Контрольная
Культура
Электротехника
Лабораторные
Школьный курс
Термех
Курсовая
Атомные станции

Лекции

Черчение
Физика
Реакторы
Интеграл
Выполнение чертежей
Конспект
На главную

Конспект курса лекций по физике. Оптика

Кольца Ньютона.

Кольца Ньютона, являющиеся классическим примером полос равной толщины, наблюдаются при отражении света от воздушного зазора, образованного плоскопараллельной пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны (рис.32.9). Параллельный пучок света падает нормально на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного зазора между линзой и пластинкой. При наложении отраженных лучей возникают полосы равной толщины, при нормальном падении света имеющие вид концентрических окружностей.

Рис.32.9. Схема наблюдения колец Ньютона.

В отраженном свете оптическая разность хода (с учетом потери полуволны при отражении), согласно (32.9), при условии, что показатель преломления воздуха n = 1, а i = 0,

где d - ширина зазора. Из рис. 32.9 следует, что

R2 = (R – d)2 + r2, где R - радиус кривизны линзы, r - радиус кривизны окружности, всем точкам которой соответствует одинаковый зазор d. Учитывая, что d мало, получим  Следовательно,

  (32.12)

Приравняв (32.12) к условиям максимума (32.3) и минимума (32.4), получим выражения для радиусов m-го светлого кольца и m-го темного кольца соответственно

 (m = 0,1,2,...), - светлое кольцо,

  (m = 0,1,2,…) – темное кольцо.

Измеряя радиусы соответствующих колец, можно (зная радиус кривизны линзы Л), определить lо и, наоборот, по известной lо найти радиус кривизны R линзы.

Как для полос равного наклона, так и для полос равной толщины положение максимумов зависит от длины волны lо. Поэтому система светлых и темных полос получается только при освещении монохроматическим светом. При наблюдении в белом свете получается совокупность смещенных друг относительно друга полос, образованных лучами разных длин волн, и интерференционная картина приобретает радужную окраску.

Все рассуждения параграфа были проведены для света, отраженного от оптически более плотной среды, с учетом изменения фазы отраженного колебания на p, для чего и вводилась величина l/2.

Интерференцию можно наблюдать и в проходящем свете, причем в данном случае не наблюдается потери полуволны. Следовательно, оптическая разность хода для проходящего и отраженного света отличается на lо, т.е. математические выражения максимумов и минимумов меняются местами: максимумам интерференции в отраженном свете соответствуют минимумы в проходящем и наоборот.

Применение интерференции света

Явление интерференции обусловлено волновой природой света; его количественные закономерности зависят от длины волны. Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).

Явление интерференции применяется также для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы, например через границу стекло - воздух, сопровождается отражением ~4% падающего потока (при показателе преломления стекла n = 1,5). Так как современные объективы содержат большое количество линз, то число отражений в них велико, а поэтому велики и потери светового потока. Таким образом, интенсивность прошедшего света ослабляется и светосила оптического прибора уменьшается. Кроме того, отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов, что часто (например, в военной технике) демаскирует положение прибора.

Для устранения указанных недостатков осуществляют так называемое просветление оптики. Для этого на свободные поверхности линз или наносят тонкие пленки с показателем преломления, меньшим, чем у материала линзы или поверхность стекла обрабатывают реактивами, изменяющими величину показателя преломления. При отражении света от границ раздела воздух - пленка и пленка - стекло возникает интерференция когерентных лучей 1` и 2` (рис. 32.10).

Рис.32.10. Просветление оптики.

Толщину пленки d и показатели преломления стекла nc и пленки n можно подобрать так, чтобы волны, отраженные от обеих поверхностей пленки, гасили друг друга. Для этого их амплитуды должны быть равны, а оптическая разность хода равна . Расчет показывает, что амплитуды отраженных лучей равны, если

  (32.13)

Так как nc, n и показатель преломления воздуха no удовлетворяют условиям nc>n>no, то потеря полуволны происходит на обеих поверхностях; следовательно, условие минимума (предполагаем, что свет падает нормально, т. е. i = 0)

 

где nd - оптическая толщина пленки. Обычно принимают m = 0, тогда

  (32.14)

Таким образом, если выполняется условие (32.13) и оптическая толщина пленки равна lo/4, то в результате интерференции наблюдается гашение отраженных лучей. Так как добиться одновременного гашения для всех длин волн невозможно, то это обычно делается для наиболее восприимчивой глазом «зеленой» длины волны ~0,55 мкм. Поэтому объективы с просветленной оптикой имеют синевато-красный оттенок.

Применение многолучевой интерференции и специальных приборов – интерферометров – оставим на самостоятельное изучение студентам, которым эта отрасль знания встретится в качестве их профессиональных обязанностей.

Интерферометры—очень чувствительные оптические приборы, позволяющие определять незначительные изменения показателя преломления прозрачных тел (газов, жидких и твердых тел) в зависимости от давления, температуры, примесей и т. д.

Применение интерферометров очень многообразно. Они применяются для определения величины показателя преломления новых материалов, если толщина пленки известна, или для измерения толщины пленки с известной величиной показателя преломления. Ошибка измерения при этом может не превышать ~10-7м. Интерферометры применяются также для изучения качества изготовления оптических деталей, измерения углов, исследования быстропротекающих процессов, происходящих в воздухе, обтекающем летательные аппараты, и т. д. Применяя интерферометр, Майкельсон впервые провел сравнение международного эталона метра с длиной стандартной световой волны. С помощью интерферометров исследовалось также распространение света в движущихся телах, что привело к фундаментальным изменениям представлений о пространстве и времени.

Процессы в электрических цепях с сосредоточенными элементами носят колебательный характер и описываются электрическими колебаниями напряжений и токов в различных частях цепи. Эти колебания описывают скалярными функциями времени (t) и обозначают: u(t) - мгновенное значение напряжения, i(t) - мгновенное значение некоторого электрического колебания вообще.

Математика

Реакторы