Методика эксперимента. Кольца Ньютона, это классический пример кольцевых полос равной толщины, наблюдаемых при интерференции лучей

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.