Newtons ringar

Newtons ringar är ringformade interferensmaxima och minima som uppträder runt kontaktpunkten för en konvex lins och en planparallell platta när ljus passerar genom linsen och plattan. De beskrevs första gången 1675 av I. Newton [1] .

Beskrivning

Ett interferensmönster i form av ringar uppstår när ljus reflekteras från två ytor, varav den ena är platt och den andra har en relativt stor krökningsradie och är i kontakt med den första (till exempel en glasplatta och en plano). -konvex lins ). Om en stråle av monokromatiskt ljus faller på ett sådant system i en riktning vinkelrät mot en plan yta, så stör ljusvågorna som reflekteras från var och en av de nämnda ytorna varandra. Interferensmönstret som bildas på detta sätt består av en mörk cirkel som observeras i kontaktpunkten för ytorna och som omger den omväxlande ljusa och mörka koncentriska ringar [2] .

Klassisk förklaring av fenomenet

På Newtons tid, på grund av bristen på information om ljusets natur, var det extremt svårt att ge en fullständig förklaring av mekanismen för bildandet av ringar. Newton etablerade ett förhållande mellan storleken på ringarna och linsens krökning; han förstod att den observerade effekten berodde på egenskapen av ljusets periodicitet, men det var först långt senare som Thomas Young lyckades förklara orsakerna till ringarnas bildande på ett tillfredsställande sätt . Låt oss följa hans resonemang. De bygger på antagandet att ljus är vågor . Tänk på fallet där en monokromatisk våg infaller nästan vinkelrätt på en plankonvex lins .

Våg 1 uppträder som ett resultat av reflektion från linsens konvexa yta vid gränsytan mellan glas och luft, och våg 2 - som ett resultat av reflektion från plattan vid gränsytan mellan luft och glas. Dessa vågor är koherenta , vilket innebär att de har samma våglängder och deras fasskillnad är konstant. Fasskillnaden uppstår på grund av det faktum att våg 2 färdas en längre sträcka än våg 1. Om den andra vågen släpar efter den första med ett heltal av våglängder, så förstärker vågorna varandra.

\Delta =m\lambda

— max,

där är ett heltal och är våglängden. $m$ $\lambda$

Tvärtom, om den andra vågen släpar efter den första med ett udda antal halvvågor, kommer svängningarna som orsakas av dem att inträffa i motsatta faser , och vågorna tar ut varandra.

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

min,

där är ett heltal och är våglängden. $m$ $\lambda$

För att ta hänsyn till det faktum att ljusets hastighet är olika i olika ämnen, när man bestämmer positionerna för minima och maxima, används inte vägskillnaden, utan den optiska vägskillnaden (skillnaden i optiska väglängder).

Om är den optiska väglängden, var är mediets brytningsindex och är den geometriska väglängden för ljusvågen, då får vi formeln för den optiska vägskillnaden : $nr$ $n$ $r$

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

Om krökningsradien R för linsytan är känd, så är det möjligt att beräkna på vilka avstånd från linsens kontaktpunkt med glasplattan banskillnaderna är sådana att vågor av en viss längd λ tar ut varandra . Dessa avstånd är radierna för Newtons mörka ringar. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till det faktum att när en ljusvåg reflekteras från ett optiskt tätare medium ändras vågens fas till ; detta förklarar den mörka fläcken vid kontaktpunkten mellan linsen och den planparallella plattan. Linjer med konstant tjocklek av luftskiktet under en sfärisk lins är koncentriska cirklar för normalt ljusinfall och ellipser för snett ljus. $\pi$

Radien för det k - :te ljuset Newtons ring (förutsatt att linsens krökningsradie är konstant ) i reflekterat ljus uttrycks med följande formel:

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

där är linsens krökningsradie, är ljusets våglängd i vakuum , är brytningsindexet för mediet mellan linsen och plattan. $R$ $k=1,2,...,$ $\lambda$ $n$

Radien för den k -: te mörka Newtons ring i reflekterat ljus bestäms i enlighet med formeln:

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

Användning

Newtons ringar används för att mäta krökningsradier för ytor, för att mäta ljusets våglängder och brytningsindex . I vissa fall (till exempel vid skanning av bilder på film eller optisk utskrift från negativ) är Newtons ringar ett oönskat fenomen.

används inom fysiologi. Räkningen av formade element utförs efter att ha gnuggat täckglaset och Goryaevs kammare tills Newtons ringar dyker upp [3] .

Anteckningar

↑ Gagarin A.P. Newton ringar // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3 Magnetoplasma compressor - Poyntings teorem. - S. 370-371. — 672 sid. - 48 000 exemplar. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Landsberg G.S. Optik . — M .: Fizmatlit , 2003. — S. 115 . — 848 sid. — ISBN 5-9221-0314-8 .
↑ Beskrivning av rutnätet för Goryaevs kamera . Hämtad 10 juli 2015. Arkiverad från originalet 3 september 2014. (obestämd)

Länkar

Media relaterade till Newtons ringar på Wikimedia Commons
Foto av Newtons ringar i rött monokromatiskt ljus
Strizhko AN Bestämning av krökningsradien för en plankonvex lins med hjälp av Newtons ringar . Ett enda fönster för tillgång till utbildningsresurser. Hämtad 3 juni 2011. Arkiverad från originalet 16 februari 2012. (ryska)
Video som visar Newtons ringar