ИЗУЧАВАНЕ НА ПРЪСТЕНИТЕ НА НЮТОН
СВЕТЛИННА ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ.
Вълновата интерференция е явлението на усилване на трептенията в някои точки на пространството и отслабване на трептенията в други точки в резултат на наслагването на две или повече кохерентни вълни, достигащи до тези точки.
Тъй като светлината е електромагнитни вълни, трябва да се наблюдава светлинна интерференция
кохерентни вълни. Вълни с еднаква честота, трептенията в които се различават в постоянна фазова разлика, която не се променя с времето, се наричат кохерентни (свързани).
Дължина на оптичния път.Ако след разделяне на светлинен лъч на два лъча, последният ще се разпространява в различни среди, тогава при изчисляване на фазовата разлика, получена от вълните, трябва да се вземе предвид промяната в дължината на вълната по време на прехода от вакуум към среда.
Дължината на оптичния път е произведение от индекса на пречупване n и дължината на геометричния път d.
Фазова разлика на кохерентни вълни.Ако във вакуум дължината на вълната е,тогава в среда с индекс на пречупванеnдължината на вълната и скоростта на разпространение на вълната са.
Ако една от вълните премине пътя d1 в среда с индекс на пречупване n1, а другата премине пътя d2 в среда с индекс на пречупване n2, тогава придобитата фазова разлика
За да се наблюдава стабилна във времето интерферентна картина, са необходими условия, при които честотите, поляризациите и фазовата разлика на интерфериращите лъчи ще бъдат постоянни през цялото време на наблюдение.
За да се получат кохерентни вълни, очевидно е необходимо да има два източника на вълни с еднаква честота, осцилиращи с постоянна фазова разлика. Въпреки това, светлинните вълни, излъчвани от отделни атоми на светлинен източник, по никакъв начин не са подравнени по фаза.Следователно кохерентните светлинни вълни се получават чрез разделяне с помощта на едно или друго оптично устройство на вълна, идваща от един източник на светлина, на две вълни, вървящи в различни посоки. Ако тези вълни преминават през различни пътища и след това отново се събират и наслагват една върху друга, тогава, тъй като фазата на вълната се променя с различни количества по пътища с различна дължина, те ще стигнат до точката на среща с постоянна фазова разлика, която не се променя във времето.
Помислете за две вълни с еднаква честота, разпространяващи се в една и съща посока. Наложени един върху друг, те възбуждат вибрации с една и съща посока в някои точки на пространството:
,
.
Амплитудата на резултантното трептене в дадена точка се определя по формулата: .
Ако фазовата разлика на възбудените трептения остава постоянна във времето, тогава вълните се наричат кохерентни, а източниците на такива вълни - кохерентни източници. В случай на некохерентни вълни, тя се променя непрекъснато, като приема всякакви стойности с еднаква вероятност, в резултат на което осреднената за времето стойност е: и .
От интензитета на светлината
, тогава интензитетът, наблюдаван при наслагване на некохерентни вълни, е равен на сумата от интензитетите, създадени от всяка вълна поотделно: .
В случай на кохерентни вълни, той има стойност, която е постоянна във времето, но различна за всяка точка в пространството, така че интензитетът е:
, (2.1)
също е постоянна за всяка точка в пространството.
Интензитетът на светлината в цялото поле, където възниква наслагването на кохерентни вълни, ще варира в рамките на: , и в тези точки в пространството, за които > стойности > , в тези точки, за които 2 е от числото на пръстена n. Съгласно съотношението (2.11), графиката трябва да бъде права линия, минаваща през началото, наклонакоето е равно на R .
Работна поръчка
1. Поставете правилно микроскопа пред лампата и получете ясна интерферентна картина.
2. Измерете диаметрите на 3 - 5 тъмни Нютонови пръстена, оценете точността на измерванията. Като се има предвид, че тъмното петно в средата не е пръстен и увеличението на микроскопа.
3. Изчислете радиуса на кривина на лещата с филтър за червена светлина l= 650 nm.
4. Повторете експеримента с друг светлинен филтър.
5. Измерете диаметрите на тъмните пръстени на Нютон и определете дължината на вълната на светлината от известния радиус на кривина на лещата.
6. Представете резултатите под формата на таблица.
7. Сравнете получените стойности на дължината на вълната с таблицата и направете изводи.