cw081.pdf

(210 KB) Pobierz
cw81/Ratajczyk 4.11.
Ćwiczenie 81
A. Kubica
WYZNACZANIE PROMIENIA KRZYWIZNY
SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ
ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA
Cel ćwiczenia: poznanie prążków interferencyjnych równej grubości,
wykorzystanie tego zjawiska do celów pomiarowych.
Zagadnienia: zjawisko interferencji światła, prążki interferencyjne równej
grubości, prążki Newtona.
81.1. Wprowadzenie
Przed czytaniem poniższego tekstu należy zapoznać się z zagadnieniami
opisanymi w rozdziale W1 „Wstęp do ćwiczeń z interferencji i dyfrakcji
światła” podrozdziały: W1.1, W1.2 i W1.3.
Szczególnym przypadkiem
interferencji są tzw. pierścienie
Newtona. Można je łatwo zaob-
serwować, jeśli na płaskiej płytce
szklanej, zwanej sprawdzianem,
umieści się (jak na rys. 81.2)
soczewkę płaskowypukłą. Między
powierzchnią płaską sprawdzianu a
sferyczną soczewki tworzy się klin
powietrzny o zmiennym kącie. Prążki
interferencyjne równej grubości
tworzące się w takim klinie mają
155
Rys. 81.1. Obraz prążków Newtona
42665848.001.png
kształt kolisty (rys. 81.1). W miarę wzrostu odległości od środkowego,
ciemnego prążka (a raczej dysku), utworzonego w miejscu styku obu
powierzchni, kolejne prążki coraz bardziej się zagęszczają aż przestają być
rozróżnialne.
Uwaga: Niekiedy zdarza się, że prążek zerowy jest jasny, co oznacza, iż obie
powierzchnie nie przylegają do siebie. Spowodowane to jest zwykle
zanieczyszczeniami powierzchni np. śladami tłuszczu i pyłkami, które należy
usunąć.
81.2. Zasada pomiaru i układ pomiarowy
Zasada pomiaru promienia krzywizny soczewki (lub długości fali
świetlnej λ) polega w zasadzie na bezpośrednim pomiarze średnicy
określonego kołowego prążka interferencyjnego. W praktyce, mierzy się tylko
prążki ciemne. Są one węższe od jasnych co wpływa korzystnie na dokładność
pomiaru. Zgodnie z (W1.28) otrzymuje się następującą zależność:
R s
h
K =
K
λ
2
, K = 012
,, ,
(81.1)
gdzie jest wysokością klina dla K–tego ciemnego prążka, zaś λ jest
długością fali w powietrzu. Różnica wysokości
h K
+1 między
kolejnymi prążkami K+1 i K wynosi λ / 2 Prążki interferencyjne są więc
warstwicami określającymi przyrost wysokości o λ / 2. Korzystając z rys. 81.2
można napisać
( )
∆ hh h
K
K
Rh r R
s
− + =
2
2
s .
K
K
Stąd
rh
h
+
2
R
=
K
K
,
s
2
K
156
= −
2
2
 
a po podstawieniu (81.1)
rh
K
+
2
λ .
R
=
K
K
s
Wartość jest na ogół kilka milionów razy większa od , tak więc bez
popełnienia dostrzegalnego błędu można ostatecznie w przybliżonej postaci
napisać
r K 2
h 2
R
=
r
K
2
λ , K = 012
,,
(81.2)
s
Znając promień r K K –tego prążka
kołowego można obliczyć wielkość
promienia krzywizny soczewki R s .
W tym celu należy posłużyć się
odpowiednim przyrządem, umożli-
wiającym dogodną obserwację
prążków oraz pomiar ich średnic.
W najprostszym przypadku, gdy
prążki nie są zagęszczone, do
pomiaru średnicy można użyć
zwykłej podziałki milimetrowej,
umieszczonej na górnej powierzchni
płytki. Oczywiście, przy tak prostym
urządzeniu, nie należy oczekiwać
dużej dokładności pomiaru. Dokład-
ność tę można znacznie zwiększyć
dostosowując do pomiarów
odpowiedni mikroskop. Schemat optyczny jednego z możliwych rozwiązań
pokazano na rys. 81.3.
157
2
K
Rys. 81.2. Prążki interferencyjne układają
się warstwicowo
42665848.002.png
Takim urządzeniem będziemy posługiwali się na ćwiczeniach w pracowni.
Jest to mikroskop, na stoliku którego umieszcza się płaskorównoległą płytkę
szklaną P . Na taką płytkę nakłada się mierzoną soczewkę płaskowypukłą .
Oba elementy są oświetlone przez obiektyw mikroskopu równoległą wiązką
światła monochromatycznego za pomocą oświetlacza O z filtrem F
monochromatyzującym światło, soczewki i półprzepuszczalnego
zwierciadła Z , umieszczonego nad obiektywem mikroskopu.
L 0
L 1
Rys. 81.3. Schemat mikroskopu do pomiaru pierścieni Newtona: t – przesuwny stolik
mikroskopu, p – szklana płytka płaskorównoległa, – mierzona soczewka, Ob – obiektyw
mikroskopu, Z – zwierciadło półprzeźroczyste dzielące światło, Ok – okular, O – oświetlacz,
F – wymienny filtr, – soczewka
L 0
L 1
158
42665848.003.png
Okular OK mikroskopu wyposażony jest w tzw. krzyż celowniczy.
W płaszczyźnie tego krzyża tworzy się obraz prążków interferencyjnych
Newtona.
Na rys.81.3 strzałkami zaznaczono kierunek przesuwu stolika
mikroskopowego. Wielkość przesuwu mierzy się czujnikiem zegarowym.
81.3. Zadania do wykonania
L 1
– Powierzchnie soczewki i płytki płaskorównoległej przemyć alkoholem,
przetrzeć do sucha czystą flanelą i przedmuchać gumową gruszką.
– Położyć mierzoną soczewkę na płytce tak, aby jej strona wypukła stykała się
z płytką i umieścić je na stoliku mikroskopu.
Stolik winien być ustawiony w położeniu środkowym. Należy starać się
ustawić soczewkę tak, aby środkowy (zerowy) ciemny prążek wypadał mniej
więcej w środku pola widzenia mikroskopu. Mikroskop nastawić na ostre
widzenie obrazu prążków.
Wyznaczanie promienia krzywizny soczewki
Zmierzyć średnice przynajmniej pięciu ciemnych prążków o możliwie
dużych średnicach. Można to zrobić w sposób następujący:
159
A) Pomiary
W ćwiczeniu należy wyznaczyć promień krzywizny R s soczewki
wskazanej przez prowadzącego ćwiczenia oraz długość fali λ światła
przepuszczanego przez filtr monochromatyczny, wskazany przez
prowadzącego.
W tym celu należy :
– Ustawić mikroskop na podstawce tak, aby oświetlacz był w przybliżeniu na
osi kondensora (rys. 81.3).
R s

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin