II rok INFORMATYKA	Ryszard Szyłak	95.04.28
Nr 19	Temat : Pomiar długości fali świetlnej (pierścienie Newtona) .

1. Opis ćwiczenia.

Do wyznaczenia długości fali świetlnej wykorzystano w ćwiczeniu zjawisko interferencji w układzie optycznym do otrzymywania pierścieni Newtona. Znając promienie poszczególnych pierścieni oraz promień krzywizny soczewki można wyznaczyć długość badanej fali . Ćwiczenie składało się z dwóch etapów . W pierwszym etapie należało wyznaczyć promień krzywizny płasko-wypukłej soczewki , użytej w układzie optycznym , badając wiązkę światła o znanej długości fali . Drugi etap polegał na określeniu długości fal światła monochromatycznego otrzymanego przez odfiltrowanie światła białego, z wykorzystaniem tego samego układu optycznego co w pierwszym etapie. Tym razem szukana była długość fali , którą można było wyliczyć znając promień krzywizny soczewki .

2. Przebieg ćwiczenia.

Zarówno w pierwszym jak i w drugim etapie ćwiczenia wykorzystano mikroskop , o słabym powiększeniu , do obserwacji powstałych w wyniku interferencji pierścieni Newtona w świetle odbitym . Mikroskop ten wyposażony był w ruchomy stolik , pozwalający na przesuwanie zamocowanego na nim przedmiotu . Dokładny pomiar przesuwu stolika w przód i tył był możliwy dzięki sprzężonemu z nim czujnikowi mikrometrycznemu . Na stoliku , bezpośrednio pod obiektywem , został umieszczony układ optyczny (soczewka płasko-równoległa i płytka szklana) do otrzymywania pierścieni Newtona . Na układ ten , za pomocą oświetlacza , została prostopadle kierowana wiązka światła pochodząca z umieszczonego przed oświetlaczem źródła. Powstały obraz interferencyjny obserwowano przez okular . Ponadto w pierwszym etapie źródłem światła o znanej długości fali (589 nm) była lampa sodowa , dająca żółtą linię sodu . W drugim etapie zamiast lampy sodowej użyto lampy mikroskopowej dającej światło białe , a także zastosowano filtry interferecyjne do otrzymywania światła monochromatycznego .

Szkic układu do obserwacji pierścieni Newtona :

3. Tabele pomiarów.

1) wyznaczanie promienia krzywizny soczewki :

Lp	rząd n	odczyt w przód rp [mm]	odczyt w tył rt [mm]
1.	5	1,35	1,28
2.	10	1,80	1,71
3.	15	2,15	2,06

2) wyznaczanie długości fali światła monochromatycznego :

a) filtr interferencyjny nr 1 :

Lp	rząd n	odczyt w przód rp [mm]	odczyt w tył rt [mm]
1.	5	1,29	1,28
2.	10	1,71	1,70
3.	15	2,06	2,04

b) filtr interferencyjny nr 2 :

Lp	rząd n	odczyt w przód rp [mm]	odczyt w tył rt [mm]
1.	5	1,38	1,33
2.	10	1,84	1,77
3.	15	2,22	2,14

3. Błędy i obliczenia.

Odpowiednio do powyższego punktu :

1) promień krzywizny soczewki i błąd jego pomiaru obliczono ze wzorów :

W celu wykonania obliczeń przyjęto : stałe r_n = 1,32 mm dla n = 5 , natomiast za r_m przyjmowano kolejne wartości na r ; λ_Na = 589 nm ,

Δr = 0,04 mm . Wyniki obliczeń :

Lp.	rząd m [mm]	[mm]	R [mm]	ΔR [mm]
1.	5	1,32	--	--
2.	10	1,76	460,2	84
3.	15	2,10	452,9	46

Średnia wartość promienia krzywizny soczewki wynosi R_śr = 455,1 mm ,

a odchylenie średnie kwadratowe od wartości średniej Δ_ŚrKwR = 2,7 mm .

2) długość fali światła monochromatycznego i błąd jej pomiaru wyznaczono ze wzorów :

W celu wykonania obliczeń przyjęto : stałe r_n = 1,32 mm dla n = 5 , natomiast za r_m przyjmowano kolejne wartości na r ; ΔR - odpowiednio dla rzędu n z tabel ; stałe R = 455,1 mm , Δr = 0,04 mm . Wyniki obliczeń :

a) filtr interferencyjny nr 1 :

Lp.	rząd m [mm]	[mm]	λ [nm]	Δλ [mm]
1.	5	1,28	--	--
2.	10	1,70	552	206
3.	15	2,05	561	115

Średnia wartość długości fali wynosi λ = 559 nm , a odchylenie średnie kwadratowe od wartości średniej Δ_ŚrKwλ = 5 nm .

b) filtr interferencyjny nr 2 :

Lp.	rząd m [mm]	[mm]	λ [nm]	Δλ [nm]
1.	5	1,36	--	--
2.	10	1,80	625	226
3.	15	2,18	640	127

Średnia wartość długości fali wynosi λ = 638 nm , a odchylenie średnie kwadratowe od wartości średniej Δ_ŚrKwλ = 9 nm .

4. Wnioski z ćwiczenia .

W otrzymanych wynikach pomiaru długości fali i promienia krzywizny soczewki wyróżniono dwa rodzaje błędów . Błędy wyznaczone metodą róż-niczki zupełnej świadczą o wpływie poszczególnych wielkości na wielkość badaną , błąd średni kwadratowy natomiast pokazuje jaka jest powtarzalność pomiarów . Uzyskane wynki świadczą o dość dobrej powtarzalności .

O poprawności wyników świadczą też barwy jakie odpowiadają uzyska-nym długością fali :

- filtr nr 1 : λ_Śr = 559 nm - barwa ta leży na granicy barw : zielona i żółtozie-lona (570 nm) - co zgadza się z barwą filtru użytego w ćwiczeniu ,

- filtr nr 2 : λ_Śr = 638 nm - barwa ta leży na granicy barw : pomarańczowa i czerwona (630 nm) - co także zgadza się z barwą filtru użytego w ćwiczeniu .

Na błędy pomiarów miały wpływ między innymi takie czynniki jak :

- niemożność dokładnego określenia środka pierścieni - kąt widzenia na to nie pozwalał ,

- duża trudność w odróżnieniu pierścieni o rzędzie n > 30 ,

- duża czułość układu na wpływ czynników zewnętrznych takich jak szturchni

---