. $\pi$

A k - edik fény Newton-gyűrűjének sugara (a lencse állandó görbületi sugarát feltételezve ) visszavert fényben a következő képlettel fejezhető ki:

r_{k}={\sqrt {\left(k-{1 \over 2}\right){\frac {\lambda R}{n)))),

ahol a lencse görbületi sugara, a fény hullámhossza vákuumban , a lencse és a lemez közötti közeg törésmutatója . $R$ $k=1,2,...,$ $\lambda$ $n$

A k -edik sötét Newton-gyűrű sugarát visszavert fényben a következő képlet szerint határozzuk meg:

r_{k}={\sqrt {k{\frac {\lambda R}{n)))).

Használat

A Newton-gyűrűket a felületek görbületi sugarának mérésére, a fény hullámhosszának és a törésmutatók mérésére használják . Egyes esetekben (például képek filmre szkennelésekor vagy negatívról optikai nyomtatáskor) a Newton-gyűrűk nemkívánatos jelenségek.

fiziológiában használják. Az alakos elemek számlálása a fedőüveg és a Gorjajev-kamra dörzsölése után történik, amíg Newton gyűrűi megjelennek [3] .

Jegyzetek

↑ Gagarin A.P. Newton-gyűrűk // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3 Magnetoplasma kompresszor - Poynting tétele. - S. 370-371. — 672 p. - 48.000 példány. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Landsberg G.S. Optika . — M .: Fizmatlit , 2003. — S. 115 . — 848 p. — ISBN 5-9221-0314-8 .
↑ Gorjajev kamerájának rácsának leírása . Letöltve: 2015. július 10. Az eredetiből archiválva : 2014. szeptember 3.. (határozatlan)

Linkek

Newton gyűrűihez kapcsolódó média a Wikimedia Commonsnál
Fotó Newton gyűrűiről vörös monokromatikus fényben
Strizhko AN Egy sík-konvex lencse görbületi sugarának meghatározása Newton-gyűrűk segítségével . Egyablakos hozzáférés az oktatási forrásokhoz. Letöltve: 2011. június 3. Az eredetiből archiválva : 2012. február 16.. (Orosz)
Newton gyűrűit bemutató videó