Osvjetljenje nasuprot udaljenosti. Iz daljine do izvora svjetlosti
Pretraživanje cijelog teksta:
Fizika-\u003e Izvještaj
- Kod većine trenutnih bljeskova možete promijeniti izlaz.
- Ako ga odaberete s fotoaparata, možete ga premjestiti gdje god želite.
Budući da ćemo u ovom članku govoriti o udaljenosti objekta, privremeno ćemo zaboraviti na snagu blica i usredotočiti se na ono što nas zanima. U valnim pojavama kao što je svjetlost, i za tačkaste izvore kao što su naše baklje, fizika nam govori da oni ispunjavaju takozvani zakon inverznog kvadrata, u kojem se intenzitet smanjuje s kvadratom udaljenosti do središta u kojem se javljaju.
Mikroskopska elektromagnetska polja koja je stvorio odjel. elementarne čestice, karakterizirane intenzitetom mikroskopskih polja: električno ... potpuno \u003e\u003e
Početna\u003e Priručnik\u003e Fizika
tabela 2
Na osnovu dobivenih podataka potrebno je provjeriti obrnuti kvadratni zakon. Da biste to učinili, morate izračunati omjer dvije naknadne prosječne osvijetljenosti (E 10 / E 20, E 20 / E 30, itd.) I usporediti ih s inverznim omjerima kvadrata udaljenosti (/ ;
/…)
Možda se čini pomalo zbunjujuće ako se kaže na ovaj način, pa pokušajmo to objasniti na jednostavniji način. Ali zapravo nije. Sada se poslužimo nekim primjerima iz stvarnog svijeta. Pretpostavimo da je u prvom snimku naš blic udaljen jedan metar od objekta, a u drugom kadru postavljen je na dva metra.
Zamislite sada da je u prvom snimku naš blic još uvijek udaljen jedan metar od objekta, a u drugom kadru postavljen je na četiri metra. Za posljednji primjer, recimo da je u prvom snimku naš bljesak sada udaljen tri metra od objekta, a u drugom smo ga postavili na pet metara.
Naučeni odnos bi trebao biti dovoljno blizak, tj.
E 10 / E 20 / itd.
Tada se izračunava apsolutna greška odstupanja rezultata od idealnog zakona
2) Zavisnost osvetljenja od ugla pada zraka.
Ali tu nije kraj, jer još uvijek postoji. Povećavanje udaljenosti takođe podrazumeva povećanje osvetljene površine obrnuto proporcionalno gubitku intenziteta. Za bolje razumijevanje ovoga, pogledajte sljedeću sliku. Sada znamo kako udaljenost do našeg osvjetljenja utječe na bljeskalicu.
Dobivanje tačnijih podataka o proizvodnim procjenama prirodnih šuma težak je zadatak, jer su mnogi faktori uključeni u proces rasta šuma, poput klimatskih, edafskih, topografskih, genetičkih i konkurentskih mehanizama drveća. Ovi mehanizmi, kao i složenost ekosustava, moraju se dobro razumjeti za planiranje održivog proizvodnja šumskih resursa.
Za provođenje ovog eksperimenta koristi se PZF uređaj. Svjetiljka sa žarnom niti je uključena u ispravljački krug i instalira se na udaljenosti od 10 cm od fotoćelije (to je učinjeno tako da maksimalno očitanje mikroampermetra pri postavljanju kuta fotoćelije na nulu bude što veće). Očitavanje se vrši na skali galvanometra n i bilježi u tablici 3.
Drveće u tropskoj prirodnoj šumi u kontinuiranom je stanju konkurencije, bilo vazduhom u potrazi za svetlošću, bilo u zemljištu sa vodom, mineralima i kiseonikom. U tim uvjetima i dok rastu, drveće pokazuje slabiju stopu rasta.
Istraživanje rasta šumskog drveća u Amazoniji jedan je od glavnih napora istraživača u posljednjim decenijama, a procjena konkurencije ide protiv tih napora. Indeksi konkurencije imaju za cilj da izraze efekat konkurencije na rast drveća. Da bi to bilo moguće, većina indeksa odnosi se na četiri glavna faktora: broj konkurenata; veličina i udaljenost susjednih stabala i svjetlina.
Bez promjene napona na lampi i bez pomicanja izvora svjetlosti i sočiva, okrenite fotoćeliju za 30 °; 45 ° i 60 °, a nakon mjerenja očitavanja na galvanometru, unesite ih i u tablicu 3.
Znajući intenzitet svjetlosti žarulje sa žarnom niti, izračunajte za svaki slučaj osvjetljenje fotoćelije prema formuli (5).
Uporedite teorijske i eksperimentalne vrednosti osvetljenosti.
Indeksi natjecanja mogu se podijeliti u dvije velike skupine, bez obzira na udaljenost, koje ne uzimaju u obzir položaj drveća na lokaciji i ovisno o udaljenosti, uzimajući u obzir relativni položaj između drveća u dijelu i njegovu veličinu. Obje metode primijenjene su u mješovitim ili vinom bogatim šumama, ali literatura ne navodi koja je vrsta indeksa najučinkovitija.
Mnogi pristupi su korišteni za određivanje područja natjecanja za indekse koji ovise o udaljenosti, poput metode fiksnog radijusa. Još jedna stvar koju treba uzeti u obzir je da mjerni podaci o ovisnoj udaljenosti postaju sve nepotpuniji i neprecizniji, poput drveća u blizini ruba dijela zbog nedostatka konkurentskih stabala koja su nesrazmjerna, pa je preporučljivo koristiti metodu pomaka za korekciju ruba.
Tabela 3.
Dobijeni rezultati pokazuju da osvjetljenje ovisi o upadnom kutu zraka na osvijetljenoj površini.
TESTNA PITANJA
1. Šta je vidljivo svjetlo?
2. Koji se izvor smatra tačkom?
3. Koje svojstvo mora imati objekat da bi bilo nevidljivo?
4. Koja su svojstva oka kao prijemnika svjetlosne energije? Koje još prijemnike znate?
Procjena efikasnosti indeksa konkurencije vrši se upoređivanjem indeksa izračunatog za svako drvo korištenjem šumskih varijabli poput povećanja promjera, visine i drugih. Najbolji rezultati trebali bi ukazivati \u200b\u200bna najadekvatniju metriku koja predstavlja konkurenciju između drveća u drvoslovnom sloju, pružajući subvencije za modeliranje šuma, pomažući održivo upravljanje šumama u šumi Amazone.
Konkurencija je ekološki odnos dvoje ljudi koji se bore protiv istog resursa. To se obično događa kada su resursi ograničeni, što doprinosi ukupnom smanjenju stope rasta, metabolizma, preživljavanja ili adekvatnosti tog organizma ispod njegovog idealnog stanja.
5. Kako osetljivost oka na svetlost zavisi od frekvencije svetlosti?
6. Šta određuje boju predmeta (prozirna, neprozirna)?
7. Uporedite prednosti i nedostatke objektivnih i subjektivnih metoda fotometrijskih mjerenja.
8. U podne tokom proljetne i jesenje ravnodnevnice sunce stoji na ekvatoru u svom zenitu. Koliko je puta u ovom trenutku osvjetljenje zemljine površine na ekvatoru veće od osvjetljenja na geografskoj širini?
Kažemo da je konkurencija intraspecifična kada su uključeni ljudi iste vrste i da je interspecifična kada su u pitanju različite vrste. Interakcije među vrstama mogu se iskoristiti pomoću dva različita biološka mehanizma. Prva je izravna fizička interakcija, poznatija kao ometanje konkurencije. To se događa kada osoba direktno sprečava druge organizme da koriste resurse. A drugo je nadmetanje za eksploataciju, koje se događa kada vrsta koristi resurs zajednički s drugim vrstama, ali bez izravnog kontakta s tom vrstom.
9. Izvedite zakon obrnutog kvadrata.
10. Koje su pretpostavke izvedene u izvođenju ovog zakona? Kako se primjenjuju eksperimentalno? Šta objašnjava veliku grešku pri provjeri zakona obrnutog kvadrata?
11. Zapišite osnovni zakon osvjetljenja.
12. Šta se naziva foto efektom? Glavne vrste foto efekata.
13. Kakva je struktura fotoćelije selena.
Ova indirektna eksploatacija resursa može odrediti konkurentsku prednost jedne vrste u drugu. Rezultati takmičenja široko su proučavani kao jedan od mehanizama prirodne selekcije, jer međuvrstena konkurencija može dovesti do prilagođavanja ravnoteže između dvije vrste ili, ako je ozbiljna, može dovesti do činjenice da populacija jedne vrste zamjenjuje drugu. Konkurentska tendencija ka ekološkom razdvajanju srodnih ili sličnih vrsta poznata je kao princip konkurentske isključenosti.
Međutim, istovremeno, konkurencija indukuje nekoliko selektivnih adaptacija koje povećavaju koegzistenciju različitih organizama na određenom području. Da bi se osigurao suživot u prirodnim sistemima, moraju se uzeti u obzir ne samo razlike u dostupnosti resursa u nišama, već i način na koji vrste reaguju na ove promjene u okolišu. Funkcionalni sukobi, zauzvrat, takođe uvelike doprinose osiguranju da svaka vrsta radi bolje, barem u nekoj kombinaciji uslova, ne dopuštajući da okolinom dominira samo jedan šef.
14. napominje da je mehanički ekvivalent svjetlosti u uskom spektralnom opsegu koji odgovara maksimalnoj osjetljivosti oka ( \u003d 555nm), jednako 1,6 * 10 -3 W / lm, procijenite snagu svjetlosnog toka u 1 lm u spektralnom intervalu iste vrijednosti koja odgovara valnim duljinama \u003d 500nm, \u003d 650nm.
Dakle, konkurencija je ključni proces u proučavanju biljnih populacija i zajednica, jer su gotovo sve intervencije povezane s manipulacijom ovim faktorom ili uslovima koji ga mijenjaju. Učinak koji konkurencija ima na rast drveća može se izraziti pomoću indeksa koji se naziva indeks konkurencije. Ovi indeksi vam omogućavaju da kvantificirate konkurentni nivo drveta u odnosu na konkurente. Stoga se indeks konkurencije može definirati kao pokušaj jednostavnog izraza kvantifikovanja učinka susjednih biljaka na rast pojedinog stabla.
LITERATURA
1. Sivukhin D.V. Kurs opšte fizike. Optika.- Moskva: Nauka, 1980.- 752p.
2. Laboratorijska radionica iz opće i eksperimentalne fizike / Uredio EM Gershenzon. i Mansurova A.N. - M.: Akademija, 2004. - 461s.
3. Korsunsky N.N. Optika. Struktura atoma. Atomska jezgra. M.: Nauka, 1982. - 528s.
4. Korolev F.A. Kurs fizike. Optika, atomska i nuklearna fizika, Moskva: Obrazovanje, 1974. - 608p.
Indeksi ovisno o udaljenosti uzimaju u obzir prostorne koordinate koje se dodjeljuju svakom drvetu, što omogućava mjerenje konkurencije između svakog drveta i susjednih stabala prema udaljenosti, što je složenije i zahtjevnije u smislu prikupljanja podataka. Takmičenje se definitivno razlikuje između dva velika stabla i između malog i velikog stabla. Stoga, veličina stabala, blizina i rasprostranjenost susjednih stabala moraju biti poznati, kako bi se postupak nadmetanja mogao bolje procijeniti.
Da bi se identificirala konkurentska stabla, obično se dodjeljuje oko stabla koje želite procijeniti, s radijusom koji može biti fiksiran ili promjenjiv. Radijus je proizvoljno fiksiran, ali uglavnom odgovara vodoravnoj površini koju zauzimaju odrasle jedinke.
Laboratorijski rad br. 5 UTVRĐIVANJE SVJETLOSNE SNAGE SVOJENE ŽARULJE I PROUČAVANJE NJEGOVOG SVJETLOSNOG POLJA
Svrha rada: određivanje intenziteta svjetlosti žarulje sa žarnom niti u pravcu okomitom na ravninu niti i ispitivanje raspodjele njenog intenziteta svjetlosti u ravni okomitoj na os žarulje pomoću Richie fotometra.
Uređaji i dodaci: Ritchiejev fotometar, referentna žarulja sa žarnom niti snage 40 - 60 W, dizajnirana za napon od 220 V, žarulja sa žarnom niti koja se proučava, vertikalni okretni držač za ispitnu žarulju s pokazivačem, vodoravna vaga za držač s stupnjevanjem u stupnjevima, ravnalo za skalu, optička klupa.
Zauzvrat, ovi zraci se mogu klasificirati na dva načina: eksplicitni i implicitni prostor. Kada koristimo kontinuirani prostor, odnosno uzimajući u obzir relativnu udaljenost između stabala, imamo posla s izričitom mjerom. Međutim, kada linearnu udaljenost ne smatramo standardom za određivanje radijusa susjedstva, nije nam jako važno o raspodjeli stabala, već o broju i veličini stabala oko ciljnog stabla, imamo posla s implicitnom mjerom.
Eksplicitni modeli povezani s pojedinačnim stablima sposobni su zabilježiti lokalne interakcije, individualnu varijabilnost, prilagodljivo ponašanje i heterogenu raspodjelu resursa i druge faktore okoline. Dakle, oni rade na polju šumske ekologije više od 30 godina, a tokom zadnjih 10 godina predloženo je nekoliko novih pristupa.
Teorijski dio rada
Jedno od najvažnijih svojstava svjetlosti je sposobnost djelovanja na oko, izazivajući u njemu vizuelne senzacije, zbog kojih osoba dobiva maksimum informacija o vanjskom svijetu u odnosu na druga osjetila. Ljudsko oko ima sposobnost opažanja zračenja u opsegu spektra od 380 do 760 nm. Istodobno, fizički uređaj može registrirati elektromagnetsko zračenje na drugim valnim duljinama, a u vidljivom dijelu spektra njegova spektralna osjetljivost može se razlikovati od osjetljivosti ljudskog oka. Stoga se za procjenu zračenja svjetlosti koriste dvije skupine veličina: energija (element koji opaža je fizički uređaj) i fotometrijski (element koji opaža ljudsko oko).
Mnogi empirijski dokazi podupiru pretpostavku da indeksi prostorne konkurencije nisu nužno bolji od formula neovisnih o udaljenosti. Međutim, autori tvrde da većina ovih podataka dolazi iz zasađenih šuma, gdje je prostorna raspodjela drveća redovna, a konkurencija za resurse smanjena. Međutim, druga istraživanja spominju da su prostorni modeli bolji u predviđanju rasta drveća. Stoga ne postoji zdrav razum između toga koja vrsta indeksa najbolje djeluje.
Glavna fotometrijska vrijednost je svjetlosni intenzitet I. Njegova mjerna jedinica je 1 kandela (svijeća - svijeća). Određuje se pomoću svjetlosnog standarda poput vremena, dužine itd. Kandela je intenzitet svjetlosti koju apsolutno crno tijelo emitira s površine 1/60 cm 2 u pravcu okomitom na nju pri temperaturi očvršćavanja čiste platine pod pritiskom od 101325 Pa (2046,6 K). Sve ostale fotometrijske veličine su derivati. Oni su definirani u smislu osnovne veličine - intenziteta svjetlosti i geometrijskih karakteristika. To su prije svega svjetlosni tok F i osvjetljenje površine E.
Možda se performanse mogu razlikovati ovisno o karakteristikama svake šume. Snopovi konkurencije i drugi. ... Nekoliko autora predložilo je metodologije za kvantifikovanje konkurencije koje zajedno prikazuju drveće koje se takmiči. Međutim, ne postoji jasna definicija koja stabla, njihove karakteristike, prostorni položaj i udaljenost od stabla od interesa imaju konkurentski utjecaj, tj. nema veličine uzorka koja bi se koristila za identifikaciju stabala konkurenata.
Mnogi su pristupi korišteni za definiranje ovog područja konkurencije. Neki od radova odnose se na radijus fiksne površine, na primjer Hedge, koji je kvantificirao konkurente koristeći fiksni radijus od 3,05 m od ciljnog stabla. Kada se koriste indeksi konkurencije na osnovu udaljenosti, ne može se smatrati da drveće koje se nalazi blizu granice parcele ne ometa drugo drveće, jednostavno zato što se nalazi na rubu eksperimenta. Stoga Alder spominje da je granica problem svojstven modelima koji ovise o udaljenosti.
Intenzitet svjetlosti izvora može ovisiti o smjeru zračenja. Stoga se u općenitom slučaju svjetlosni tok definira kao
(1)
gdje je d mali puni kut duž odabranog smjera, unutar kojeg se intenzitet svjetlosti može smatrati nepromijenjenim. Ako je izvor svjetlosti izotropan unutar konačnog čvrstog kuta , tada
Konkretno, za čitav prostor \u003d 4 patnje. Mjerna jedinica svjetlosnog toka je 1 lumen (lm), 1 lm \u003d 1 cd * patnja.
Osvjetljenje površine
(3)
je fizička veličina, numerički jednaka svjetlosnom toku po jedinici površine osvijetljene površine. Ako je svjetlosni tok ravnomjerno raspoređen po površini, onda
(4)
Jedinica za mjerenje osvjetljenja je 1 lux (lx), 1 lx \u003d 1lm / 1m 2.
Za točkasti izvor svjetlosti iz formula (1) i (3) slijedi jednostavnija formula
(5)
gdje je I intenzitet svjetlosti izvora u odabranom smjeru, je ugao upada svjetlosnih zraka na osvijetljenu površinu, r je udaljenost od izvora do područja.
Za mjerenje vrijednosti svjetlosti koriste se posebni optički uređaji nazvani fotometri. Fotometri su podijeljeni u dvije klase - subjektivnu ili vizuelnu, gdje je ljudsko oko prijemnik zračenja, i objektivnu, gdje je prijemnik zračenja fotoćelija - uređaj osjetljiv na svjetlost. U ovom radu korišten je Ritchiejev subjektivni fotometar. Ideja metode je sljedeća. Razmotrite zaslon s dvije reflektirajuće mat površine. Na udaljenosti r 1 od ekrana nalazi se referentni izvor svjetlosti poznatog intenziteta svjetlosti I 1, a na udaljenosti r 2 - izvor čiji se intenzitet svjetlosti I 2 mora odrediti. Ovi izvori stvaraju osvjetljenje stranica ekrana.
(6)
Instalacija obično ispunjava uvjet jednakosti uglova pada zraka iz prvog i drugog izvora () Pomicanjem jednog od izvora (ili oba) možete postići podjednako osvjetljenje površina ekrana, koje se vizualno percipira. Iz stanja
i formulu (6) dobivamo
(7)
Tako se mjerenjem udaljenosti r 1 i r 2 i poznavanjem vrijednosti I 1 može pronaći intenzitet svjetlosti I 2 izvora koji se proučava.
Opis eksperimentalne postavke
U ovom radu koristi se Ritchie fotometar (slika 1), koji se sastoji od sljedećih glavnih dijelova: jednakokraka pravokutna prizma (1), u kojoj su lica uz pravi kut obojena bijelom mat bojom, pravokutni okvir (2), otvoren s obje strane , u koji je umetnuta prizma, mat prozirnog zaslona (3), koji je rubom pravog kuta prizme podijeljen na jednake dijelove, zvono (4), koje služi kao zaštita od prodora tuđe svjetlosti na mat zaslon. Zvono je kruto povezano s obodom prizme.
Kada fotometar radi, svjetlost izvora S 1 i S 2 pogađa bijela lica prizme. Pomicanjem jednog ili oba izvora postiže se isto osvjetljenje lica s lijeve i desne strane. To će biti slučaj kada se oba lica, gledana kroz poluprozirni zaslon, spoje u jedno - granica između njih nestaje. Put zraka u fotometru prikazan je na slici 1.
Završetak posla
1. Određivanje intenziteta svjetlosti izvora.
U radu se koristi Richiejev fotometar. Dvije bočne lampe instalirane su na bočnim stranama prizme fotometra na najvećoj mogućoj udaljenosti, tako da se može smatrati da zrake normalno padaju na površinu fotometra. Zatim se istraženi ili referentni izvor pomiče sve dok osvjetljenje lica ne postane isto. Nakon toga određuje se udaljenost od referentne svjetiljke do fotometra - r 1, a od istražene svjetiljke do fotometra - r 2 (u sredini vanjskog dijela fotometra nalazi se pokazivač kojim se određuje položaj fotometra na optičkoj klupi). Eksperiment se mora obaviti najmanje 8-10 puta, svaki put mijenjajući udaljenost između referentne i istražene svjetiljke pomicanjem jedne od ovih svjetiljki. Prema formuli (8), izračunajte intenzitet svjetlosti ispitne žarulje I 2 pri zadanom intenzitetu svjetlosti referentne žarulje I 1 (I 1 \u003d 15 Kd) Unesite rezultate mjerenja u tabelu br. 1.
Tabela 1 |
||||||
Udaljenost od referentne žarulje do fotometra, r 1 (cm) |
Udaljenost od ispitivane lampe do fotometra, r 2 (cm) |
Jačina svjetlosti ispitivane svjetiljke, I 2 (Cd) |
Intenzitet svjetlosti ispitivane svjetiljke, prosječen po broju mjerenja, I av (Kd) |
Relativna greška za svako mjerenje, (%) |
Relativna greška, prosječena po broju mjerenja, prosjek (%) |
|
2. Proučavanje raspodjele intenziteta svjetlosti oko žarulje sa žarnom niti.
1. Indikator ispitivane lampe postavljen je na podjelu brojanja nule (0 0). Ispitivana lampa instalirana je na nekoj udaljenosti r 2 od fotometra (30-60 cm). Izmjerite udaljenost od istražene svjetiljke do fotometra r 2, koja se u daljnjim mjerenjima ne mijenja, tj. ostaje konstantan.
2. Referentna lampica postavlja se od fotometra na udaljenosti r 1, na kojoj je osvjetljenje desne i lijeve strane zaslona vizuelno isto. Izmjerite r 1 i izračunajte pomoću formule (8) intenzitet svjetlosti ispitivane svjetiljke za zadati položaj indikatora kuta.
3. Rotiranjem ispitne lampice oko vertikalne osi od 0 0 do 360 0 (svaki put za 30 0) izvedite radnje navedene u paragrafu (2). Rezultate mjerenja zabilježite u tabelu 2.
Tabela 2.
Nacrtajte krivulju raspodjele svjetlosnog intenziteta u polarne koordinate. Da biste to učinili, nacrtajte radijusne vektore pod uglovima 0 0 ..30 0 ..... 360 0, a duljina svakog vektora polumjera treba biti direktno proporcionalna intenzitetu svjetlosti istražene žarulje sa žarnom niti za zadati kut rotacije.
TESTNA PITANJA
1. Dajte definicije svjetlosnog toka, osvjetljenja i intenziteta svjetlosti.
2. Tačkasti izvor ima intenzitet svjetlosti od 10 cd. Koliki je ukupni svetlosni tok koji ovaj izvor stvara?
3. Zašto su žarulje sa žarnom niti velike snage velike veličine?
4. Izvor svjetlosti naziva se Lambert ako njegova svjetlina nije uvijena iz smjera. Navedi primjere Lambertovih izvora.
5. Koji je razlog zavisnosti intenziteta svjetlosti žarulje sa žarnom niti od ugla njenog okretanja?
6. Na koje se razrede dijele fotometri?
LITERATURA
1. Sivukhin D.V. Kurs opšte fizike. T.3. Optika. M.: Nauka, 1985, - 752s.
2. Saveliev I.V. Kurs opšte fizike. T.2. Električnost i magnetizam. Talasi. Optika. Moskva: Nauka, 1988. - 496 str.
3. Feynman R, Leighton. R., Sands M. Feyman Predavanja iz fizike. Svezak 3-4. Zračenje. Talasi. Quants. Moskva: Mir, 1977. - 496 str.
4. Kurs fizike Crawford F. Berkeley. Talasi. Moskva: Nauka, 1984, 512s.
1. Pročitajte opis uređaja i proučite njegov uređaj.
2. Uključite iluminator, stavite kap tekućine koja se ispituje na donju prizmu, spustite gornju prizmu, pročitajte indeks loma medija na skali.
3. Obrišite prizme. Na njih stavite kap druge test tečnosti. Ponovite sve radnje.
4. Unesite sve podatke u tablicu kako biste zabilježili rezultate mjerenja indeksa loma i koncentracije šećera u otopini.
5. Nacrtajte grafikon zavisnosti indeksa loma medija od koncentracije otopljene supstance n \u003d f (C), gdje je C koncentracija otopine (šećera).
Tabela 2.1
Mjerenje indeksa loma i koncentracije šećera u otopinama
test pitanja
1. Pročitajte zakon refleksije i loma svjetlosti.
2. Koje je fizičko značenje indeksa loma supstance?
3. Šta je totalna unutrašnja refleksija? Kada se uočava ovaj fenomen?
Rad br. 3.3 mjerenje radijusa zakrivljenosti sočiva i dužine svjetlosnih valova pomoću Newtonovih interferencijskih prstenova
Cilj: proučiti fenomen interferencije i upoznati se s jednim od posebnih slučajeva interferencije Newtonovih prstenova i uz njihovu pomoć odrediti radijus zakrivljenosti sočiva i talasnu dužinu svjetlosti.
Uređaji i pribor: mikroskop, mikrometar okulara, plano-konveksna leća velikog radijusa zakrivljenosti, ravni paralelna ploča, izvor svjetlosti (žarulja sa žarnom niti, neonska lampa), set filtara.
Uvod
Newtonovi prstenovi su poseban slučaj interferencije svjetlosnih talasa koja se javlja kod osvjetljavanja ravne konveksne leće velikog radijusa zakrivljenosti koja se nalazi na ravnoj površini zrcala. Koherentni ometajući valovi javljaju se kada se paralelne zrake odbijaju okomito na ravnu površinu sočiva od interfejsa sočiva-vazduha i zraka-ravnog (vidi sliku 3.1. Radi jednostavnosti, prikazan je jedan zrak koji pada na ravnu površinu sočiva).
Sočivo se nalazi na konveksnom dijelu na ravnoj ploči. Između sočiva i ploče postoji praznina ispunjena zrakom ili drugom supstancom. U tački O, debljina zračnog raspora u zazoru je mnogo manja od talasne dužine svjetlosti, a u reflektiranoj svjetlosti u središnjoj točki uvijek se opaža mrak. Ovdje se događa dodavanje dva vala u suprotnim fazama, budući da prva refleksija sočiva u zrak dolazi od optički manje gustog medija i reflektirana zraka ne mijenja fazu, a u slučaju refleksije zrak do stakla (od donjeg ruba zračnog zazora), faza reflektirane zrake mijenja se u π , i to je ekvivalentno promjeni razlike valnog puta za λ / 2, budući da dolazi do refleksije od optički gušćeg medija. Na određenoj udaljenosti od tačke O, svjetlosni snop prelazi put gdje je debljina zračnog raspora d. Vrijednost d će biti veća, što je više upadna tačka udaljena od točke O. Radijus sočiva je mnogo veći od debljine raspora, pa možemo pretpostaviti da će se reflektirani zraci 1 i 2 poklapati u pravcu. Tamo gdje je debljina zračnog raspora d \u003d λ / 4, geometrijska razlika u putu ovih zraka bit će jednaka λ / 2, budući da zrak 2 dva puta prolazi kroz taj razmak. A zbog promjene faze kojom ovaj zrak zrači kad se reflektuje od optički gušćeg medija, razlika optičke putanje ove dvije zrake bit će λ. Za ove će se točke primijetiti maksimalne smetnje kada se dodaju ove grede. Mjesta jednake debljine zračnog raspora nalaze se oko točke O u koncentričnim krugovima. Sloj debljine d \u003d λ / 4 čini prvi svjetlosni prsten koji slijedi središnji tamna mrlja... Nakon jednostavnog matematičkog zaključivanja, uvjet za maksimalnu interferenciju odbijenih zraka zapisat će se u obliku:
(3.1)
Uvjet za minimalne smetnje u ovom slučaju je:
(3.2)
gdje je Δ razlika optičke putanje snopova koji ometaju,
d k - debljina zračnog raspora,
λ je talasna dužina svjetlosti koja pada na sočivo,
k - serijski broj, k \u003d 0, 1, 2 ...
Budući da je teško izmjeriti debljinu zračnog raspora između sočiva i ravnog zrcala, obično se isključuje izražavanjem u smislu radijusa odgovarajućih tamnih prstenova - r k.
Odnos između debljine zračnog zazora d k, radijusa tamnog prstena r k i radijusa zakrivljenosti sočiva R može se lako dobiti prisjećanjem na dobro poznati teorem iz geometrije (slika 3.2).
(3.3)
Proširivanjem zagrada i uzimajući u obzir da je d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) Zamjenjujući u jednadžbu (3.4) vrijednost d k iz jednačine (3.2), dobivamo jednadžbu koja odnosi polumjere tamnih prstenova na radijus zakrivljenosti sočiva i valnu duljinu svjetlosti za lagane prstenove Ako se promatranje provodi u propuštenoj svjetlosti, raspored tamnih i svijetlih prstenova bit će obrnutim redoslijedom, tj. U točki O bit će svijetla mrlja, zatim tamna itd. Jednadžba (3.5) će dati vrijednost polumjera svjetlosnih prstenova i ( 3.6) - tamno. U ovom radu izračunava se jednadžba (3.5) koja se može koristiti ili za određivanje R - radijusa zakrivljenosti sočiva, ako je instalacija osvijetljena svjetlošću poznate valne duljine, te za eksperimentalno određivanje r k i k; ili da se odredi λ
-
talasne dužine svjetlosti ako se koristi sočivo s poznatim radijusom zakrivljenosti, također mjereći r k i k. U praksi izmjerite radijus ne jednog prstena, već nekoliko i, zapisujući jednačinu (3.5), dvaput za prstenove sa serijskim brojevima „m“ i „n“, dobijte jednačinu za izračunavanje λ i R. Oduzimajući drugu od prve jednačine, dobivamo Iz jednadžbe (3.8) možemo dobiti jednadžbu za izračunavanje radijusa zakrivljenosti. Opis instalacije Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova u ovom radu vrši se pomoću MBS mikroskopa, u jednu od okularnih cijevi u koje su ugrađeni izvor svjetlosti i svjetlosni filter, a u drugu cijev umetnut mikrometar okulara. To omogućava promatranje Newtonovih prstenova u reflektiranoj svjetlosti pri normalnoj pojavi svjetlosnog vala na sočivu, budući da su u optičku glavu mikroskopa ugrađene posebne prizme (Schmidtove prizme) koje omogućuju usmjeravanje svjetlosnog snopa do i od objekta pod pravim kutom, a cijevi okulara okreću se oko oka posmatrač. Uređaj se postavlja na pozornicu mikroskopa kako bi se dobio uzorak smetnji. Sastoji se od ravne konveksne leće i ravni paralelne ploče, čvrsto pritisnute konveksnom stranom. Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova vrši se pomoću okularnog mikrometra (slika 3.3). Mikrometar okulara sastoji se od tijela 1 sa stezaljkom 4, koje se stavlja na cijev mikroskopa i učvršćuje vijkom 5 okulara 2 s dioptrijskim mehanizmom. Rotiranjem okulara postavite ga na oštru sliku ukrštenog križa 1 (slika 3.4). U žarišnoj ravni okulara nalazi se fiksna skala 3 s podjelama od 0 do 8 (slika 3.4), pomični križ 1 i indeks 2 u obliku bištre. Kada se mikrometarski vijak 3 (slika 3.3) okrene, križ 1 i šipka 2 (slika 3.4) pomiču se u vidnom polju okulara 2 u odnosu na fiksnu skalu 3. Korak vijka je 1 mm. Kad se zavrtanj 3 okrene iza narezanog dijela bubnja (slika 3.3), crtice i poprečna križa u vidnom polju okulara (slika 3.4) pomaknut će se za jedan odjeljak skale za jedan zavoj. Prema tome, fiksna skala u vidnom polju služi za brojanje punih okretaja bubnja sa vijcima. Bubanj 3 je obodno podijeljen na 100 dijelova. Rotiranje bubnja za jedan odjeljak odgovara pomicanju križa za 0,01 odjela fiksne skale. Potpuno očitanje na vagi okularnog mikrometra sastoji se od očitanja na fiksnoj skali i očitanja na cijevi s vijkom. Očitavanje na fiksnoj skali u vidnom polju određuje se položajem bištra. Brojanje na bubnju mikrometrijskog vijka provodi se kao u uobičajenom mikrometru, tj. Određuje se podjela skale, koja je suprotna indeksu otisnutom na nepokretnom cilindru bubnja. Mjerenje promjera prstenova svodi se na određivanje koordinata prstenova na skali mikrometra okulara. Rotirajući bubanj mikrometarskog vijka, namjestite križ na tamni prsten (prvo na desnu ivicu prvog, zatim drugi, treći itd., Svaki put računajući na skali i bubnju, kao što je gore spomenuto). Zatim računamo i koordinate niza uzastopnih prstenova s \u200b\u200blijeve strane. Oduzimajući od veće koordinate manju za isti prsten, dobivamo promjer odgovarajućeg prstena u proizvoljnim jedinicama. Dijeljenjem promjera sa dva dobija se vrijednost radijusa. Množenjem dobivene vrijednosti radijusa prstena s faktorom konverzije navedenim u tablici 3.1, dobiva se prava veličina prstena u milimetrima.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)