Ćwiczenie

Wyznaczanie długości fali metodą pierścieni Newtona

Wprowadzenie:

Przy wyznaczaniu długości fali metodą pierścieni Newtona wykorzystuje się zjawisko dyfrakcji i interferencji światła. Dyfrakcją nazywamy ugięcie się prostoliniowego biegu światła na otworach bądź krawędziach przesłon o wymiarach porównywalnych z długością fali . Interferencja jest to nakładanie się fal o tej samej częstotliwości

, powodujące wzmocnienie lub osłabienie natężenie fali wypadkowej - możliwe jest to gdy fale są ze sobą spójne

( to znaczy różnica faz tych fal jest stała w czasie). Oddzielna źródła światła nie są ze sobą spójne . Fale spójne wytwarza się przez nałożenie na siebie promieni wychodzących z tego samego źródła , ale przebywających różne drogi optyczne , jednym ze sposobów uzyskania różnicy dróg jest układ optyczny wytwarzający pierścienie Newtona . Pierścienie Newtona uzyskujemy gdy światło monochromatyczne poda na układ składający się z soczewki płaskowypukłej i płytki równoległej . Pomiędzy płytką a soczewka znajduje się cienka warstwa powietrza , której grubość wzrasta stopniowo od punktu styku ku brzegom. Światło padające prostopadle na układ soczewka-płytka ulega częściowo odbiciu na każdej powierzchni granicznej. Promienie odbite mogą ze sobą interferować . Pierścienie Newtona powstają w wyniku interferencji promienia odbitego od górnej powierzchni płytki z promieniem odbitym od sferycznej powierzchni soczewki . Między tymi promieniami istnieje różnica dróg. Pomiar promieni pierścieni Newtona , przy znanym promieniu soczewki ,pozwala wyznaczyć za pomocą wzoru
długość fali światła monochromatycznego oświetlającego układ soczewka-płytka.

Wykonanie ćwiczenia:

Cechowanie podziałki okularu mikrometrycznego :

• Umieszczam na stoliku mikroskopu płytkę szklaną z naniesioną skalą mikrometryczna (
  podziałek na
  ) i oświetlam ją od dołu poprzez lusterko mikroskopu.

• Tak długo nastawiam płytkę i okular , aż odszukam w polu widzenia mikroskopu skalę mikrometryczną . Następnie ustawiam ją na przecięciu krzyża z nitek pajęczych tak, aby krzyż podczas obrotu śruby okularu przesuwał się równolegle do skali na płytce szklanej.

• Obracam śrubę okularu , ustawiam krzyż kolejno na podziałkach :
  skali cechującej mikrometrycznej i zapisuję wskazania okularu mikrometrycznego . Uzyskane wyniki wpisuję do tabeli tego ćwiczenia.

• Obliczam liczbę podziałek bębna
  , przypadającej na każde
  . Liczę wartość średnią
  

• liczę wartość jednej podziałki bębna okularu
  , wyrażam ją w mikrometrach
  .

Pomiar promieni pierścieni interferencyjnych :

• Pod obiektywem umieszczam centralnie względem osi optycznej mikroskopu układ soczewka-płytka z czerwonym filtrem szklanym

• Na filtr kieruję wiązkę skupionego , monochromatycznego światła

• Manipuluję tubusem mikroskopu , aż do momentu kiedy ujrzę pierścienie . Ustawiam ostrość a następnie przesuwam układ tak aby środek pierścieni znajdował się z lewej ( prawej ) strony pola widzenia mikroskopu.

• Śrubą mikrometryczną przesuwam krzyż w środek pierścienia zerowego i po raz pierwszy odczytuję wskazania podziałki okularu
  
  .

• Przesuwam krzyż nitek na kolejne środki prążków rzędu
  . Odczytuję wskazania okularu
  
  .

• Obliczam w podziałkach okularu wartość promienia kolejnych pierścieni:

• Średnią z wartości promienia danego rzędu , zmierzonych na lewo i prawo, mnożymy przez
  i otrzymujemy promień pierścienia
  wyrażony w mikrometrach :

• Wybieram dwa pierścienie o rzędach
  i
  różniące się od siebie możliwie najbardziej. Ze wzoru
  obliczam długość fali interferującej promieni świetlnych

• Obliczam wartość średnią długości fali
  
  

Obliczenia:

Promienie pierścienia

Np.

Obliczanie długości fali:

Dla
i

Dla
i

Dla
i

Dla
i
:

Wartość średnia długości fali :

Rachunek błędu :

1. Dokładność cechowania podziałki bębna

Dokładność pomiaru promienia pierścienia:

Dokładność wyznaczenia długości fali:

Błąd procentowy :

---