Залежність освітленості від відстані. Від відстані до джерела світла
Повнотекстовий пошук:
Фізика-\u003e Доповідь
- При більшості поточних спалахів ви можете змінити вихідну потужність.
- Вибравши його з камери, ви зможете переміщати його туди, де хочете.
Оскільки в цій статті ми поговоримо про відстань до предмета, ми тимчасово забудемо про силу спалаху, і ми зосередимося на тому, що нас цікавить. У хвильових явищах, таких як світло, і для точкових джерел, таких як наші спалаху, фізика говорить нам, що вони виконують так званий закон зворотного квадрата, за яким інтенсивність зменшується з квадратом відстані до центру, де вони відбуваються.
Мікроскопічні електромагнітні поля, створені отд. елементарними частинками, характеризуються напряженностямі мікроскопічних полів: електричного ... повністю \u003e\u003e
Головна\u003e Методичка\u003e Фізика
Таблиця 2
На підставі отриманих даних потрібно провести перевірку закону зворотних квадратів. Для цього потрібно підрахувати відношення двох наступних середніх освітленостей (Е 10 / Е 20, Е 20 / Е 30 і т.д.) порівняти їх із зворотними відносинами квадратів відстаней (/ ;
/…)
Сказане таким чином може здатися трохи заплутаним, тому давайте спробуємо пояснити це більш простим способом. Але насправді це не так. А тепер давайте використовувати кілька реальних прикладів. Припустимо, що в першому пострілі наша спалах знаходиться на відстані одного метра від об'єкта, а в другому знімку ми розмістимо її на відстані двох метрів.
Тепер уявіть собі, що в першому пострілі наша спалах все ще знаходиться на відстані одного метра від предмета, а в другому знімку ми маємо в своєму розпорядженні її в чотирьох метрах від неї. І останній приклад, припустимо, що в першому пострілі наша спалах тепер знаходиться в трьох метрах від предмета, а в другому знімку ми розмістили її в п'яти метрах від неї.
Подученний відносини повинні бути досить близькими, тобто
Е 10 / Е 20 /і т.д.
Потім підраховується абсолютна помилка відхилення результатів від ідеального закону
2) Залежність освітленості від кута падіння променів.
Але це не закінчується, тому що ще є. Збільшення відстані також має на увазі збільшення освітленій області в зворотну пропорцію до втрати інтенсивності. Щоб ви зрозуміли це краще, зверніться до наступного зображення. Тепер ми знаємо, як відстань до нашого освітлення впливає на спалах.
Отримання більш точної інформації про виробничі оцінках природного лісу є важким завданням, оскільки в процес росту лісу залучені багато факторів, такі як кліматичні, едафіческіе, топографічні, генетичні та конкурентні механізми дерев, Ці механізми, а також складність екосистем повинні бути добре зрозумілі для планування сталого виробництва лісових ресурсів.
Для проведення цього досвіду використовується прилад ПЗФ. Лампа розжарювання включається в ланцюг випрямляча і встановлюється на відстані 10 см від фотоелемента (це робиться для того, щоб максимальна показання мікроамперметра при установці кута фотоелемента на нулі було якомога більше). Знімається відлік за шкалою гальванометра n і записується в таблицю 3.
Дерева в тропічному природному лісі знаходяться в безперервному стані конкуренції або повітряним простором в пошуках світла, або в грунті водою, мінералами і киснем. У цих умовах і в міру їх зростання дерева, як правило, демонструють зниження темпів зростання.
Дослідження по зростанню лісових дерев в Амазонці були однією з основних зусиль дослідників за останні десятиліття, і оцінка конкуренції йде проти цих зусиль. Індекси конкуренції спрямовані на те, щоб висловити вплив конкуренції на зростання дерев. Щоб це було можливо, більшість індексів відносяться до чотирьох основних факторів: кількістю конкурентів; розміру і відстані сусідніх дерев і яскравості.
Не змінюючи напруги на лампі і не переміщаючи джерело світла і лінзу, повернути фотоелемент на 30 °; 45 ° і 60 ° і, знявши відліки на гальванометрі, також занести їх в таблицю 3.
Знаючи силу світла лампочки розжарювання, підрахувати для кожного випадку освітленість фотоелемента за формулою (5).
Порівняти теоретичні та експериментальні значення освітленості.
Індекси конкуренції можна розділити на дві великі групи, незалежно від відстані, які не вважають розташування дерев на ділянці і в залежності від відстані, з огляду на відносне положення між деревами в частині і його розмір. Обидва методи були застосовані в змішаних або багатих вином лісах, але в літературі не вказано, який тип індексу найбільш ефективний.
Багато підходи були використані для визначення зони конкуренції для залежних від відстані індексів, таких як метод з фіксованим радіусом. Ще один момент, щоб розглянути, що залежні показники відстані стають все більш неповними і неточними, як дерева поблизу краю частини через відсутність дерев конкурентів, які виходять за межі пропорції, тому рекомендується використовуючи метод зсуву для корекції краю.
Таблиця 3.
Подученний результати свідчать про те, що освітленість залежить від кута падіння променів на освітлювану поверхню.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Що являє собою видиме світло?
2. Яке джерело вважає точковим?
3. Яким властивістю повинен володіти предмет, щоб бути невидимим?
4. Які властивості очі як приймача світлової енергії? Які ще приймачі вам відомі?
Оцінка ефективності індексу конкуренції виконується шляхом зіставлення індексу, розрахованого для кожного дерева за допомогою змінних лісу, таких як приріст діаметра, висоти та інших. Найкращі результати повинні вказувати найбільш адекватний показник для подання конкуренції між деревами деревного пласта, надаючи субсидії для моделювання лісів, допомагаючи сталого лісокористування в лісі Амазонки.
Конкуренція - це екологічна взаємозв'язок між двома людьми, які оспорюють один і той же ресурс. Зазвичай це відбувається, коли ресурси обмежені, що сприяє загальному зниженню темпів зростання, метаболізму, виживання або адекватності цього організму нижче його ідеального стану.
5. Як залежить чутливість ока до світла від частоти світла?
6. Чим визначається колір того чи іншого предмета (прозорого, непрозорого)?
7. Порівняти переваги і недоліки об'єктивних і суб'єктивних методів фотометричних вимірювань.
8. Опівдні під час весняного і осіннього рівнодення сонце стоїть на екваторі в зеніті. У скільки разів в цей час освітленість поверхні землі на екваторі більше освітленості на широті?
Ми говоримо, що конкуренція є внутрішньовидової, коли залучені люди одного і того ж виду і що вона є міжвидовий, коли мова йде про різні види. Міжвидове взаємодія може бути використано двома різними біологічними механізмами. Перший - це пряме фізичне взаємодія, більш відоме як втручання в конкуренцію. Це відбувається, коли людина безпосередньо запобігає використанню іншими організмами ресурсів. І друге - змагання за експлуатацію, яке відбувається, коли вид використовує ресурс, спільний з іншими видами, але без безпосереднього контакту з цим видом.
9. Вивести закон зворотних квадратів.
10. Які допущення робляться при виведенні цього закону? Як вони реалізуються на досвіді? Чим пояснюється велика похибка при перевірці закону зворотних квадратів?
11. Записати основний закон освітленості.
12. Що називається фотоефектом? Основні види фотоефекту.
13. Яке пристрій селенового фотоелемента.
Ця непряма експлуатація ресурсів може визначати конкурентну перевагу від одного виду до іншого. Результати конкурсу широко вивчалися як один з механізмів природного відбору, оскільки міжвидова конкуренція може привести до коригування балансу між двома видами або, якщо вона буде серйозною, може привести до того, що населення одного виду замінить інше. Тенденція конкуренції до екологічного поділу родинних або подібних видів відома як принцип конкурентного виключення.
Однак одночасно конкуренція викликає кілька вибіркових адаптацій, які збільшують співіснування різних організмів в даній області. Щоб забезпечити співіснування в природних системах, слід враховувати не тільки відмінності в доступності ресурсів в нішах, але також спосіб реагування видів на ці зміни в навколишньому середовищі. Функціональні конфлікти, в свою чергу, також мають велике значення для того, щоб кожен вид робив краще, принаймні, в деякій комбінації умов, не дозволяючи навколишньому середовищу домінувати тільки один начальник.
14. 3ная, що механічний еквівалент світла у вузькому спектральному інтервалі, відповідним максимуму чутливості ока ( = 555нм), дорівнює 1,6 * 10 -3 Вт / лм, оцінити потужність світлового потоку в 1 лм в спектральному інтервалі такої ж величини, відповідним довжинах хвилі = 500Нм, = 650нм.
Таким чином, конкуренція є ключовим процесом у вивченні популяцій і співтовариств рослин, оскільки майже всі втручання пов'язані з маніпулюванням цим фактором або умовами, які його змінюють. Ефект, який конкуренція надає на зростання дерев, може бути виражений за допомогою індексу, званого індексом конкуренції. Ці індекси дозволяють кількісно оцінити конкурентний рівень дерева по відношенню до його конкурентів. Таким чином, індекс конкуренції може бути визначений як спроба кількісно оцінити в простих виразах вплив сусідніх рослин на зростання окремого дерева.
ЛІТЕРАТУРА
1. Сивухин Д.В. Загальний курс фізики. Оптіка.- М .: Наука, 1980.- 752с.
2. Лабораторний практикум з загальної та експериментальної фізики. / За редакцією Гершензона Е.М. і Мансурова А.Н. - М .: Академія, 2004.- 461с.
3. Корсунський М.М. Оптика. Будова атома. Атомне ядро. М .: Наука, 1982.- 528с.
4. Корольов Ф.А. Курс фізики. Оптика, атомна і ядерна фізика, М .: Просвещение, 1974.- 608с.
Зовсім від відстані індекси враховують просторові координати, які присвоюються кожному дереву, що дозволяє зважувати конкуренцію між кожним деревом і сусідніми деревами на відстань, будучи більш складним і вимогливим з точки зору збору даних. Конкуренція, безумовно, відрізняється між двома великими деревами і між маленьким деревом і великим. Тому розмір дерев, близькість і розподіл сусідніх дерев повинні бути відомі, так що процес конкуренції краще оцінюється.
Щоб ідентифікувати конкуруючі дерева, воно зазвичай призначається навколо дерева, яке ви хочете оцінити, радіуса, який може бути фіксованим або змінним. Радіус фіксований довільно, але в цілому відповідає горизонтальній області, займаної дорослими індивідуумами.
Лабораторна робота №5 ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ СВІТЛА ЛАМПОЧКИ розжарювання І ВИВЧЕННЯ ЇЇ СВІТОВОГО ПОЛЯ
Мета роботи: визначення сили світла лампи розжарювання в напрямку перпендикуляра до площини нитки напруження і дослідження розподілу її сили світла в площині, перпендикулярній осі лампи за допомогою фотометра Річі.
Прилади й приналежності: фотометр Річі, еталонна лампочка розжарювання потужністю 40 - 60 Вт, розрахована на напругу 220 В, досліджувана лампочка розжарювання, вертикальний поворотний патрон для досліджуваної лампочки з покажчиком, горизонтальна шкала до патрона з поділами в градусах, масштабна лінійка, оптична лава.
У свою чергу, ці промені можна класифікувати двома способами: явним і неявним простором. Коли ми використовуємо безперервне простір, тобто, беручи до уваги відносне відстань між деревами, ми маємо справу з явною мірою. Однак, коли ми не розглядаємо лінійне відстань в якості стандарту для визначення радіуса сусідства, нам не дуже-то важливо про розподіл дерев, а про кількість та розмір дерев навколо цільового дерева, ми маємо справу з неявній мірою.
Явні моделі, пов'язані з окремими деревами, здатні захоплювати локальні взаємодії, індивідуальну мінливість, адаптивне поведінку і гетерогенні розподілу ресурсів та інші фактори навколишнього середовища. Таким чином, вони працюють в області екології лісу більше 30 років ;, і за останні 10 років було запропоновано кілька нових підходів.
Теоретична частина роботи
Одним з найбільш важливих властивостей світла є його здатність діяти на око, викликаючи в ньому зорові відчуття, завдяки чому людина отримує максимальну в порівнянні з іншими органами почуттів інформацію про зовнішній світ. Людське око має здатність сприймати випромінювання в області спектра від 380 до 760 нм. У той же час фізичний прилад здатний реєструвати електромагнітне випромінювання і на інших довжинах хвиль, а у видимій частині спектру його спектральна чутливість може відрізнятися від чутливості людського ока. Тому, для оцінки світлового випромінювання використовують дві групи величин: енергетичні (сприймає елемент - фізичний прилад) і фотометричні (сприймає елемент - очей людини).
Багато емпіричні дані підтверджують припущення, що просторові індекси конкуренції не обов'язково краще, ніж незалежні від відстані формули. Однак автори стверджують, що велика частина цих даних надходить з посаджених лісів, де просторовий розподіл дерев є регулярним, а конкуренція за ресурси зменшується. Однак в інших дослідженнях згадується, що результати просторових моделей краще при прогнозуванні зростання дерев. Таким чином, немає ніякого здорового глузду між тим, який тип індексу працює найкраще.
Основна фотометрична величина - сила світла I. Її одиницею виміру є 1 кандела (candel - свічка). Вона визначається за допомогою світлового еталону подібно стандартам часу, довжини і т.д. Кандела є сила світла, випромінюваного абсолютно чорним тілом з поверхні площею 1/60 см 2 в напрямку перпендикуляра до неї при температурі затвердіння чистої платини при тиску 101325 Па (2046,6 К). Всі інші фотометричні величини - похідні. Вони визначаються через основну величину - силу світла і геометричні характеристики. Такими є насамперед світловий потік Ф і освітленість поверхні E.
Можливо, виступи можуть відрізнятися в залежності від особливостей кожного лісу. Промені змагань і оточуючих. . Кілька авторів запропонували методології для кількісної оцінки конкуренції, які в сукупності враховують конкуруючі дерева. Тим не менше, немає чіткого визначення того, які дерева, їх характеристики, просторове розташування і відстань до цікавить дерева надають конкурентну дію, тобто немає розміру вибірки, який буде використовуватися для ідентифікації дерев конкуренти.
Для визначення цієї області конкуренції використовувалися багато підходи. Деякі роботи відносяться до радіусу фіксованою області, наприклад, Хеджі, який визначив кількість конкурентів, використовуючи фіксований радіус 3. 05 м від цільового дерева. При використанні індексів конкуренції на основі відстані дерева, близькі до межі ділянок, не можуть вважатися не заважають іншим деревам, просто тому, що вони розташовані на краю експерименту. Тому Олдер згадує, що межа є проблемою, властивою дистанційно-залежним моделям.
Сила світла джерела може залежати від напрямку випромінювання. Тому, в загальному випадку світловий потік визначається як
(1)
де d -малий тілесний кут уздовж обраного напрямку, в межах якого сила світла може вважатися незмінною. Якщо джерело світла изотропен в межах кінцевого тілесного кута , то
Зокрема, для всього простору = 4 жнив. Одиницею виміру світлового потоку є 1 люмен (лм), 1ЛМ = 1КД * жнив.
освітленість поверхні
(3)
є фізична величина, чисельно рівна світловому потоку, що припадає на одиницю площі поверхні, що освітлюється. Якщо світловий потік розподілений по площі рівномірно, то
(4)
Одиницею вимірювання освітленості є 1 люкс (лк), 1 лк = 1ЛМ / 1м 2.
Для точкового джерела світла з формул (1) і (3) слід більш проста формула
(5)
де I - сила світла джерела в обраному напрямку, - кут падіння світлових променів на освітлювану майданчик, r - відстань від джерела до площадки.
Для вимірювання світлових величин застосовують спеціальні оптичні прилади, які називаються фотометрами. Фотометри діляться на два класи - суб'єктивні або візуальні, де приймачем випромінювання є око людини, і об'єктивні, де приймачем випромінювання служить фотоелемент - прилад, чутливий до світла. У даній роботі використовується суб'єктивний фотометр Річі. Ідея методу полягає в наступному. Розглянемо екран c двома відображають матовими поверхнями. На відстані r 1 від екрану знаходиться еталонний джерело світла з певною силою світла I 1, а на відстані r 2 - джерело, силу світла якого I 2 необхідно визначити. Ці джерела створюють освітленості сторін екрану відповідно
(6)
В установці зазвичай виконується умова рівності кутів падіння променів від першого і другого джерел (). Переміщаючи один з джерел (або обидва) можна домогтися рівності освітленостей поверхонь екрану, що сприймається візуально. з умови
і формули (6) отримаємо
(7)
Таким чином, вимірюючи відстані r 1 і r 2 і знаючи величину I 1 можна знайти силу світла I 2 досліджуваного джерела.
Опис експериментальної установки
У даній роботі використовується фотометр Річі (рис.1), який складається з наступних основних частин: рівнобедреної прямокутної призми (1), у якій межі, прилеглі до прямого кута, пофарбовані білою матовою фарбою, прямокутної оправи (2), відкритої з двох сторін , в яку вставляється призма, матового напівпрозорого екрану (3), який ділиться ребром прямого кута призми на рівні частини, розтруба (4), службовця захистом від попадання стороннього світла на матовий екран. Раструб жорстко з'єднаний з оправою призми.
При роботі фотометра на білі грані призми потрапляє світло від джерел S 1 і S 2. Переміщенням одного або обох джерел домагаються однакової освітленості граней зліва і справа. Це буде в тому випадку, коли розглядаються через напівпрозорий екран обидві грані виявляться злилися в одну - межа між ними зникає. Хід променів в фотометрі представлений на рис.1
Виконання роботи
1. Визначення сили світла джерела.
В роботі використовується фотометр Річі. Проти бічних граней призми фотометра встановлюються дві електричних лампи на якомога більшій відстані так, щоб можна було вважати, що промені падають нормально до поверхні фотометра. Потім переміщують досліджуваний або еталонний джерело до тих пір, поки освітленість граней не стане однаковою. Після цього визначають відстань від еталонної лампи до фотометра - r 1, і від досліджуваної лампи до фотометра - r 2 (в середині зовнішньої частини фотометра знаходиться покажчик, за допомогою якого визначається положення фотометра на оптичній лаві). Досвід потрібно виконати не менше 8-10 разів, кожен раз змінюючи відстань між еталонною і досліджуваної лампами шляхом переміщення однієї з цих ламп. За формулою (8) обчислити силу світла досліджуваної лампи I 2 при заданій силі світла еталонної лампи I 1 (I 1 = 15 Кд) Результати вимірювань занести в таблицю №1.
Таблиця 1 |
||||||
Відстань від еталонної лампи до фотометра, r 1 (cм) |
Відстань від досліджуваної лампи до фотометра, r 2 (cм) |
Сила світла досліджуваної лампи, I 2 (Кд) |
Сила світла досліджуваної лампи, усереднена по числу вимірювань, I ср (Кд) |
Відносна помилка для кожного вимірювання, (%) |
Відносна помилка, усереднена по числу вимірювань, ср (%) |
|
2. Вивчення розподілу сили світла навколо лампи розжарювання.
1. Покажчик досліджуваної лампи встановлюють на нульову поділку відліку (0 0). Досліджувану лампу встановлюють на деякій відстані r 2 від фотометра (30-60 см). Вимірюють відстань від досліджуваної лампи до фотометра r 2, яке в подальших вимірах не змінюється, тобто залишається постійним.
2. Еталонну лампу встановлюють від фотометра на відстані r 1, при якому освітленості правої і лівої сторін екрану візуально однакові. Вимірюють r 1 і обчислюють за формулою (8) силу світла досліджуваної лампи для заданого положення покажчика кута.
3. Обертаючи досліджувану лампу навколо вертикальної осі від 0 0 до 360 0 (кожен раз на 30 0) виконують дії перераховані в пункті (2). Результати вимірювань занести в таблицю №2.
Таблиця №2.
Побудувати криву розподілу сили світла в полярних координатах. Для цього накреслити радіуси-вектори під кутами 0 0 ..30 0 ..... 360 0, причому довжина кожного радіуса-вектора повинна бути прямо пропорційною силі світла досліджуваної лампи розжарювання для даного кута повороту.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Дайте визначення світлового потоку, освітленості і силі світла.
2. Точковий джерело має силу світла 10 Кд. Який повний світловий потік створює цей джерело?
3. Чому у електричних ламп розжарювання великої потужності скляні колби мають великий розмір?
4. Джерело світла називається ламбертовскім, якщо його яскравість НЕ завитого від напрямку. Наведіть приклади ламбертовскіх джерел.
5. Чим обумовлена залежність сили світла лампи розжарювання від кута її повороту?
6. На які класи діляться фотометри?
ЛІТЕРАТУРА
1. Сивухин Д.В. Загальний курс фізики. Т.3. Оптика. М .: Наука, 1985, - 752с.
2. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. Т.2. Електрика і магнетизм. Хвилі. Оптика. М .: Наука, 1988. - 496 c.
3. Фейнман Р, Лейтон. Р., Сендс М. Феймановскіе лекції з фізики. Т.3-4. Випромінювання. Хвилі. Кванти. М .: Світ, 1977. - 496 с.
4. Крауфорд Ф. Берклєєвський курс фізики. Хвилі. М .: Наука, 1984.- 512с.
1. Ознайомтеся з описом приладу, вивчіть його пристрій.
2. Увімкніть освітлювач, помістіть на нижню призму краплю досліджуваної рідини, опустіть верхню призму, зробіть відлік показника заломлення середовища за шкалою.
3. Витріть призми. Помістіть на них краплю інший досліджуваної рідини. Всі операції повторіть.
4. Всі дані занесіть в таблицю для записів результатів вимірювання показника заломлення і концентрації цукру в розчині.
5. Побудуйте графік залежності показника заломлення середовища від концентрації розчиненого речовини n = f (С), де С - концентрація розчину (цукру).
Таблиця 2.1
Вимірювання показника заломлення і концентрації цукру розчинів
Контрольні питання
1. Прочитайте закон відображення і заломлення світла.
2. Який фізичний зміст показника заломлення речовини?
3. Що таке повне внутрішнє відбиття? Коли спостерігається це явище?
Робота №3.3 вимір радіуса кривизни лінзи і довжин світлових хвиль за допомогою інтерференційних кілець Ньютона
Мета роботи: Вивчити явище інтерференції і ознайомитися з одним з окремих випадків інтерференції кільцями Ньютона і з їх допомогою визначити радіус кривизни лінзи і довжину хвилі світла.
Прилади й приналежності: Мікроскоп, окулярний мікрометр, плосковипуклая лінза великого радіуса кривизни, плоскопаралельна пластинка, джерело світла (лампа розжарювання, неонова лампочка), набір світлофільтрів.
Вступ
Кільця Ньютона є окремим випадком інтерференції світлових хвиль, що виникає при освітленні плосковипуклой лінзи з великим радіусом кривизни, розташованої на плоскій дзеркальної поверхні. Когерентні интерферирующие хвилі виникають при відображенні паралельних променів, що падають перпендикулярно на плоску поверхню лінзи від кордону розділу лінза- повітря і повітря - пласка поверхня (див. Рис. 3.1. Для простоти показаний один промінь, падаючий на плоску поверхню лінзи).
Лінза розташована опуклою частиною на плоскій пластинці. Між лінзою і пластинкою є зазор, заповнений повітрям або іншим речовиною. У точці Про товщина повітряного прошарку в зазорі значно менше довжини хвилі світла, і у відбитому світлі в центральній точці завжди спостерігається темрява. Тут відбувається складання двох хвиль в протилежних фазах, тому що перші відбиття лінза-повітря походить від оптично менш щільного середовища і відбитий промінь не змінює фазу, а в разі відображення повітря-скло (від нижньої межі повітряного прошарку) має місце зміна фази відбитого променя на π , а це рівносильно зміни різниці ходу хвиль на λ / 2, тому що відбувається відображення від оптично більш щільного середовища. На деякій відстані від точки Про промінь світла проходить шлях, де товщина повітряного зазору дорівнює d. Величина d буде тим більше, чим далі знаходиться точка падіння променя від точки О. Радіус лінзи значно більше товщини зазору, тому можна вважати, що відбиті промені 1 і 2 будуть збігатися за напрямком. Там, де товщина повітряного зазору d = λ / 4, геометрична різниця ходу цих променів дорівнюватиме λ / 2, т. К. Промінь 2 проходить цей зазор двічі. А внаслідок зміни фази цим променем при відображенні від оптично більш щільного середовища, оптична різниця ходу цих двох променів дорівнюватиме λ. Для цих точок буде спостерігатися максимум інтерференції при складанні цих променів. Місця однакової товщини повітряного зазору розташовані навколо точки О концентричними колами. Шар товщиною d = λ / 4 утворюються перші світле кільце, наступне за центральним темною плямою. Після нескладних математичних міркувань умова максимуму інтерференції відбитих променів буде записано у вигляді:
(3.1)
Умова мінімуму інтерференції в цьому випадку має вигляд:
(3.2)
де Δ .- оптична різниця ходу інтерферуючих променів,
d k - товщина повітряного прошарку,
λ - довжина хвилі світла, що падає на лінзу,
до - порядковий номер, до = 0, 1, 2 ...
Так як виміряти товщину повітряного зазору між лінзою і плоским дзеркалом важко, її зазвичай виключають, висловлюючи через радіус відповідних темних кілець - r k.
Зв'язок між товщиною повітряного прошарку d k, радіусом темного кільця г k і радіусом кривизни лінзи R можна легко отримати, згадавши відому теорему з геометрії (рис. 3.2).
(3.3)
Розкриваючи дужки і враховуючи, що d k< r k 2 = 2Rd k (3.4) Підставивши в рівняння (3.4) значення d k з рівняння (3.2), отримуємо рівняння, що зв'язує радіуси темних кілець з радіусом кривизни лінзи і довжиною хвилі світла для світлих кілець Якщо спостереження проводити в світлі, розташування темних і світлих кілець буде в зворотному порядку, т. Е. В точці О буде світла пляма, за ним слід темне і т. Д. Рівняння (3.5) буде давати значення радіусів світлих кілець, а ( 3.6) - темних. У даній роботі рівняння (3.5) є расчетним.Его можна використовувати або для визначення R - радіуса кривизни лінзи, якщо висвітлити установку світлом з певною довжиною хвилі, а експериментально визначати r k і k; або для визначення λ
-
довжини хвилі світла, якщо використовується лінза з відомим радіусом кривизни, також вимірюючи r k і k. На практиці вимірюють радіус не одного кільця, а декількох і, записуючи рівняння (3.5), двічі для кілець з порядковим номером "m" і "n", отримують рівняння для розрахунку λ і R. Віднімаючи з першого рівняння друге, отримуємо З рівняння (3.8) можна отримати рівняння для розрахунку радіуса кривизни. опис установки Вимірювання радіусів кілець Ньютона в даній роботі здійснюється за допомогою мікроскопа МБС, в одну з окулярних трубок якого встановлено джерело світла і світлофільтр, а в іншу трубку вставлений окулярний мікрометр. Це дає можливість спостерігати кільця Ньютона у відбитому світлі при нормальному падінні світлової хвилі на лінзу, так як в оптичній голівці мікроскопа встановлено спеціальні призми (призми Шмідта), що дозволяють направляти промінь світла на об'єкт і від об'єкта під прямим кутом, а окулярні трубки розгортати по оку спостерігача. На предметний столик мікроскопа кладеться пристосування, що дозволяє отримувати интерференционную картину. Воно складається з щільно притиснутою опуклою стороною плосковипуклой лінзи і плоскопараллельной пластинки. Вимірювання радіусів кілець Ньютона здійснюється за допомогою окулярного мікрометра (рис. 3.3). Окулярний мікрометр складається з корпусу 1 з хомутиком 4, який одягається на тубус мікроскопа і закріплюється гвинтом 5 окуляра 2 з Діоптрійність механізмом. Обертанням окуляра встановлюють його на різке зображення перехрестя 1 (рис. 3.4). У фокальній площині окуляра розташовані нерухома шкала 3 з поділами від 0 до 8 (рис. 3.4), рухливі перехрестя 1 і індекс 2 у вигляді біштріха. При обертанні мікрометричного гвинта 3 (рис. 3.3) перехрестя 1 і біштріх 2 (рис. 3.4) переміщаються в поле зору окуляра 2 відносно нерухомої шкали 3. Крок гвинта дорівнює 1 мм. При повороті гвинта 3 за торовану частина барабана (рис. 3.3) на один оборот біштріх і перехрестя в поле зору окуляра (рис. 3.4) перемістяться на одну поділку шкали. Отже, нерухома шкала в поле зору служить для відліку повних обертів барабана гвинта. Барабан 3 по колу розділений на 100 частин. Поворот барабана на одну поділку відповідає переміщенню перехрестя на 0,01 поділів нерухомою шкали. Повний відлік за шкалами окулярного мікрометра складається з відліку по нерухомій шкалі і відліку по барабану гвинта. Відлік по нерухомій шкалі в поле зору визначається положенням біштріха. Відлік по барабану мікрометричного гвинта проводиться як і за звичайним мікрометра, т. Е. Визначається розподіл шкали, яке знаходиться проти індексу, нанесеного на нерухомому циліндрі барабана. Вимірювання діаметра кілець зводиться до визначення координат кілець за шкалою окулярного мікрометра. Обертаючи барабан мікрометричного гвинта, встановлюємо перехрестя на темне кільце (спочатку на правий край першого, потім другого, третього і т. Д., Кожен раз роблячи відлік за шкалою і барабану, як сказано вище). Потім так само відраховуємо координати ряду послідовних кілець зліва. Віднімаючи з більшою координати меншу для одного і того ж кільця, отримуємо діаметр відповідного кільця в умовних одиницях. Розділивши діаметр на два, отримуємо значення радіусу. Помноживши отримане значення радіуса кільця на перекладної коефіцієнт, наведений в таблиці 3.1, отримаємо істинний розмір кільця в міліметрах.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)