Osvjetljenje nasuprot udaljenosti. Iz daljine do izvora svjetlosti
Pretraživanje cijelog teksta:
Fizika-\u003e Izvještaj
- Kod većine trenutnih bljeskova možete promijeniti izlaz.
- Odabirom s fotoaparata možete ga premjestiti gdje god želite.
Budući da ćemo u ovom članku govoriti o udaljenosti objekta, privremeno ćemo zaboraviti na snagu bljeskalice i usredotočit ćemo se na ono što nas zanima. U valnim pojavama poput svjetlosti, i za točkaste izvore poput naših baklji, fizika nam govori da oni ispunjavaju takozvani inverzni kvadratni zakon, 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: električna ... potpuno \u003e\u003e
Početna\u003e Priručnik\u003e Fizika
tablica 2
Na temelju 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 naša bljeskalica udaljena jedan metar od objekta, a u drugom kadru postavljena je na dva metra.
Sad zamislite da je u prvom snimku naša bljeskalica još uvijek udaljena jedan metar od objekta, a u drugom kadru postavljena je na četiri metra. Za posljednji primjer, recimo da je u prvom snimku naša bljeskalica sada udaljena tri metra od objekta, a u drugom smo je postavili na pet metara.
Naučeni odnos trebao bi biti dovoljno blizak, t.j.
E 10 / E 20 / itd.
Tada se izračunava apsolutna pogreška odstupanja rezultata od idealnog zakona
2) Ovisnost osvjetljenja o kutu upada zraka.
Ali tu nije kraj, jer još uvijek postoji. Povećavanje udaljenosti također podrazumijeva povećanje osvijetljenog područja obrnuto proporcionalno gubitku intenziteta. Za bolje razumijevanje ovoga, pogledajte sljedeću sliku. Sada znamo kako udaljenost do našeg osvjetljenja utječe na bljeskalicu.
Dobivanje točnijih podataka o procjenama proizvodnje prirodnih šuma težak je zadatak, jer su u proces rasta šuma uključeni mnogi čimbenici, poput klimatskih, edafskih, topografskih, genetskih i konkurentskih mehanizama drveća. Ti mehanizmi, kao i složenost ekosustava, moraju se dobro razumjeti za planiranje održivih proizvodnja šumskih resursa.
Za provođenje ovog eksperimenta koristi se PZF uređaj. Žarulja sa žarnom niti je spojena na ispravljački krug i ugrađuje 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). Očitanje se uzima na galvanometrskoj skali n i bilježi u tablici 3.
Stabla u tropskoj prirodnoj šumi kontinuirano su u konkurenciji, bilo zračnim prostorom u potrazi za svjetlošću, bilo u tlu s vodom, mineralima i kisikom. U tim uvjetima i dok rastu, drveće pokazuje slabiju stopu rasta.
Istraživanje rasta šumskog drveća u Amazoniji jedno je od glavnih nastojanja istraživača posljednjih desetljeća, a procjena konkurencije ide protiv tih napora. Indeksi natjecanja imaju za cilj izraziti učinak konkurencije na rast drveća. Da bi to bilo moguće, većina indeksa odnosi se na četiri glavna čimbenika: broj natjecatelja; veličina i udaljenost susjednih stabala i svjetlina.
Bez promjene napona na svjetiljci i bez pomicanja izvora svjetlosti i leće, okrenite fotoćeliju za 30 °; 45 ° i 60 °, a nakon snimanja očitanja na galvanometru, također ih unesite u tablicu 3.
Poznavajući intenzitet svjetlosti žarulje sa žarnom niti, izračunajte za svaki slučaj osvjetljenje fotoćelije prema formuli (5).
Usporedite teorijske i eksperimentalne vrijednosti osvjetljenja.
Indeksi natjecanja mogu se podijeliti u dvije velike skupine, bez obzira na udaljenost, koje ne uzimaju u obzir mjesto drveća na mjestu i ovisno o udaljenosti, uzimajući u obzir relativni položaj između stabala u dijelu i njegovu veličinu. Obje su metode primijenjene u mješovitim ili vinom bogatim šumama, ali literatura ne navodi koja je vrsta indeksa najučinkovitija.
Mnogi su pristupi korišteni za određivanje natjecateljskog područja za indekse ovisne o udaljenosti, poput metode fiksnog radijusa. Sljedeća točka koju treba uzeti u obzir jest da mjerni podaci o ovisnoj udaljenosti postaju sve nepotpuniji i neprecizniji, poput stabala u blizini ruba dijela zbog nedostatka konkurentskih stabala koja su nesrazmjerna, pa se preporuča uporaba ofset metode za korekciju ruba.
Tablica 3.
Dobiveni rezultati pokazuju da osvjetljenje ovisi o upadnom kutu zraka na osvijetljenoj površini.
TESTNA PITANJA
1. Što je vidljivo svjetlo?
2. Koji se izvor smatra točkom?
3. Koje svojstvo mora imati objekt da bi bilo nevidljivo?
4. Koja su svojstva oka kao prijemnika svjetlosne energije? Koje još prijemnike znate?
Procjena izvedbe indeksa natjecanja vrši se usporedbom indeksa izračunatog za svako stablo korištenjem šumskih varijabli poput povećanja promjera, visine i drugih. Najbolji rezultati trebali bi ukazivati \u200b\u200bna najadekvatniji mjerni podatak koji predstavlja konkurenciju između drveća u drvoreznom sloju, pružajući subvencije za modeliranje šuma i pomažući održivom gospodarenju šumama u šumi Amazone.
Natjecanje je ekološki odnos dvoje ljudi koji se natječu protiv istog resursa. To se obično događa kada su resursi ograničeni, što pridonosi ukupnom smanjenju brzine rasta, metabolizma, preživljavanja ili adekvatnosti tog organizma ispod njegovog idealnog stanja.
5. Kako ovisi osjetljivost oka na svjetlost o frekvenciji svjetlosti?
6. Što određuje boju predmeta (prozirna, neprozirna)?
7. Usporedite prednosti i nedostatke objektivnih i subjektivnih metoda fotometrijskih mjerenja.
8. U podne tijekom 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 uključene različite vrste. Interakcije među vrstama mogu se iskoristiti pomoću dva različita biološka mehanizma. Prva je izravna fizička interakcija, poznatija kao konkurencija. To se događa kada osoba izravno sprječava druge organizme da koriste resurse. A drugo je natjecanje za eksploataciju, koje se događa kada vrsta koristi resurs zajednički s drugim vrstama, ali bez izravnog kontakta s tom vrstom.
9. Izvedite obrnuti zakon kvadrata.
10. Koje su pretpostavke donesene u izvođenju ovog zakona? Kako se provode eksperimentalno? Što objašnjava veliku pogrešku pri provjeri zakona obrnutog kvadrata?
11. Zapišite osnovni zakon osvjetljenja.
12. Što se naziva foto efektom? Glavne vrste foto efekta.
13. Kakva je struktura fotoćelije selena.
Ovo neizravno iskorištavanje resursa može odrediti konkurentsku prednost jedne vrste u drugu. Rezultati natjecanja široko su proučavani kao jedan od mehanizama prirodne selekcije, jer međuvrstana konkurencija može dovesti do prilagodbe ravnoteže između dviju vrsta ili, ako je ozbiljna, može dovesti do činjenice da populacija jedne vrste zamjenjuje drugu. Natjecateljska tendencija ka ekološkom razdvajanju srodnih ili sličnih vrsta poznata je kao načelo isključenja iz konkurencije.
Međutim, istodobno natjecanje inducira nekoliko selektivnih prilagodbi koje povećavaju suživot različitih organizama na određenom području. Da bi se osigurao suživot u prirodnim sustavima, moraju se uzeti u obzir ne samo razlike u dostupnosti resursa u nišama, već i način na koji vrste reagiraju na ove promjene u okolišu. Funkcionalni sukobi, zauzvrat, također uvelike doprinose osiguranju da svaka vrsta radi bolje, barem u nekim kombinacijama uvjeta, ne dopuštajući da okolišem dominira samo jedan šef.
14. napominje da je mehanički ekvivalent svjetlosti u uskom spektralnom rasponu 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 500 nm, \u003d 650 nm.
Dakle, konkurencija je ključni proces u proučavanju biljnih populacija i zajednica, jer su gotovo sve intervencije povezane s manipulacijom ovim čimbenikom ili uvjetima koji ga mijenjaju. Učinak koji konkurencija ima na rast drveća može se izraziti pomoću indeksa koji se naziva indeks natjecanja. Ovi indeksi omogućuju vam kvantificiranje konkurentne razine stabla u odnosu na njegove konkurente. Stoga se indeks konkurencije može definirati kao pokušaj jednostavnog izraza kvantificiranja učinka susjednih biljaka na rast pojedinog stabla.
KNJIŽEVNOST
1. Sivukhin D.V. Opći tečaj 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. Građa atoma. Atomska jezgra. M.: Nauka, 1982. - 528s.
4. Korolev F.A. Tečaj fizike. Optika, atomska i nuklearna fizika, Moskva: Obrazovanje, 1974. - 608p.
Indeksi koji ovise o udaljenosti uzimaju u obzir prostorne koordinate koje se dodjeljuju svakom drvetu, što omogućuje mjerenje konkurencije između svakog stabla i susjednih stabala prema udaljenosti, što je složenije i zahtjevnije u smislu prikupljanja podataka. Natjecanje je definitivno različito između dva velika stabla i između malog i velikog stabla. Stoga se mora znati veličina stabala, blizina i rasprostranjenost susjednih stabala, kako bi se postupak procjene 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 općenito odgovara vodoravnoj površini koju zauzimaju odrasle osobe.
Laboratorijski rad br. 5 UTVRĐIVANJE SVJETLOSNE SNAGE SVOJENE ŽARULJE I PROUČAVANJE SVJETLOSNOG POLJA
Svrha rada: određivanje intenziteta svjetlosti žarulje sa žarnom niti u smjeru okomitom na ravninu niti i proučavanje raspodjele njenog intenziteta svjetlosti u ravnini okomitoj na os žarulje pomoću Richiejeva fotometra.
Uređaji i dodaci: Ritchiejev fotometar, standardna 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 na skali, optička klupa.
Zauzvrat, ove se zrake 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 ciljanog 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 te druge čimbenike okoliša. Dakle, oni rade na polju šumske ekologije više od 30 godina, a tijekom posljednjih 10 godina predloženo je nekoliko novih pristupa.
Teorijski dio rada
Jedno od najvažnijih svojstava svjetlosti je sposobnost djelovanja na oko, uzrokujući u njemu vizualne senzacije, zbog kojih osoba dobiva maksimum informacija o vanjskom svijetu u usporedbi s drugim osjetilima. Ljudsko oko ima sposobnost opažanja zračenja u rasponu spektra od 380 do 760 nm. Istodobno, fizički je uređaj sposoban 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 svjetlosnog zračenja koriste dvije skupine veličina: energija (opažajući element je fizički uređaj) i fotometrijska (opažajući element je 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 redovita, 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 smjeru okomitom na nju pri temperaturi skrućivanja čiste platine pod tlakom od 101325 Pa (2046,6 K). Sve ostale fotometrijske veličine su derivati. Definirani su u smislu osnovne veličine - intenziteta svjetlosti i geometrijskih karakteristika. To su prije svega svjetlosni tok F i osvjetljenje površine E.
Možda se izvedbe mogu razlikovati ovisno o karakteristikama svake šume. Snopovi natjecanja i drugi. ... Nekoliko je autora predložilo metodologije za kvantificiranje konkurencije koje zajedno prikazuju stabla koja se natječu. Međutim, ne postoji jasna definicija koja stabla, njihove karakteristike, prostorni položaj i udaljenost od stabla od interesa imaju konkurentski utjecaj, t.j. ne postoji veličina uzorka koja bi se koristila za identificiranje konkurentskih stabala.
Mnogi su pristupi korišteni za definiranje ovog područja natjecanja. Neki se radovi odnose na radijus fiksnog područja, na primjer Hedgey, koji je kvantificirao konkurente koristeći fiksni radijus od 3,05 m od stabla cilja. Kada se koriste indeksi natjecanja temeljeni na udaljenosti, ne može se smatrati da stabla koja su u blizini granice parcele ne ometaju druga stabla samo zato što su na rubu eksperimenta. Stoga Alder spominje da je granica problem svojstven modelima ovisno 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 svjetlosni intenzitet može smatrati nepromijenjenim. Ako je izvor svjetlosti izotropan unutar konačnog čvrstog kuta , tada
Konkretno, za cijeli 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, tada
(4)
Jedinica mjerenja osvjetljenja je 1 lux (lx), 1 lux \u003d 1lm / 1m 2.
Za točkasti izvor svjetlosti iz formula (1) i (3) slijedi jednostavnija formula
(5)
gdje je I svjetlosni intenzitet izvora u odabranom smjeru, je kut upada svjetlosnih zraka na osvijetljeno područje, 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 vizualnu, gdje je ljudsko oko prijemnik zračenja, i objektivnu, gdje je prijemnik zračenja fotoćelija - uređaj osjetljiv na svjetlost. U ovom se radu koristi Ritchiejev subjektivni fotometar. Ideja metode je sljedeća. Razmotrimo zaslon s dvije reflektirajuće mat površine. Na udaljenosti r 1 od zaslona nalazi se referentni izvor svjetlosti s poznatim intenzitetom svjetlosti I 1, a na udaljenosti r 2 - izvor čiji se intenzitet svjetlosti I 2 mora odrediti. Ovi izvori stvaraju osvjetljenje stranica zaslona.
(6)
Postrojenje obično ispunjava uvjet jednakosti kutova upadanja zraka iz prvog i drugog izvora (). Pomicanjem jednog od izvora (ili oba) možete postići jednako osvjetljenje površina zaslona, \u200b\u200bkoje 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 se radu koristi Ritchiejev 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 desnog 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.
Kad 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, stope 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 su električne svjetiljke instalirane 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). Pokus mora biti izveden najmanje 8-10 puta, svaki put mijenjajući udaljenost između referentne i istražene svjetiljke pomicanjem jedne od tih 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 tablicu br. 1.
stol 1 |
||||||
Udaljenost od referentne žarulje do fotometra, r 1 (cm) |
Udaljenost od ispitivane svjetiljke do fotometra, r 2 (cm) |
Jačina svjetlosti ispitivane svjetiljke, I 2 (Cd) |
Svjetlosni intenzitet ispitne žarulje, prosječen po broju mjerenja, I av (Kd) |
Relativna pogreška za svako mjerenje, (%) |
Relativna pogreška, prosječena po broju mjerenja, prosjek (%) |
|
2. Proučavanje raspodjele intenziteta svjetlosti oko žarulje sa žarnom niti.
1. Indikator ispitivane svjetiljke postavljen je na podjelu brojanja nule (0 0). Istražena svjetiljka instalirana je na određenoj udaljenosti r 2 od fotometra (30-60 cm). Izmjerite udaljenost od ispitne svjetiljke do fotometra r 2, koja se u daljnjim mjerenjima ne mijenja, tj. ostaje konstantan.
2. Referentna svjetiljka postavlja se od fotometra na udaljenosti r 1 na kojoj je osvjetljenje desne i lijeve strane zaslona vizualno identično. Izmjerite r 1 i izračunajte pomoću formule (8) svjetlosni intenzitet ispitivane svjetiljke za zadani položaj indikatora kuta.
3. Rotiranjem ispitne žarulje oko vertikalne osi od 0 0 do 360 0 (svaki put za 30 0) izvedite radnje navedene u stavku (2). Rezultati mjerenja zabilježite u tablicu 2.
Tablica 2.
Nacrtajte krivulju raspodjele svjetlosnog intenziteta u polarne koordinate. Da biste to učinili, nacrtajte radijusne vektore pod kutovima 0 0 ..30 0 ..... 360 0, a duljina svakog vektora radijusa treba biti izravno proporcionalna intenzitetu svjetlosti istražene žarulje sa žarnom niti za zadani kut rotacije.
TESTNA PITANJA
1. Dajte definicije svjetlosnog toka, osvjetljenja i intenziteta svjetlosti.
2. Točkasti izvor ima svjetlosni intenzitet od 10 cd. Koliki je ukupni svjetlosni 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 ovisnosti intenziteta svjetlosti žarulje sa žarnom niti o kutu njenog okretanja?
6. Na koje se razrede dijele fotometri?
KNJIŽEVNOST
1. Sivukhin D.V. Opći tečaj fizike. T.3. Optika. M.: Nauka, 1985., - 752s.
2. Saveliev I.V. Tečaj opće fizike. T.2. Električnost i magnetizam. Valovi. Optika. Moskva: Nauka, 1988. - 496 str.
3. Feynman R, Leighton. R., Sands M. Feyman Predavanja iz fizike. Svezak 3-4. Radijacija. Valovi. Količine. Moskva: Mir, 1977. - 496 str.
4. Crawford F. Berkeley tečaj fizike. Valovi. Moskva: Nauka, 1984, 512s.
1. Pročitajte opis uređaja, proučite njegov uređaj.
2. Uključite iluminator, stavite kap istraživane tekućine na donju prizmu, spustite gornju prizmu, očitajte indeks loma medija na skali.
3. Obrišite prizme. Na njih stavite kap druge ispitne tekućine. Ponovite sve radnje.
4. Unesite sve podatke u tablicu kako biste zabilježili rezultate mjerenja indeksa loma i koncentracije šećera u otopini.
5. Nacrtajte grafikon ovisnosti indeksa loma medija o koncentraciji otopljene tvari n \u003d f (C), gdje je C koncentracija otopine (šećera).
Tablica 2.1
Mjerenje indeksa loma i koncentracije šećera u otopinama
ispitna pitanja
1. Pročitajte zakon refleksije i loma svjetlosti.
2. Koje je fizičko značenje indeksa loma tvari?
3. Što je totalna unutarnja refleksija? Kada se uočava ovaj fenomen?
Rad br. 3.3 mjerenje radijusa zakrivljenosti leće i duljine 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 leće i valnu duljinu svjetlosti.
Uređaji i pribor: mikroskop, mikrometar okulara, plano-konveksna leća velikog radijusa zakrivljenosti, ravnina paralelna ploča, izvor svjetlosti (žarulja sa žarnom niti, neonska svjetiljka), set filtara.
Uvod
Newtonovi prstenovi su poseban slučaj interferencije svjetlosnih valova koja se javlja kod osvjetljavanja ravninsko-konveksne leće velikog radijusa zakrivljenosti, smještene na ravnoj zrcalnoj površini. Koherentni interferencijski valovi javljaju se kad se paralelne zrake odbijaju okomito na ravnu površinu leće od sučelja leća-zrak i zrak-stan (vidi sliku 3.1. Radi jednostavnosti, prikazana je jedna zraka koja pada na ravnu površinu leće).
Leća je smještena ispupčenim dijelom na ravnoj ploči. Između leće i ploče postoji praznina ispunjena zrakom ili drugom tvari. U točki O, debljina zračnog raspora u rasporu je mnogo manja od valne duljine svjetlosti, a tama se uvijek promatra u reflektiranoj svjetlosti u središnjoj točki. Ovdje se događa dodavanje dva vala u suprotnim fazama, budući da prva refleksija leća-zrak događa se iz optički manje gustog medija i reflektirana zraka ne mijenja fazu, a u slučaju refleksije zrak-staklo (od donjeg ruba zračnog raspora), 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 točke O, svjetlosna zraka putuje stazom gdje je debljina zračnog raspora d. Vrijednost d bit će to veća što je upadna točka zraka udaljenija od točke O. Polumjer leće je mnogo veći od debljine raspora, pa možemo pretpostaviti da će se reflektirane zrake 1 i 2 poklapati u smjeru. Tamo gdje je debljina zračnog raspora d \u003d λ / 4, geometrijska razlika u putu ovih greda bit će jednaka λ / 2, budući da greda 2 dva puta prolazi kroz taj razmak. A zbog promjene faze kojom se ova zraka reflektira od optički gušćeg medija, razlika optičkog puta ove dvije zrake bit će λ. Za ove će se točke primijetiti maksimalne smetnje kada se dodaju te zrake. Mjesta jednake debljine zračnog raspora nalaze se oko točke O u koncentričnim krugovima. Sloj debljine d \u003d λ / 4 tvori prvi svjetlosni prsten koji slijedi središnji tamna mrlja... Nakon jednostavnih matematičkih zaključaka, uvjet za maksimalnu interferenciju reflektiranih zraka zapisat će se u obliku:
(3.1)
Uvjet za minimalne smetnje u ovom slučaju je:
(3.2)
gdje je Δ. razlika optičkog puta smetajućih zraka,
d k - debljina zračnog raspora,
λ je valna duljina svjetlosti koja pada na leću,
k - serijski broj, k \u003d 0, 1, 2 ...
Budući da je teško izmjeriti debljinu zračnog raspora između leće i ravnog zrcala, obično se isključuje izražavanjem u smislu radijusa odgovarajućih tamnih prstenova - r k.
Odnos između debljine zračnog raspora d k, radijusa tamnog prstena r k i radijusa zakrivljenosti leće R može se lako dobiti prisjećanjem na 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 jednadžbe (3.2), dobivamo jednadžbu koja odnosi radijuse tamnih prstenova na polumjer zakrivljenosti leće i valnu duljinu svjetlosti za lagane prstenove Ako se promatranje provodi u propuštenoj svjetlosti, raspored tamnih i svijetlih prstenova bit će u obrnutom redoslijedu, tj. U točki O bit će svijetla mrlja, zatim tamna itd. Jednadžba (3.5) dat će 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 leće, ako je instalacija osvijetljena svjetlošću poznate valne duljine, te za eksperimentalno određivanje r k i k; ili odrediti λ
-
valne duljine svjetlosti ako se koristi leća s poznatim radijusom zakrivljenosti, također mjereći r k i k. U praksi izmjerite polumjer ne jednog prstena, već nekoliko i, zapisujući jednadžbu (3.5), dvaput za prstenove sa serijskim brojevima "m" i "n", dobijte jednadžbu za izračunavanje λ i R. Oduzimajući drugu od prve jednadžbe, dobivamo Iz jednadžbe (3.8) može se dobiti jednadžba za izračun radijusa zakrivljenosti. Opis instalacije Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova u ovom radu provodi se pomoću MBS mikroskopa, u jednu od okularnih cijevi u koje su ugrađeni izvor svjetlosti i svjetlosni filtar, a u drugu cijev umetnut je mikrometar okulara. To omogućuje promatranje Newtonovih prstenova u reflektiranoj svjetlosti pri normalnoj pojavi svjetlosnog vala na leći, budući da su u optičku glavu mikroskopa ugrađene posebne prizme (Schmidtove prizme) koje omogućuju usmjeravanje zrake svjetlosti prema objektu i izravno 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 ravnine paralelne ploče, čvrsto pritisnute konveksnom stranom. Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova provodi se pomoću mikrometra okulara (slika 3.3). Mikrometar okulara sastoji se od kućišta 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 križa 1 (slika 3.4). U žarišnoj ravnini okulara nalazi se fiksna skala 3 s podjelama od 0 do 8 (slika 3.4), pomični križ 1 i indeks 2 u obliku bištreha. Kad 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 ljestvicu 3. Korak vijka je 1 mm. Kad se vijak 3 okrene iza narezanog dijela bubnja (slika 3.3.), Crtice i križ u vidnom polju okulara (slika 3.4.) Pomaknut će se za jedan odjeljak ljestvice za jedan zavoj. Prema tome, fiksna skala u vidnom polju služi za očitavanje punih okretaja bubnja vijka. Bubanj 3 je obodno podijeljen na 100 dijelova. Rotiranje bubnja za jedan odjeljak odgovara pomicanju križa za 0,01 dijeljenja fiksne skale. Potpuno očitanje na vagi okularnog mikrometra sastoji se od očitanja na fiksnoj skali i očitanja na cijevi s vijkom. Čitanje u fiksnoj skali u vidnom polju određuje se položajem bištra. Brojanje na bubnju mikrometrijskog vijka vrši se kao i za uobičajeni mikrometar, tj. Određuje se podjela ljestvice, 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 desni rub prvog, zatim drugi, treći itd., Svaki put računajući na skali i bubnju, kao što je gore spomenuto). Tada računamo i koordinate niza uzastopnih prstenova s \u200b\u200blijeve strane. Oduzimajući od veće koordinate manju za isti prsten, dobivamo promjer odgovarajućeg prstena u konvencionalnim jedinicama. Dijeljenjem promjera s dva dobiva se vrijednost radijusa. Pomnoživši dobivenu vrijednost polumjera prstena s faktorom pretvorbe iz tablice 3.1, dobivamo pravu veličinu prstena u milimetrima.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)