Применение колец Ньютона

Кольцами Ньютона пользуются в оптической промышленности, чтобы контролировать правильность сферической поверхности линзы. Если шлифовка поверхности линзы плоха, то кольца Ньютона имеют искаженную форму.

Иногда пользуются другим методом проверки, применяя специальный шаблон. Для того чтобы убедиться, приняла ли поверхность линзы повсюду ту же кривизну, что и пробная поверхность, налагают одну линзу на другую (одна должна быть выпуклая, а другая – вогнутая). В тех местах, где кривизна еще не подогнана под шаблон, остается прослойка воздуха и появляются интерференционные полосы, которые исчезают, как только кривизна во всех точках совпадает.

Зная радиус кривизны линзы R, можно определить такие характеристики, как фокусное расстояние F, оптическую силу линзы D или показатель преломления линзы n, используя формулу тонкой линзы:

1/F = (n – 1)(1/R₁ – 1/R₂).

Для плосковыпуклой линзы один из радиусов кривизны R₂ = ∞, следовательно,

F = R/(n – 1).

Если известны радиус кривизны линзы R и показатель преломления n, то находим фокусное расстояние F и оптическую силу линзы D = 1/F.

2. Описание установки

Вид установки показан на рис. 6. Линза вместе с пластинкой стекла вмонтирована в блок 4 и помещена на столик микроскопа.

Рис. 6

Размеры видимых колец определяются с помощью окулярного микрометра, включающего в себя окуляр 1, через который видна шкала с делениями, и винт 2, на барабане которого нанесены деления от 0 до 100. Для освещения линзы служит лампа микроскопа, включающаяся тумблером 5, после предварительной установки вилки 6 в розетку. В щель микроскопа 3 можно помещать различные светофильтры.

3. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений

1. Включить микроскоп в сеть, установив вилку 6 в розетку и включив тумблер 5.

2. Установить светофильтр в щель 3, записать значение длины волны λ.

3. Совместить центр колец с делением 0 шкалы окуляра микрометра. Для этого вращением барабана окуляра микрометра 2 добиться совпадения нуля по шкале в поле зрения окуляра и на самом барабане (рис. 7, а). Если центр колец не совпадает с перекрестием, то нужно переместить линзу 4 вручную до их совпадения так, как это показано на рис. 7, а.

4

а)

б)

N₅ = 328 дел.

r_k = N_kC_M

. Вращением барабана переместить перекрестие с нуля на пятое темное кольцо и записать показание N₅ (где N_k – радиус k-го темного кольца в делениях шкалы) в таблицу (полный оборот барабана (100 дел.) соответствует смещению перекрестия на одну риску по шкале в поле зрения окуляра) (см. рис. 7, б).

С_М = 4 · 10^–3

Рис. 7

5. Последовательно смещая перекрестие на 6-е, 7-е, …, 15-е кольца, записать показания N_k в таблицу. Чтобы получить значение радиуса кольца Ньютона r_k , нужно значение N_k умножить на цену деления окуляра микрометра С_М = 4 · 10^–3 мм/дел. (см. рис. 7, б).

Таблица

λ = … нм

K, № кольца	Nk, дел.	rk, мм	R, см	ΔR, см	(ΔR) 2, см2
5 6 … 15
			Rср = … см

6. Заменить светофильтр и повторить действия, оговоренные в п. 3–5. Измерения произвести с тремя светофильтрами.

7. Рассчитать радиус кривизны линзы R по формуле, полученной из (6):

,

и ее абсолютную погрешность, как случайную погрешность при многократных прямых измерениях.

Исследуя результаты измерения в таблицах, обратить внимание на зависимость радиуса колец Ньютона r_k от длины волны λ. Построить график зависимости для каждого значения λ.

Содержание

1. Краткие основы теории ……………………………………………………..... Интерференция ………………………………………………………..…… Интерференция на тонкой пластине ……………………………………… Кольца Ньютона ……………………………………………………………. Применение колец Ньютона ………………………………………………. 2. Описание установки …………………………………………………………... 3. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений …….….

1 1 3 4 6 7 8