ОБЩЕЕ НАЗНАЧЕНИЕ
Учебное пособие «Кольца Ньютона» используется для углублённого исследования световых явлений, обусловленных волновой природой света, при изучении раздела «Физическая оптика» на уроках физики в школе.
Набор представляет собой интерферометр, действие которого основано на принципе деления первоначального пучка по амплитуде и последующей интерференции вторичных пучков.
С помощью набора Кольца Ньютона возможно проведение фронтального демонстрационного опыта по наблюдению интерференционной картины полос (колец) равной толщины без использования специальных источников излучения: лазеров, монохроматоров. Интерференционные кольца видны в отраженном солнечном свете, в свете дневной лампы и могут видны при рассеянном освещении.
При совместном использовании школьной оптической мини-скамьи и одного набора «Кольца Ньютона» возможно проведение демонстрационного опыта для всего класса.
Многочисленные опыты школьного физического практикума реализуются на школьной оптической мини-скамье с привлечением наборов системных оптических элементов.
По количеству интерференционных колец, заполняющих световое поле определённого размера, можно оценить радиус кривизны рабочей поверхности одного из двух интерференционных элементов, находящихся в оптическом контакте, при условии, что рабочая поверхность другого — плоская.
КОМПЛЕКТАЦИЯ:
1. Линза плоско-выпуклая 1
2. Пластинка плоскопараллельная (ППП) 1
3. Оправа линзы 1
4. Оправа ППП 1
5. Винт юстировочный 3
6. Пружина 3
7. Шайба фторопластовая 3
8. Паспорт 1
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ:
Название (”Кольца Ньютона”) оптическое явление получило в честь учёного. Для его наблюдения не требуется никаких специальных источников излучения (лазеров, монохроматоров), и открыто И.Ньютоном. Явление колец Ньютона может быть объяснено только исходя из принципов волновой (физической) оптики.
Кольца Ньютона всегда возникают при оптическом контакте близких по своему радиусу кривизны оптических деталей. Для качественного наблюдения явления невооружённым глазом необходимо, чтобы одна из них была плоскопараллельной, а вторая — плоско выпуклой «горб», либо плоско вогнутой «яма». При этом клиновидность плоскопараллельной пластинки роли не играет, главное – качество рабочей поверхности (плоскостность).
Для плосковыпуклой «вогнутой» пластинки-линзы большее играет значение радиуса кривизны рабочей поверхности. Она должна быть почти плоской.
Действие таких пластинок, находящихся в оптическом контакте, на световые лучи заключается в следующем. Обе поверхности частично отражают свет в обратном направлении. Фронт световой волны, отражённой плоской поверхностью останется прежним, а отражённый плосковыпуклой поверхностью, изменит свою кривизну (фазу). А так как расстояние между обеими поверхностями сравнимо с длиной световой волны, то, на каком то участке поверхностей, находящихся в оптическом контакте, будет выполняться условие частичной когерентности для отражённых ими пучков света. Между ними будет происходить взаимодействие — интерференция света, с локализацией интерференционной картины на поверхности оптического контакта.Наблюдая кольца Ньютона, мы видим голографическую запись фронта световой волны, отражённого от плоско-выпуклой (вогнутой) сферической поверхности. При условии, что опорная поверхность идеально плоская.
Вид интерференционной картины для «горба»: в центре широкое световое пятно максимума либо минимума, вокруг опоясанное интерференционными кольцами, сужающимися по ширине к краю интерференционной картины. Для «ямы»: по краям широкие кольца максимумов или минимумов, сужающимися к центру и вовсе исчезающими в центре. Число колец, приходящихся на определённый световой диаметр, определяется радиусом кривизны плоско выпуклой (вогнутой) поверхности, при условии, что вторая поверхность идеально плоская.
Интерференционная картина видна при освещении любым источником света, спектр излучения которого лежит в видимой области. Под обычными источниками излучения, имеющих сплошной спектр, интерференционная картина имеет вид цветных колец. Самые яркие из них те, на длине волны которых глаз наблюдателя имеет максимальную чувствительность.
Отклонения от круговой структуры в интерференционных кольцах свидетельствует об местных нарушениях кривизны сферической поверхности, при условии, что опорная поверхность — идеально плоская, либо наоборот. На этом явлении построен до сих пор действующий в оптическом производстве метод контроля качества оптических поверхностей. В специальной лаборатории хранятся пробные стёкла для всевозможных радиусов кривизны оптических поверхностей. При изготовлении оптической детали ведётся контроль радиусов поверхностей по эталону – пробному стеклу того же радиуса. Число всех колец Ньютона, которые видны при оптическом контакте между изготавливаемой сферой и пробным стеклом на всей поверхности, определяет отклонение от заданного радиуса кривизны. Обычный допуск: N=2÷3.
Качество работы определяют по нарушениям круговой структуры (извилистости) колец. Измеряют в долях ширины кольца на которые оно приходится. Обычный допуск для большинства поверхностей: ΔN=0.3÷0.5.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1. Линза плоско- выпуклая.
Световые размеры: ф 48 (мм). Радиус кривизны выпуклой (рабочей) поверхности R=150÷300 (м).
2. Пластинка плоскопараллельная.
Световые размеры: ф 48 (мм).
Качество плоской (рабочей) поверхности: число колец: N=1, ΔN=0.3.
- Производитель оставляет за собой право изменять комплектацию и технические характеристики учебных пособий без предварительного уведомления, при этом функциональные и качественные показатели наглядных пособий не ухудшаются.
