Кольцы Ньютана

Кольцы Ньютана

Кольцы Ньютана — плоскавыпуклыя інтэрферэнцыйныя максімумы і мінімумы, якія з’яўляюцца вакол кропкі дотыку злёгку выгнутай выпуклай лінзы і плоска паралельных пласцін пры праходжанні святла скрозь лінзу і пласціну. Упершыню былі апісаны ў 1675 годзе І. Ньютанам.

Апісанне

Інтэрферэнцыйная карціна ў выглядзе кольцаў узнікае пры адлюстраванні святла ад двух паверхняў, адна з якіх плоская, а іншая мае адносна вялікі радыус крывізны і датыкаецца з першай (напрыклад, шкляная пласцінка і плоскавыпуклая лінза). Калі на такую ​​сістэму ў кірунку, перпендыкулярным плоскай паверхні, падае пучок манахраматычнага святла, то светлавыя хвалі, адлюстраваныя ад кожнай са згаданых паверхняў, інтэрферуюць паміж сабой. Сфарміраваная такім чынам інтэрферэнцыйныя карціна складаецца з назіраемага ў месцы судотыку паверхняў цёмнага гуртка і навакольных, чаргуючыхся паміж сабой светлых і цёмных канцэнтрычных кольцаў.

Класічнае тлумачэнне з’явы

У часы Ньютана з-за недахопу звестак аб прыродзе святла даць поўнае тлумачэнне механізму ўзнікнення кольцаў было вельмі цяжка. Ньютан усталяваў сувязь паміж памерамі кольцаў і крывізной лінзы; ён разумеў, што назіраны эфект звязаны з уласцівасцю перыядычнасці святла, але здавальняюча растлумачыць прычыны ўтварэння кольцаў атрымалася толькі значна пазней у Томаса Юнга. Прасочым за ходам яго разважанняў. У іх аснове ляжыць здагадка аб тым, што святло — гэта хвалі. Разгледзім выпадак, калі манахраматычная хваля падае амаль перпендыкулярна на плоскавыпуклую лінзу.

Хваля 1 з’яўляецца ў выніку адлюстравання ад выпуклай паверхні лінзы на мяжы шкло — паветра, а хваля 2 — у выніку адлюстравання ад пласціны на мяжы паветра — шкло. Гэтыя хвалі кагерэнтныя, гэта значыць, у іх аднолькавыя даўжыні хваль, а рознасць іх фаз сталая. Рознасць фаз узнікае з-за таго, што хваля 2 праходзіць большы шлях, чым хваля 1. Калі другая хваля адстае ад першай на цэлы лік даўжынь хваль, то, складаючыся, хвалі ўзмацняюць адна адну.

${\displaystyle \Delta =m\lambda -max}$

дзе $m$ — любы цэлы лік, $\lambda$ — даўжыня хвалі.

Наадварот, калі другая хваля адстае ад першай на няцотны лік паўхваляў, то ваганні, выкліканыя імі, будуць адбывацца ў процілеглых фазах, і хвалі гасяць адна адну.

${\displaystyle \Delta =(2m+1){\lambda \over 2}-min}$

дзе $m$ — любы цэлы лік, $\lambda$ — даўжыня хвалі.

Для ўліку таго, што ў розных рэчывах хуткасць святла розная, пры вызначэнні палажэнняў мінімумаў і максімумаў выкарыстоўваюць не рознасць ходу, а аптычную рознасць ходу (розніца аптычных даўжынь шляху).

Радыус k-га светлага кальца Ньютана ў адлюстраваным святле выяўляецца наступнай формулай:

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

дзе $R$ — радыус крывізны лінзы, $k=1,2,...,$ $\lambda$ — даўжыня хвалі святла ў вакууме, $n$ — паказчык праламлення асяроддзя паміж лінзай і пласцінкай.

Радыус k-га цёмнага кальца Ньютана ў адлюстраваным святле вызначаецца ў адпаведнасці з формулай:

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

Выкарыстанне

Кольцы Ньютана выкарыстоўваюцца для вымярэння радыусаў крывізны паверхняў, для вымярэння даўжынь хваль святла і паказчыкаў праламлення. У некаторых выпадках (напрыклад, пры сканаванні малюнкаў на плёнках) кольцы Ньютана ўяўляюць сабой непажаданую з’яву.