Ви є тут

Вивчення явища інтерференції

Вивчення явища інтерференції
Вивчення явища інтерференції

Мета роботи: дослідити явище інтерференції за допомогою фотографії "кілець Ньютона".
Обладнання: фотографія "кілець Ньютона", лінійка.

Теоретичні відомості:
"Кільця Ньютона" пояснюються наявністю тонкого повітряного прошарку між лінзою і пластиною.
Рис.1 Схематичне зображення утворення "кілець Ньютона".
Інтерференція відбувається між світловим пучком 1, відбитим від випуклої поверхні лінзи (відхиленням цього пучка від вертикального напрямку можна знехтувати), і світловим пучком 2, відбитим від плоскої поверхні пластини.
Оптична різниця ходу цих двох пучків дорівнюватиме Δd=2h+λ/2 (1),

де h - товщина повітряного прошарку, а доданок λ/2 обумовлений "втратою півхвилі" при відбиванні від поверхні скла. Повітряний прошарок аналогічний тонкій плівці змінної товщини. Залежність h від відстані r до центра кілець можна одержати, записавши для прямокутного трикутника ABO теорему Піфагора: R2=r2+(R-h)2 → h=R-(R2-r2)1/2. Одержане співвідношення домножимо і поділимо на спряжене:

Враховуючи, що R >> r, одержимо: h=r2/2R. (2)
Величина r, що відповідає середині темного кільця з номером k, визначається з умов послаблення двох хвиль при інтерференції: Δd=(2k+1)λ/2.
Врахувавши рівняння (1), маємо: 2h+λ/2 = (2k+1)λ/2 → 2h = kλ → 2h = kλ/2. (3)
Прирівняємо (2) та (3) і отримаємо: r2/2R = kλ/2 → R = r2/kλ.
Темна пляма в центрі кілець відповідає випадку k = 0. В цьому випадку різниця ходу Δd=λ/2 обумовлена лише "втратою півхвилі", тобто змінює лише фазу світлової хвилі в пучку 2 на протилежну при відбиванні від оптично густішого середовища (в даному випадку від скла пластини).
Хід роботи:
1. Розгляньте фотографію "кілець Ньоютона". Фото зроблене з 20-ти кратним збільшенням: плоско-випукла лінза з великим радіусом кривини лежить на пласкій скляній пластині. Систему зверху освітлюють монохроматичним світлом з довжиною хвилі λ = 550 нм (зелене світло). При спостереженні зверху (у відбитому світлі) видно круглу темну пляму, оточену концентричними світлими і темними кільцями.
Рис.2 Кільця Ньютона. Оригінальна ширини обох зображень - 8,5 см.
2. Виміряйте радіус третього темного кільця та визначте радіус кривини лінзи.
3. Визначте товщину прошарку повітря між лінзою і склом в точці А.
4. Чому кільця, утворені в червоному світлі, мають інший радіус, ніж кільця в зеленому світлі?
5. Якщо лінза має нерівність (виступ, раковину - тобто, погано відшліфована) в точці А, то як зміниться видима картина "кілець Ньютона"?
Контрольні запитання:
1. В чому суть явища інтерференції?
2. Які хвилі називають когерентними?
3. Сформулюйте умову максимумів і мінімумів інтерференції.
4. Як можна перевірити чистоту обробки плоскої поверхні, якщо мати ідеально рівну скляну пластинку?.