Ćw. nr 305	02.04.1997			Wydział Budownictwa	Semestr II	Grupa nr 3
			Przygotowanie	Wykonanie	Opracowanie	Ocena ostateczna

Temat: Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą pierścieni Newtona.

Światło jest falą elektromagnetyczną, tzn. falą polegającą na rozchodzeniu się w przestrzeni zmian natężenia pola elektrycznego i magnetycznego. W zjawiskach optycznych decydującą rolę odgrywa wektor natężenia pola elektrycznego E, zwany w skrócie wektorem elektrycznym. Do opisania fali świetlnej wystarcza określenie tego wektora w funkcji czasu i współrzędnych przestrzennych. Zachowanie się wektora elektrycznego fali biegnącej w kierunku osi x opisuje funkcja falowa:

T - okres fali, λ - długość fali, ϕ_o - faza początkowa.

Fale świetlne, zawarte w zakresie długości fal od 0.36 μm do 0.78 μm, mają właściwości oddziaływania na oko ludzkie. Długość fali decyduje o barwie światła. W zależności od długości fali widmo światła podzielono na pięć obszarów barwnych: fioletowy, niebieski, zielony, żółty i pomarańczowy, czerwony.

Interferencja polega na nakładaniu się dwóch lub większej liczby fal. W określonym punkcie przestrzeni nastąpi wzmocnienie lub osłabienie amplitudy, w zależności od różnicy faz nakładających się fal. Jeżeli dwie fale wybiegają z punktów o tej samej fazie początkowej wówczas w punkcie nałożenia występuje różnica faz wynikająca z różnicy przebytych dróg. Warunki interferencji możemy wyrazić zarówno przez różnicę faz Δϕ, jak przez różnicę dróg ΔS, maksimum Δϕ = k*2Π, ΔS = kλ minimum Δϕ = (2k+1)*Π, ΔS = (k+1/2)*λ.

Drogą optyczną nazywamy iloczyn drogi geometrycznej i współczynnika załamania.

Kołowe pierścienie interferencyjne, zwane pierścieniami Newtona, powstają, gdy równoległa wiązka światła pada na układ złożony z dokładnie płaskiej płytki szklanej oraz leżącej na niej soczewki płasko wypukłej o promieniu krzywizny R. Między soczewką i płytką znajduje się warstewka powietrza o grubości d wzrastającej ze wzrostem odległości od osi układu. Promień krzywizny soczewki wynosi kilkadziesiąt centymetrów, jest nieznacznie większy od pierścieni Newtona, których promienie są rzędu jednego milimetra.

Tabela wyników.

Nr pierścienia	al [ mm ]	ap [ mm ]
5	1.60	1.47
6	1.74	1.63
7	1.88	1.67
8	2.01	1.91
9	2.14	2.01
10	2.25	2.13
11	2.37	2.21
12	2.46	2.30
13	2.59	2.42
14	2.67	2.51
15	2.77	2.56

Promień soczewki wchodzącej w skład doświadczenia wynosi R = ( 0.87 ± 0.005 )m.

Błąd promienia pierścienia wynosi:

gdzie
.

Błąd popełniany przy wyznaczaniu długości fali obliczamy z wzoru:

Przykładowe obliczenia dla pierścienia nr 5.

Pozostałe wyniki umieszczone są w tabeli.

Nr pierścienia	am [ mm ]	λ [ nm ]	Δλ [ nm ]
5	1.535	601.85	4.24
6	1.685	593.36	4.11
7	1.775	557.14	3.83
8	1.96	588.75	3.98
9	2.075	582.23	3.91
10	2.19	580.29	3.86
11	2.29	574.07	3.8
12	2.38	566.16	3.73
13	2.505	577.04	3.78
14	2.59	571.15	3.72
15	2.665	563	3.66

Wartość średnia długości fali wynosi 577.73 nm.

Wartość średnia błędu pomiaru długości fali wynosi 3.88 nm.

Wynik końcowy można więc przedstawić w postaci:

λ = ( 577.73 ± 3.88 ) nm

WNIOSKI:

Zmierzona długość fali odpowiada w granicy błędu długości fal widmowych sodu. Z obliczeń umieszczonych w tabeli widać, iż błąd pomiaru długości fali zmniejsza się wraz ze zmniejszaniem się długości fali.

---