Newtonin sormuksia

Newtonin renkaat ovat renkaan muotoisia interferenssimaksimia ja -minimejä, jotka näkyvät kuperan linssin ja tasossa yhdensuuntaisen levyn kosketuspisteen ympärillä, kun valo kulkee linssin ja levyn läpi. I. Newton kuvasi ne ensimmäisen kerran vuonna 1675 [1] .

Kuvaus

Renkaiden muodossa oleva interferenssikuvio syntyy, kun valo heijastuu kahdelta pinnalta, joista toinen on tasainen ja toisella on suhteellisen suuri kaarevuussäde ja se koskettaa ensimmäistä (esimerkiksi lasilevy ja taso). -kupera linssi ). Jos monokromaattinen valonsäde putoaa tällaiseen järjestelmään tasaiseen pintaan nähden kohtisuorassa suunnassa, kustakin mainitusta pinnasta heijastuneet valoaallot häiritsevät toisiaan. Näin muodostettu interferenssikuvio koostuu pintojen kosketuskohdassa havaitusta tummasta ympyrästä, joka ympäröi sitä vuorotellen vaaleista ja tummista samankeskisistä renkaista [2] .

Klassinen selitys ilmiölle

Newtonin aikana, koska valon luonteesta puuttui tietoa, oli äärimmäisen vaikeaa antaa täydellinen selitys renkaiden muodostumismekanismista. Newton loi yhteyden renkaiden koon ja linssin kaarevuuden välillä; hän ymmärsi, että havaittu vaikutus johtui valon jaksollisuuden ominaisuudesta, mutta vasta paljon myöhemmin Thomas Young onnistui selittämään tyydyttävästi renkaiden muodostumisen syyt . Seurataan hänen päättelynsä kulkua. Ne perustuvat olettamukseen, että valo on aaltoja . Tarkastellaan tapausta, jossa monokromaattinen aalto osuu lähes kohtisuoraan tasokuperaan linssiin .

Aalto 1 ilmenee heijastuksen seurauksena linssin kuperalta pinnalta lasi-ilma-rajapinnassa ja aalto 2 - heijastuksen seurauksena ilma-lasi-rajapinnassa olevasta levystä. Nämä aallot ovat koherentteja , mikä tarkoittaa, että niillä on samat aallonpituudet ja niiden vaihe-ero on vakio. Vaihe-ero johtuu siitä, että aalto 2 kulkee pidemmän matkan kuin aalto 1. Jos toinen aalto jää jäljessä ensimmäisestä kokonaislukumäärällä aallonpituuksia, niin aallot yhteenlaskettuina vahvistavat toisiaan.

\Delta =m\lambda

- max,

missä on mikä tahansa kokonaisluku ja on aallonpituus. $m$ $\lambda$

Päinvastoin, jos toinen aalto on parittoman määrän puoliaaltoja jäljessä ensimmäisestä, niin niiden aiheuttamat värähtelyt tapahtuvat vastakkaisissa vaiheissa ja aallot kumoavat toisensa.

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

min,

missä on mikä tahansa kokonaisluku ja on aallonpituus. $m$ $\lambda$

Ottaakseen huomioon, että valon nopeus on erilainen eri aineissa, minimien ja maksimien paikkoja määritettäessä ei käytetä polkueroa, vaan optisen polun eroa (optisten teiden pituuksien eroa).

Jos on optisen reitin pituus, missä on väliaineen taitekerroin ja on valoaallon geometrinen polun pituus, niin saadaan optisen polun eron kaava : $nr$ $n$ $r$

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

Jos linssin pinnan kaarevuussäde R tunnetaan, niin voidaan laskea, millä etäisyyksillä linssin kosketuspisteestä lasilevyyn reittierot ovat sellaisia, että tietyn pituiset λ aallot kumoavat toisensa. . Nämä etäisyydet ovat Newtonin tummien renkaiden säteitä. On myös tarpeen ottaa huomioon se tosiasia, että kun valoaalto heijastuu optisesti tiheämästä väliaineesta, aallon vaihe muuttuu ; tämä selittää tumman pisteen linssin ja tasosuuntaisen levyn kosketuspisteessä. Ilmakerroksen vakiopaksuiset viivat pallomaisen linssin alla ovat samankeskisiä ympyröitä normaalille valolle ja ellipsejä vinovalolle. $\pi$

K :nnen valon Newtonin renkaan säde (olettaen, että linssin kaarevuussäde on vakio ) heijastuneessa valossa ilmaistaan seuraavalla kaavalla:

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

missä on linssin kaarevuussäde, on valon aallonpituus tyhjiössä , on linssin ja levyn välisen väliaineen taitekerroin . $R$ $k=1,2,...,$ $\lambda$ $n$

K :nnen tumman Newtonin renkaan säde heijastuneessa valossa määritetään seuraavan kaavan mukaan:

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

Käyttö

Newtonin renkaita käytetään pintojen kaarevuussäteiden mittaamiseen , valon aallonpituuksien ja taitekertoimien mittaamiseen . Joissakin tapauksissa (esimerkiksi skannattaessa kuvia filmeille tai tulostettaessa optisesti negatiivista) Newtonin renkaat ovat ei-toivottu ilmiö.

käytetään fysiologiassa. Muotoiltujen elementtien laskenta suoritetaan kansilasin ja Gorjajevin kammion hankaamisen jälkeen, kunnes Newtonin renkaat ilmestyvät [3] .

Muistiinpanot

↑ Gagarin A.P. Newtonin renkaat // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3 Magnetoplasma kompressori - Poyntingin lause. - S. 370-371. — 672 s. - 48 000 kappaletta. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Landsberg G.S. Optics . — M .: Fizmatlit , 2003. — S. 115 . — 848 s. — ISBN 5-9221-0314-8 .
↑ Kuvaus Gorjajevin kameran ruudukosta . Haettu 10. heinäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 3. syyskuuta 2014. (määrätön)

Linkit

Newtonin sormuksiin liittyvä media Wikimedia Commonsissa
Kuva Newtonin renkaista punaisessa yksivärisessä valossa
Strizhko AN Tasokuperan linssin kaarevuussäteen määrittäminen Newtonin renkailla . Yhden ikkunan pääsy koulutusresursseihin. Haettu 3. kesäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 16. helmikuuta 2012. (Venäjän kieli)
Video Newtonin sormuksista