Методика эксперимента

Кольца Ньютона, это классический пример кольцевых полос равной толщины, наблюдаемых при интерференции лучей, отражённых от поверхностей зазора между стеклянной пластинкой и соприкасающейся с ней выпуклой линзой.

Видность интерференционных полос характеризуют отношением интенсивностей света в максимумах и минимумах по формуле:

. (1)

Эта величина изменяется в пределах от нуля, при для некогерентного света, до единицы, при в случае когерентного света.

Полосы могут наблюдаться как в отражённом, так и в прошедшем свете. Однако в последнем случае видность интерференционной картины существенно ниже. Действительно, если лучи 1 и 2 примерно равны по интенсивности, то луч 3 во много раз сильнее луча 4 (рис. 1.), поскольку коэффициент отражения от стекла равен примерно 4 %, а как следует из формулы (1) максимальная видность реализуется при равных интенсивностях интерферирующих лучей.

Рис. 1. Получение полос равной толщины в воздушном клине. Углы отклонения лучей от нормали сильно преувеличены.

Интенсивности колец в проходящем и отражённом свете дополнительны, то есть в любой точке зазора сумма их интенсивностей постоянна и равна интенсивности падающей плоской волны (рис. 2.). Это является следствием выполнения закона сохранения энергии, переносимой светом при интерференции.

Рис. 2.

Измерив, радиус тёмного или светлого кольца, по формулам (5.3) и (5.4) можно рассчитать радиус линзы. Однако непосредственный расчёт по формуле (5.3) может привести к значительным погрешностям. Следует обратить внимание на то, что формулы (5.3) и (5.4) справедливы лишь в случае идеального (точечного) контакта сферической поверхности линзы с пластинкой. Но идеальных контактов не бывает, и в общем случае номера наблюдаемых колец могут не совпадать с порядком интерференции, и это обстоятельство необходимо учитывать при расчётах.

Поэтому радиус линзы определяют по измеренным радиусам и двух колец с номерами, соответственно, и по формуле:

.

На практике удобнее измерять не радиусы колец Ньютона, а их диаметры , поэтому формулу лучше переписать в виде:

. (2)

Для типичных линз радиусы колец Ньютона и расстояния между ними малы. Поэтому наблюдение и измерение радиусов интерференционных колец осуществляется с помощью микроскопа. В настоящей работе используется микроскоп «Микромед-6», оснащённый цифровой видеокамерой высокого разрешения DCM500, подключённой к компьютеру. Наблюдение колец Ньютона ведётся в проходящем не монохроматическом свете, поэтому кольца имеют радужную окраску.