Inelele lui Newton

Inelele lui Newton sunt maxime și minime de interferență în formă de inel care apar în jurul punctului de contact al unei lentile convexe și al unei plăci plan-paralele atunci când lumina trece prin lentilă și placă. Ele au fost descrise pentru prima dată în 1675 de I. Newton [1] .

Descriere

Un model de interferență sub formă de inele apare atunci când lumina este reflectată de pe două suprafețe, dintre care una este plată, iar cealaltă are o rază de curbură relativ mare și este în contact cu prima (de exemplu, o placă de sticlă și un plan). - lentilă convexă ). Dacă un fascicul de lumină monocromatică cade pe un astfel de sistem într-o direcție perpendiculară pe o suprafață plană, atunci undele de lumină reflectate de fiecare dintre suprafețele menționate interferează între ele. Modelul de interferență astfel format constă dintr-un cerc întunecat observat în punctul de contact al suprafețelor și care îl înconjoară alternând inele concentrice deschise și întunecate [2] .

Explicația clasică a fenomenului

Pe vremea lui Newton, din cauza lipsei de informații despre natura luminii, era extrem de dificil să se ofere o explicație completă a mecanismului de formare a inelelor. Newton a stabilit o relație între dimensiunea inelelor și curbura lentilei; a înțeles că efectul observat se datorează proprietății periodicității luminii, dar abia mai târziu Thomas Young a reușit să explice în mod satisfăcător motivele formării inelelor . Să urmăm cursul raționamentului său. Ele se bazează pe presupunerea că lumina sunt unde . Luați în considerare cazul în care o undă monocromatică este incidentă aproape perpendicular pe o lentilă plan- convexă .

Valul 1 apare ca rezultat al reflectării de pe suprafața convexă a lentilei la interfața sticlă-aer, iar valul 2 - ca rezultat al reflexiei de pe placă la interfața aer-sticlă. Aceste unde sunt coerente , ceea ce înseamnă că au aceleași lungimi de undă și diferența lor de fază este constantă. Diferența de fază apare din cauza faptului că valul 2 parcurge o distanță mai mare decât valul 1. Dacă a doua undă rămâne în urmă cu un număr întreg de lungimi de undă, atunci, însumând, undele se amplifică reciproc.

\Delta =m\lambda

- max,

unde este orice număr întreg și este lungimea de undă. $m$ $\lambda$

Dimpotrivă, dacă a doua undă rămâne în urma primului cu un număr impar de semi-unde, atunci oscilațiile cauzate de acestea se vor produce în faze opuse , iar undele se anulează reciproc.

\Delta =(2m+1){\lambda \over 2)

min,

unde este orice număr întreg și este lungimea de undă. $m$ $\lambda$

Pentru a ține cont de faptul că viteza luminii este diferită în diferite substanțe, atunci când se determină pozițiile minimelor și maximelor, se folosește nu diferența de cale, ci diferența de cale optică (diferența de lungimi de cale optică).

Dacă este lungimea căii optice, unde este indicele de refracție al mediului și este lungimea căii geometrice a undei luminoase, atunci obținem formula pentru diferența de cale optică : $nr$ $n$ $r$

n_{2}r_{2}-n_{1}r_{1}=\Delta .

Dacă se cunoaște raza de curbură R a suprafeței lentilei, atunci este posibil să se calculeze la ce distanțe de la punctul de contact al lentilei cu placa de sticlă diferențele de cale sunt astfel încât undele de o anumită lungime λ se anulează reciproc. . Aceste distanțe sunt razele inelelor întunecate ale lui Newton. De asemenea, este necesar să se țină seama de faptul că atunci când o undă luminoasă este reflectată dintr-un mediu optic mai dens, faza undei se schimbă în ; aceasta explică pata întunecată din punctul de contact dintre lentilă și placa plan-paralelă. Liniile de grosime constantă ale stratului de aer sub o lentilă sferică sunt cercuri concentrice pentru incidența normală a luminii și elipse pentru lumina oblică. $\pi$

Raza inelului lui Newton k - a luminii (presupunând o rază constantă de curbură a lentilei) în lumina reflectată este exprimată prin următoarea formulă:

r_{k}={\sqrt {\left(k-{1\over 2}\right){\frac {\lambda R}{n))}),

unde este raza de curbură a lentilei, este lungimea de undă a luminii în vid , este indicele de refracție al mediului dintre lentilă și placă. $R$ $k=1,2,...,$ $\lambda$ $n$

Raza k --lea inel al lui Newton întunecat în lumina reflectată este determinată în conformitate cu formula:

r_{k}={\sqrt {k{\frac {\lambda R}{n}))).

Utilizare

Inelele lui Newton sunt folosite pentru a măsura razele de curbură ale suprafețelor, pentru a măsura lungimile de undă ale luminii și indicii de refracție . În unele cazuri (de exemplu, când scanați imagini pe filme sau imprimați optic de pe un negativ), inelele lui Newton sunt un fenomen nedorit.

folosit în fiziologie. Numărarea elementelor modelate se efectuează după frecarea sticlei de acoperire și a camerei lui Goryaev până când apar inelele lui Newton [3] .

Note

↑ Gagarin A.P. Inele de Newton // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3 Compresor de magnetoplasmă - Teorema lui Poynting. - S. 370-371. — 672 p. - 48.000 de exemplare. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Landsberg G.S. Optics . — M .: Fizmatlit , 2003. — S. 115 . — 848 p. — ISBN 5-9221-0314-8 .
↑ Descrierea grilei camerei lui Goryaev . Preluat la 10 iulie 2015. Arhivat din original la 3 septembrie 2014. (nedefinit)

Link -uri

Mass-media legate de inelele lui Newton la Wikimedia Commons
Fotografie cu inelele lui Newton în lumină roșie monocromatică
Strizhko AN Determinarea razei de curbură a unei lentile plan-convexe folosind inelele lui Newton . Fereastra unică de acces la resurse educaționale. Consultat la 3 iunie 2011. Arhivat din original pe 16 februarie 2012. (Rusă)
Videoclip care arată inelele lui Newton