Zagadnienia teoretyczne

Pierścienie Newtona stanowią typowe prążki jednakowej grubości. Ich powstawanie jest efektem występowania zjawisk; odbicia, załamania i interferencji.

Załamanie i odbicie promieni świetlnych następuje na powierzchniach granicznych ośrodków. Powstająca rodziny promieni odbitych i przechodzących, jako spójne, interferują (czyli nakładają się) między sobą. Efektem tego są wzmocnienia i osłabienia interferencyjne w postaci jaśniejszych i ciemniejszych prążków. Fakt wzmacniania lub osłabiania fal świetlnych zależny jest od faz promieni.

To czy promienie spotkają się w określonej (zgodnej lub przeciwnej) fazie zależy od tego, jaka będzie różnica ich dróg optycznych. Drogą optyczną D nazywamy iloczyn drogi geometrycznej L (czyli drogi przebytej przez promień światła) i współczynnika załamania światła dla danego ośrodka n; zatem:

Schemat zasady powstawania pierścieni Newtona przedstawia poniższy rysunek:

Soczewka płasko-wypukła o dużym promieniu krzywizny ustawiona jest na grubej płytce szklanej. Między soczewką i płytką tworzy się cienka warstwa powietrza o niejednakowej grubości. Promień padający na górną (płaską) powierzchnię soczewki pod pewnym kątem ulega odbiciu na trzech pograniczach. Ze względu na dużą grubość soczewki ,a małą grubość warstwy powietrza między soczewką i płytką, do interferencji zdolne są promienie 3 i 4. Jeżeli kąt padania promienia 1 jest praktycznie zerowy, to uwzględniając fakt ,że dla warstwy powietrza n=1, można warunek interferencyjnego wzmocnienia promieni odbitych można zapisać:

Odpowiada to określonemu pierścieniowi jasnemu o promieniu r. Z zależności geometrycznej, pokazanej na załączonym poniżej rysunku, wynika, że:

lub uwzględniając, że h << R:

Korzystając z powyższych równań otrzymujemy:

Analogicznie, dla dowolnego pierścienia ciemnego o promieniu rc otrzymamy zależność; R - promień krzywizny soczewki

h - grubość warstwy powietrza

r - promień pierścieni Newtona

  długość fali światła

W naszym przypadku R=4270 15 mm.

Mierząc rk dla kilkunastu różnych ciemnych pierścieni można z powyższego równania np. metodą graficzną wyznaczyć długość fali.

Wykaz przyrządów:

• mikroskop do obserwacji pierścieni Newtona

• płaskowypukła soczewka o promieniu krzywizny powierzchni wypukłej R=4270 ± 15 mm

• płytka płaskorównoległa

• lampa sodowa

Kolejność wykonywania czynności: Schemat zestawu pomiarowego

• włączyć lampę sodową

• ustawić w mikroskopie ostrość obrazu górnej powierzchni płytki płaskorównoległej

• dobrać oświetlenie za pomocą przesłony tak, aby obraz pierścienia był jasny i kontrastowy

• ustawić soczewkę w taki sposób, aby środek układu pierścieni widocznych w okularze mikroskopu znalazł się na skrzyżowaniu nici i przy ruchu stolika (poziomym i pionowym) przesuwał się wzdłuż nici

• zmierzyć promienie kilkunastu ciemnych pierścieni, przesuwając stolik przy pomocy śruby mikrometrycznej zarówno w dół jak i w górę (a także w prawo i w lewo) w stosunku do środka układu pierścieni

• w celu wyeliminowania ewentualnej niesferyczności soczewki należy obrócić ją o około 45 i powtórzyć czynności z dwóch ostatnich podpunktów

• obliczyć średnią arytmetyczną uzyskanych pomiarów promienia poszczególnych pierścieni r_k

• sporządzić wykres r_k² = f(k).

Znaleźć współczynnik kierunkowy prostej występujący w równaniu y = ax + b (metoda najmniejszych kwadratów) aproksymując rezultaty pomiarów.

Ocena metody pomiarowej:

Wnioski.

---