Теория работы. Свет, с точки зрения классической электродинамики, представляет собой поперечные электромагнитные волны

Свет, с точки зрения классической электродинамики, представляет собой поперечные электромагнитные волны, распространяющиеся в вакууме со скоростью

с = 3×10⁸ м/с. Белый свет является совокупностью различных монохроматических волн. Существуют различные методы определения длин монохроматических волн. Одним из них является метод определения длины световой волны с помощью колец Ньютона.

Пусть выпуклая поверхность плосковыпуклой линзы с большим радиусом кривизны R соприкасается в некоторой точке с плоской поверхностью хорошо отполированной плоскопараллельной пластинки так, что оставшаяся между ними воздушная прослойка постепенно утолщается от точки соприкосновения к краям линзы (рис. 1).

Рис. 1 Рис. 2

Если такую систему осветить пучком монохроматического света, то световые волны, отраженные от нижней поверхности линзы и верхней поверхности пластинки будут интерферировать между собой. При этом образуется интерференционная картина, имеющая вид концентрических чередующихся cветлых и темных колец убывающей ширины. При отражении лучей от нижней пластинки, представляющей оптически более плотную среду, чем воздух, волны меняют фазу на противоположную, что эквивалентно изменению пути на l /2. В месте соприкосновения линзы с пластинкой остается тонкая воздушная прослойка, толщина d которой значительно меньше длины волны. Поэтому разность хода между лучами, возникающими в этой точке, определяется лишь потерей полуволны при отражении от пластинки; следовательно, в отраженном свете в центре интерференционной картины наблюдается темное пятно. Если между линзой L и пластиной E находится воздух (n = 1) и пучок света падает нормально к пластине (a = 0) и практически нормально к нижней поверхности линзы (кривизна линзы мала), то разность хода в этом случае будет равна: .

Условие минимума интерференционной картины: , максимума: , где k – целое число, называемое порядком интерференции.

Условие возникновения темных колец для отраженных лучей будет выражено уравнением:

(1)

Величина d может быть выражена через радиус R кривизны линзы и радиус r темного интерференционного кольца. Действительно, из рис. 1 находим, что .

Eсли d мало по сравнению с R, то

(2)

Сравнивая выражения (1) и (2), получим:

(3)

Однако формула (3) не может быть применена для опытной проверки, поскольку невозможно добиться идеального соприкосновения линзы и плоской пластинки из–за упругой деформации стекла и частичек пыли. Формула, пригодная для определения длины волны монохроматического света, может быть получена, если вычислить l по разности радиусов двух колец r _m и r _k:

, или окончательно: . (4)

Таким образом, зная радиус кривизны R и радиусы r _m и r _k темных интерференционных колец, можно вычислить длину l световой волны.

Установка, применяемая в данной работе, изображена на рис. 2, где S - источник света (электрическая лампочка накаливания); K - светофильтр, пропускающий свет, длина волны которого подлежит измерению; M - полупрозрачная пластина; E - стеклянная пластина, на которой лежит плосковыпуклая линза L; D – микроскоп с окулярной шкалой. Падающие на полупрозрачную пластинку M монохроматические лучи, отражаясь и проходя через линзу L, попадают на пластинку E. Интерференционная картина рассматривается в микроскоп. Глядя в окуляр микроскопа, наблюдатель будет видеть в увеличенном виде кольца Ньютона. С помощью окулярного микрометра можно определить радиусы этих колец.