Osvetlenie verzus vzdialenosť. Z diaľky na zdroj svetla
Fulltextové vyhľadávanie:
Fyzika-\u003e Správa
- Pri väčšine bežných bleskov môžete zmeniť výstupný výkon.
- Výberom z fotoaparátu ju môžete presunúť kamkoľvek chcete.
Keďže v tomto článku si povieme niečo o vzdialenosti objektov, dočasne zabudneme na silu blesku a zameriame sa na to, čo nás zaujíma. Vo vlnových javoch, ako je svetlo, a pre bodové zdroje, ako sú napríklad naše erupcie, nám fyzika hovorí, že spĺňajú takzvaný zákon inverzného štvorca, v ktorom intenzita klesá s druhou mocninou vzdialenosti od stredu, kde sa vyskytujú.
Mikroskopické elektromagnetické polia vytvorené pracoviskom. elementárne častice, charakterizované intenzitou mikroskopických polí: elektrické ... úplne \u003e\u003e
Domovská stránka\u003e Príručka\u003e Fyzika
tabuľka 2
Na základe získaných údajov je potrebné skontrolovať zákon inverzného štvorca. Aby ste to dosiahli, musíte vypočítať pomer dvoch nasledujúcich priemerných osvetlení (E 10 / E 20, E 20 / E 30 atď.) A porovnať ich s inverznými pomermi druhých mocnín vzdialeností (/ ;
/…)
Môže sa to zdať trochu mätúce, ak sa to povie takto, skúsme to teda vysvetliť jednoduchším spôsobom. Ale v skutočnosti to tak nie je. Teraz použijeme niekoľko príkladov z reálneho sveta. Predpokladajme, že na prvom zábere je náš blesk jeden meter od objektu a na druhom zábere ho umiestnime dva metre.
Teraz si predstavte, že na prvom zábere je náš blesk stále jeden meter od subjektu a na druhom zábere ho umiestnime štyri metre. Za posledný príklad povedzme, že pri prvom zábere je náš blesk teraz vzdialený tri metre od subjektu a pri druhom zábere sme ho umiestnili o päť metrov ďalej.
Naučený vzťah by mal byť dostatočne blízky, t.j.
E 10 / E 20 /atď.
Potom sa vypočíta absolútna chyba odchýlky výsledkov od ideálneho zákona
2) Závislosť osvetlenia od uhla dopadu lúčov.
Tým to však nekončí, pretože stále existuje. Zvyšovanie vzdialenosti tiež znamená zväčšenie osvetlenej oblasti v nepriamom pomere so stratou intenzity. Pre lepšie pochopenie tejto informácie nájdete na nasledujúcom obrázku. Teraz vieme, ako vzdialenosť od nášho osvetlenia ovplyvňuje blesk.
Získanie presnejších informácií o odhadoch produkcie prírodného lesa je náročná úloha, pretože do procesu rastu lesa je zapojených veľa faktorov, ako sú klimatické, edafické, topografické, genetické a konkurenčné mechanizmy stromov. Tieto mechanizmy, ako aj zložitosť ekosystémov musia byť pri plánovaní trvalo udržateľného rozvoja dobre pochopené. produkcia lesných zdrojov.
Na uskutočnenie tohto experimentu sa použije zariadenie PZF. V obvode usmerňovača je zahrnutá žiarovka a je inštalovaná vo vzdialenosti 10 cm od fotobunky (to sa deje tak, aby maximálny odpočet mikroammetra pri nastavovaní uhla fotobunky na nulu bol čo najväčší). Odčítanie sa vykoná na stupnici galvanometra n a zaznamená sa do tabuľky 3.
Stromy v tropickom prírodnom lese sú v nepretržitom konkurenčnom stave, a to buď vzdušným priestorom pri hľadaní svetla, alebo v pôde obsahujúcej vodu, minerály a kyslík. Za týchto podmienok a počas rastu majú stromy tendenciu vykazovať pomalšie tempo rastu.
Výskum rastu lesných stromov v Amazónii bol jedným z hlavných snáh výskumných pracovníkov posledných desaťročí a hodnotenie konkurencie je v rozpore s týmito snahami. Cieľom indexov konkurencie je vyjadriť vplyv konkurencie na rast stromov. Aby to bolo možné, väčšina indexov sa týka štyroch hlavných faktorov: počet konkurentov; veľkosť a vzdialenosť susedných stromov a jas.
Bez zmeny napätia na žiarovke a bez pohybu zdroja svetla a šošovky otočte fotobunku o 30 °; 45 ° a 60 ° a po odčítaní údajov z galvanometra ich tiež zapíšte do tabuľky 3.
Ak poznáte intenzitu svetla žiarovky, vypočítajte pre každý prípad osvetlenie fotobunky podľa vzorca (5).
Porovnajte teoretické a experimentálne hodnoty osvetlenia.
Konkurenčné indexy je možné rozdeliť do dvoch veľkých skupín bez ohľadu na vzdialenosť, ktoré nezohľadňujú umiestnenie stromov na danom mieste a v závislosti od vzdialenosti s prihliadnutím na relatívnu polohu medzi stromami v časti a jej veľkosť. Obe metódy sa uplatnili v zmiešaných alebo na víno bohatých lesoch, literatúra však neuvádza, ktorý typ indexu je najefektívnejší.
Na definovanie konkurenčnej oblasti pre indexy závislé od vzdialenosti sa použilo veľa prístupov, napríklad metóda s pevným polomerom. Ďalším bodom, ktorý je potrebné vziať do úvahy, je, že závislé metrické údaje vzdialenosti sú čoraz neúplnejšie a nepresnejšie, ako napríklad stromy blízko okraja kusu kvôli nedostatku konkurenčných stromov, ktoré sú neproporcionálne, preto sa na opravu okraja odporúča použiť metódu offsetu.
Tabuľka 3.
Získané výsledky naznačujú, že osvetlenie závisí od uhla dopadu lúčov na osvetlený povrch.
KONTROLNÉ OTÁZKY
1. Čo je viditeľné svetlo?
2. Aký zdroj sa považuje za bodový?
3. Akú vlastnosť musí mať predmet, aby bol neviditeľný?
4. Aké sú vlastnosti oka ako prijímača svetelnej energie? Aké ďalšie prijímače poznáte?
Hodnotenie efektívnosti indexu konkurencie sa vykonáva porovnaním indexu vypočítaného pre každý strom pomocou lesných premenných, ako sú zväčšenie priemeru, výšky a ďalšie. Najlepšie výsledky by mali naznačovať najprimeranejšiu metriku, ktorá predstavuje konkurenciu medzi stromami v stromovej vrstve, poskytnutím dotácií na modelovanie lesov a podporou trvalo udržateľného obhospodarovania lesov v amazonskom lese.
Konkurencia je ekologický vzťah medzi dvoma ľuďmi, ktorí bojujú o rovnaký zdroj. K tomu obvykle dochádza, keď sú obmedzené zdroje, čo prispieva k celkovému zníženiu rýchlosti rastu, metabolizmu, prežitia alebo primeranosti organizmu pod jeho ideálny stav.
5. Ako závisí citlivosť oka na svetlo od frekvencie svetla?
6. Čo určuje farbu objektu (priehľadná, nepriehľadná)?
7. Porovnajte výhody a nevýhody objektívnych a subjektívnych metód fotometrických meraní.
8. Na poludnie počas jarných a jesenných rovnodenností stojí slnko pri zenite pri rovníku. Koľkokrát je v tejto dobe osvetlenie zemského povrchu na rovníku väčšie ako osvetlenie zemepisnej šírky?
Hovoríme, že konkurencia je vnútrodruhová, keď sú do nej zapojené osoby rovnakého druhu, a že je medzidruhová, ak sú zapojené rôzne druhy. Medzidruhovú interakciu je možné využiť dvoma rôznymi biologickými mechanizmami. Prvou je priama fyzická interakcia, ktorá sa viac nazýva konkurenčná interferencia. To sa stane, keď človek priamo zabráni iným organizmom vo využívaní zdrojov. A druhou je súťaž o vykorisťovanie, ku ktorej dochádza, keď druh využíva spoločný zdroj s inými druhmi, ale bez priameho kontaktu s týmto druhom.
9. Odvodiť zákon inverzného štvorca.
10. Aké predpoklady sa odvodzujú z tohto zákona? Ako sa implementujú experimentálne? Čo vysvetľuje veľkú chybu pri kontrole zákona o inverznom štvorci?
11. Zapíšte si základný zákon osvetlenia.
12. Čo sa nazýva fotoefekt? Hlavné typy fotografického efektu.
13. Aká je štruktúra fotobunky selénu.
Toto nepriame využitie zdrojov môže určiť konkurenčnú výhodu jedného druhu voči druhému. Výsledky konkurencie boli široko študované ako jeden z mechanizmov prirodzeného výberu, pretože medzidruhová konkurencia môže viesť k úprave rovnováhy medzi týmito dvoma druhmi, alebo ak je závažná, môže viesť k skutočnosti, že populácia jedného druhu nahrádza iný. Konkurenčná tendencia k ekologickej separácii príbuzných alebo podobných druhov je známa ako princíp konkurenčného vylúčenia.
Konkurencia však súčasne vyvoláva niekoľko selektívnych adaptácií, ktoré zvyšujú koexistenciu rôznych organizmov v danej oblasti. Aby sa zabezpečilo spolužitie v prírodných systémoch, je potrebné brať do úvahy nielen rozdiely v dostupnosti zdrojov vo výklenkoch, ale aj spôsob, akým druhy reagujú na tieto zmeny v životnom prostredí. Funkčné konflikty zasa tiež vedú dlhú cestu pri zabezpečovaní toho, aby sa každému druhu darilo lepšie, aspoň za určitých kombinácií podmienok, bez toho, aby bolo možné, aby v prostredí dominoval iba jeden šéf.
14. Poznamenal, že mechanický ekvivalent svetla v úzkom spektrálnom rozsahu zodpovedajúci maximálnej citlivosti oka ( \u003d 555 nm), čo sa rovná 1,6 * 10 -3 W / lm, odhadnite výkon svetelného toku v 1 lm v spektrálnom rozsahu rovnakej hodnoty, zodpovedajúcej vlnovým dĺžkam \u003d 500 nm, \u003d 650 nm.
Konkurencia je teda kľúčovým procesom pri štúdiu populácií rastlín a spoločenstiev, pretože takmer všetky intervencie sú spojené s manipuláciou s týmto faktorom alebo podmienkami, ktoré ho menia. Účinok, ktorý má konkurencia na rast stromov, je možné vyjadriť pomocou indexu nazývaného index konkurencie. Tieto indexy vám umožňujú kvantifikovať konkurenčnú úroveň stromu vo vzťahu k jeho konkurentom. Teda index konkurencie možno definovať ako pokus o jednoduché vyčíslenie účinku susedných rastlín na rast jednotlivého stromu.
LITERATÚRA
1. Sivukhin D.V. Kurz všeobecnej fyziky. Optika. - Moskva: Nauka, 1980. - 752 s.
2. Laboratórny workshop všeobecnej a experimentálnej fyziky. / Upravil EM Gershenzon. a Mansurova A.N. - M.: Akadémia, 2004. - 461 s.
3. Korsunsky N.N. Optika. Štruktúra atómu. Atómové jadro. M.: Nauka, 1982. - 528 s.
4. Korolev F.A. Kurz fyziky. Optika, atómová a jadrová fyzika, Moskva: Vzdelávanie, 1974. - 608s.
Indexy závislé od vzdialenosti zohľadňujú priestorové súradnice, ktoré sú priradené každému stromu, čo umožňuje vážiť konkurenciu medzi každým stromom a susednými stromami podľa vzdialenosti, čo je zložitejšie a náročnejšie z hľadiska zberu údajov. Konkurencia je určite iná medzi dvoma veľkými stromami a medzi malým stromom a veľkým. Preto musí byť známa veľkosť stromov, blízkosť a rozmiestnenie susedných stromov, aby sa mohol lepšie odhadnúť proces súťaže.
Na identifikáciu konkurenčných stromov je zvyčajne priradený okolo stromu, ktorý chcete vyhodnotiť, s polomerom, ktorý môže byť pevný alebo variabilný. Polomer je ľubovoľne pevný, všeobecne však zodpovedá vodorovnej ploche, ktorú zaberajú dospelí jedinci.
Laboratórne práce č. 5 STANOVENIE SVETELNEJ PEVNOSTI INCANDOVANEJ ŽIAROVKY A ŠTÚDIA JEJ SVETELNEJ POLE
Účel práce: stanovenie svietivosti žiarovky v smere kolmom na rovinu vlákna a skúmanie rozloženia jeho svietivosti v rovine kolmej na os žiarovky pomocou Richieho fotometra.
Spotrebiče a príslušenstvo: Ritchieho fotometer, referenčná žiarovka s výkonom 40 - 60 W, určená na napätie 220 V, študovaná žiarovka, vertikálny otočný držiak na testovaciu lampu s ukazovateľom, horizontálna stupnica pre držiak s dielikmi v stupňoch, pravítko stupnice, optická lavica.
Na druhej strane možno tieto lúče klasifikovať dvoma spôsobmi: explicitným a implicitným priestorom. Keď používame spojitý priestor, to znamená, berúc do úvahy relatívnu vzdialenosť medzi stromami, máme na mysli explicitnú mieru. Keď však lineárnu vzdialenosť nepovažujeme za štandard na určovanie polomeru susedstva, nie je to pre nás veľmi dôležité o rozložení stromov, ale o počte a veľkosti stromov okolo cieľového stromu, máme do činenia s implicitnou mierou.
Explicitné modely spojené s jednotlivými stromami sú schopné zachytiť miestne interakcie, individuálnu variabilitu, adaptívne správanie a heterogénne alokácie zdrojov a ďalšie environmentálne faktory. V oblasti ekológie lesov teda pracujú už viac ako 30 rokov a za posledných 10 rokov bolo navrhnutých niekoľko nových prístupov.
Teoretická časť práce
Jednou z najdôležitejších vlastností svetla je jeho schopnosť pôsobiť na oko a spôsobiť v ňom zrakové vnemy, vďaka ktorým človek dostáva maximum informácií o vonkajšom svete v porovnaní s ostatnými zmyslami. Ľudské oko má schopnosť vnímať žiarenie v rozsahu spektra od 380 do 760 nm. Fyzické zariadenie je zároveň schopné registrovať elektromagnetické žiarenie na iných vlnových dĺžkach a vo viditeľnej časti spektra sa jeho spektrálna citlivosť môže líšiť od citlivosti ľudského oka. Preto sa na hodnotenie vyžarovania svetla používajú dve skupiny veličín: energetická (vnímajúcim prvkom je fyzické zariadenie) a fotometrická (vnímajúcim prvkom je ľudské oko).
Veľa empirických dôkazov podporuje predpoklad, že indexy priestorovej súťaže nie sú nevyhnutne lepšie ako vzorce nezávislé od vzdialenosti. Autori však tvrdia, že väčšina týchto údajov pochádza z vysadených lesov, kde je pravidelné priestorové rozloženie stromov a redukuje sa konkurencia o zdroje. Iné štúdie však spomínajú, že priestorové modely sú lepšie pri predpovedaní rastu stromov. Neexistuje teda zdravý rozum, ktorý typ indexu funguje najlepšie.
Hlavnou fotometrickou hodnotou je svietivosť I. Jeho jednotka merania je 1 kandela (sviečka - sviečka). Určuje sa pomocou svetelného štandardu, ako je čas, dĺžka atď. Candela je intenzita svetla emitovaného absolútne čiernym telesom z povrchu 1/60 cm 2 v smere kolmom na neho pri teplote tuhnutia čistej platiny pri tlaku 101325 Pa (2046,6 K). Všetky ostatné fotometrické veličiny sú deriváty. Sú definované z hľadiska základnej veličiny - svietivosti a geometrických charakteristík. Jedná sa predovšetkým o svetelný tok Ф a osvetlenie povrchu E.
Výkony sa môžu líšiť v závislosti od charakteristík každého lesa. Nosníky konkurencie a iné. ... Niekoľko autorov navrhlo metodiky na kvantifikáciu konkurencie, ktoré kolektívne zohľadňujú konkurenčné stromy. Neexistuje však jasná definícia toho, ktoré stromy, ich vlastnosti, priestorové umiestnenie a vzdialenosť od stromu záujmu majú konkurenčný dopad, t. na identifikáciu konkurenčných stromov neexistuje veľkosť vzorky.
Na vymedzenie tejto oblasti súťaže sa použilo veľa prístupov. Niektoré práce sa týkajú polomeru pevnej oblasti, napríklad Hedge, ktorý kvantifikoval konkurentov pomocou pevného polomeru 3,05 m od cieľového stromu. Pri použití indexov konkurencie založených na vzdialenosti nemožno stromy, ktoré sú blízko hranice pozemku, považovať za stromy, ktoré nezasahujú do iných stromov, jednoducho preto, že sa nachádzajú na okraji experimentu. Alder preto spomína, že hranica predstavuje problém, ktorý je vlastný modelom závislým od vzdialenosti.
Intenzita svetla zdroja môže závisieť od smeru žiarenia. Preto je vo všeobecnom prípade svetelný tok definovaný ako
(1)
kde d je malý pevný uhol pozdĺž zvoleného smeru, v rámci ktorého možno svietivosť považovať za nezmenenú. Ak je svetelný zdroj izotropný v rámci konečného plného uhla , potom
Najmä pre celý priestor \u003d 4 utrpenie. Jednotkou merania svetelného toku je 1 lúmen (lm), 1 lm \u003d 1 cd * utrpenia.
Osvetlenie povrchu
(3)
je fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná svetelnému toku na jednotku plochy osvetleného povrchu. Ak je svetelný tok rovnomerne rozložený po celej ploche, potom
(4)
Jednotka na meranie osvetlenia je 1 lux (lx), 1 lx \u003d 1lm / 1m 2.
Pre bodový zdroj svetla podľa vzorcov (1) a (3) sa používa jednoduchší vzorec
(5)
kde I je svetelná intenzita zdroja vo zvolenom smere, je uhol dopadu svetelných lúčov na osvetlenú plochu, r je vzdialenosť od zdroja k oblasti.
Na meranie svetelných hodnôt sa používajú špeciálne optické prístroje, ktoré sa nazývajú fotometre. Fotometre sú rozdelené do dvoch tried - subjektívna alebo vizuálna, kde je ľudským okom prijímač žiarenia, a objektívna, kde je prijímačom žiarenia fotobunka - zariadenie citlivé na svetlo. V tejto práci je použitý Ritchieho subjektívny fotometer. Myšlienka metódy je nasledovná. Zvážte obrazovku s dvoma reflexnými matnými povrchmi. Vo vzdialenosti r 1 od clony je referenčný zdroj svetla so známou svetelnou intenzitou I 1 a vo vzdialenosti r 2 - zdroj, ktorého svetelnú intenzitu I 2 je potrebné určiť. Tieto zdroje vytvárajú osvetlenie po stranách obrazovky, resp.
(6)
Inštalácia zvyčajne spĺňa podmienku rovnosti uhlov dopadu lúčov z prvého a druhého zdroja (). Presunutím jedného zo zdrojov (alebo oboch) môžete dosiahnuť rovnaké osvetlenie povrchov obrazovky, ktoré je vizuálne vnímané. Z podmienky
a vzorec (6), ktorý získame
(7)
Meraním vzdialeností r 1 a r 2 a poznaním hodnoty I 1 teda možno nájsť svetelnú intenzitu I 2 študovaného zdroja.
Popis experimentálneho nastavenia
V tejto práci je použitý Ritchieho fotometer (obr. 1), ktorý sa skladá z týchto hlavných častí: rovnoramenný obdĺžnikový hranol (1), v ktorom sú plochy susediace s pravým uhlom natreté bielou matnou farbou, obdĺžnikový rám (2), otvorený na oboch stranách , do ktorého je zasunutý hranol, matnej priesvitnej clony (3), ktorá je hranou pravého uhla hranola rozdelená na rovnaké časti, zvonu (4), ktorý slúži ako ochrana pred vniknutím cudzieho svetla na matnú clonu. Zvon je pevne spojený s okrajom hranola.
Keď je fotometer funkčný, svetlo zo zdrojov S 1 a S 2 dopadá na biele plochy hranola. Pohybom jedného alebo oboch zdrojov sa dosiahne rovnaké osvetlenie tvárí vľavo a vpravo. Bude to tak, keď sa obe tváre, ktoré sa pozerajú cez polopriehľadnú obrazovku, spoja do jednej - hranica medzi nimi zmizne. Dráha lúča vo fotometri je znázornená na obr.
Dokončenie práce
1. Stanovenie svetelnej intenzity zdroja.
Pri práci sa využíva Richieov fotometer. Dve elektrické žiarovky sú inštalované proti bočným plochám hranola fotometra v čo najväčšej vzdialenosti, aby sa dalo predpokladať, že lúče dopadajú normálne na povrch fotometra. Potom sa skúmaný alebo referenčný zdroj posúva, kým sa osvetlenie tvárí nezmení. Potom sa stanoví vzdialenosť od referenčnej žiarovky k fotometru - r 1 a od skúmanej žiarovky k fotometru - r 2 (v strede vonkajšej časti fotometra sa nachádza ukazovateľ, pomocou ktorého sa určuje poloha fotometra na optickej stolici). Pokus sa musí vykonať najmenej 8 - 10-krát, zakaždým sa zmení vzdialenosť medzi referenčnou a skúmanou žiarovkou posunutím jednej z týchto žiaroviek. Podľa vzorca (8) vypočítajte intenzitu svetla testovacej žiarovky I 2 pri danej intenzite svetla referenčnej žiarovky I 1 (I 1 \u003d 15 Kd). Výsledky merania zadajte do tabuľky č.
stôl 1 |
||||||
Vzdialenosť od referenčnej žiarovky k fotometru, r 1 (cm) |
Vzdialenosť medzi skúmanou žiarovkou a fotometrom, r 2 (cm) |
Svietivosť skúmanej žiarovky, I 2 (Cd) |
Svietivosť študovanej žiarovky, priemerne z počtu meraní, I av (Kd) |
Relatívna chyba pre každé meranie, (%) |
Relatívna chyba, priemerná z počtu meraní, priem. (%) |
|
2. Štúdium rozloženia svetelnej intenzity okolo žiarovky.
1. Indikátor študovanej žiarovky je nastavený na nulové delenie (0 0). Skúmaná lampa je inštalovaná v určitej vzdialenosti r 2 od fotometra (30 - 60 cm). Zmerajte vzdialenosť od skúmanej žiarovky k fotometru r 2, ktorá sa pri ďalších meraniach nemení, t.j. zostáva konštantná.
2. Referenčná lampa je umiestnená od fotometra vo vzdialenosti r 1, pri ktorej je osvetlenie pravej a ľavej strany obrazovky vizuálne rovnaké. Zmerajte r 1 a vypočítajte podľa vzorca (8) svietivosť skúmanej žiarovky pre danú polohu uhlového indikátora.
3. Otáčaním testovacej žiarovky okolo vertikálnej osi od 0 do 360 0 (zakaždým o 30 0) vykonajte činnosti uvedené v odseku (2). Výsledky merania sa zaznamenajú do tabuľky 2.
Tabuľka 2.
Zostrojte krivku distribúcie svietivosti v polárnych súradniciach. Za týmto účelom nakreslite vektory polomeru v uhloch 0 0 ..30 0 ..... 360 0 a dĺžka každého polomeru vektora by mala byť priamo úmerná intenzite svetla skúmanej žiarovky pre daný uhol natočenia.
KONTROLNÉ OTÁZKY
1. Uveďte definície svetelného toku, osvetlenia a intenzity svetla.
2. Bodový zdroj má svietivosť 10 cd. Aký je celkový svetelný tok, ktorý tento zdroj vytvára?
3. Prečo sú žiarovky s veľkým výkonom veľké?
4. Svetelný zdroj sa nazýva Lambert, ak jeho jas nie je stočený zo smeru. Uveďte príklady Lambertových zdrojov.
5. Aký je dôvod závislosti závislosti intenzity svetla žiarovky od uhla jej otáčania?
6. Do akých tried sa delia fotometre?
LITERATÚRA
1. Sivukhin D.V. Kurz všeobecnej fyziky. T.3. Optika. M .: Nauka, 1985, - 752 s.
2. Saveliev I.V. Kurz všeobecnej fyziky. T.2. Elektrina a magnetizmus. Vlny. Optika. Moskva: Nauka, 1988. - 496 s.
3. Feynman R, Leighton. R., Sands M. Feyman Prednášky z fyziky. Zväzok 3-4. Žiarenie. Vlny. Quants. Moskva: Mir, 1977 .-- 496 s.
4. Kurz fyziky Crawford F. Berkeley. Vlny. Moskva: Nauka, 1984, 512s.
1. Prečítajte si popis zariadenia, preštudujte si jeho zariadenie.
2. Zapnite iluminátor, položte kvapku vyšetrovanej kvapaliny na dolný hranol, znížte horný hranol, na stupnici odčítajte index lomu média.
3. Hranoly utrite. Vložte na ne kvapku ďalšej testovacej kvapaliny. Opakujte všetky operácie.
4. Zadajte všetky údaje do tabuľky, aby ste zaznamenali výsledky merania indexu lomu a koncentrácie cukru v roztoku.
5. Zostrojte graf závislosti indexu lomu média od koncentrácie rozpustenej látky n \u003d f (C), kde C je koncentrácia roztoku (cukru).
Tabuľka 2.1
Meranie indexu lomu a koncentrácie cukru v roztokoch
Kontrolné otázky
1. Prečítajte si zákon odrazu a lomu svetla.
2. Aký je fyzikálny význam indexu lomu látky?
3. Čo je to úplná vnútorná reflexia? Kedy sa tento jav pozoruje?
Práca č. 3.3, ktorá merala polomer zakrivenia šošovky a dĺžku svetelných vĺn pomocou Newtonových interferenčných krúžkov
Cieľ: študujte jav interferencie a zoznámte sa s jedným zo zvláštnych prípadov interferencie s Newtonovými prstencami a s ich pomocou určte polomer zakrivenia šošovky a vlnovú dĺžku svetla.
Prístroje a príslušenstvo: mikroskop, mikrometer okuláru, plano-konvexná šošovka s veľkým polomerom zakrivenia, rovinná-rovnobežná platňa, zdroj svetla (žiarovka, neónová lampa), sada svetelných filtrov.
Úvod
Newtonove prstene sú špeciálnym prípadom interferencie svetelných vĺn, ku ktorej dochádza pri osvetlení plano-konvexnej šošovky s veľkým polomerom zakrivenia, ktorá sa nachádza na plochej zrkadlovej ploche. Koherentné interferujúce vlny sa vyskytujú, keď sa rovnobežné lúče odrážajú kolmo na plochý povrch šošovky od rozhrania šošovka-vzduch a vzduch-plochý (pozri obr. 3.1. Pre jednoduchosť je jeden lúč zobrazený na plochom povrchu šošovky).
Šošovka je umiestnená s vypuklou časťou na plochej doske. Medzi šošovkou a doštičkou je medzera vyplnená vzduchom alebo inou látkou. V bode O je hrúbka vzduchovej medzery v medzere podstatne menšia ako vlnová dĺžka svetla a v odrazenom svetle v stredovom bode sa vždy pozoruje tma. Tu dochádza k sčítaniu dvoch vĺn v opačných fázach, pretože prvý odraz šošovka-vzduch nastáva z opticky menej hustého média a odrazený lúč nemení fázu a v prípade odrazu vzduch-sklo (od spodného okraja vzduchovej medzery) sa fáza odrážaného lúča mení na π , a to sa rovná zmene rozdielu vlnovej dráhy o λ / 2, pretože nastáva odraz od opticky hustejšieho média. V určitej vzdialenosti od bodu O prechádza svetelný lúč cestou, kde je hrúbka vzduchovej medzery d. Hodnota d bude tým väčšia, čím ďalej bude bod dopadu lúča od bodu O. Polomer šošovky je oveľa väčší ako hrúbka medzery, preto môžeme predpokladať, že odrazené lúče 1 a 2 sa budú zhodovať v smere. Ak je hrúbka vzduchovej medzery d \u003d λ / 4, geometrický rozdiel v dráhe týchto lúčov sa bude rovnať λ / 2, pretože lúč 2 túto medzeru prekoná dvakrát. A kvôli fázovej zmene tohto lúča, keď sa odráža od opticky hustejšieho média, bude rozdiel optickej dráhy týchto dvoch lúčov λ. Pri pridaní týchto lúčov bude pre tieto body pozorované maximálne rušenie. Miesta rovnakej hrúbky vzduchovej medzery sú umiestnené okolo bodu O v sústredných kruhoch. Vrstva hrúbky d \u003d λ / 4 tvorí prvý svetelný krúžok, ktorý nasleduje za stredom tmavá škvrna... Po jednoduchom matematickom zdôvodnení bude podmienka maximálnej interferencie odrazených lúčov napísaná v tvare:
(3.1)
Podmienkou minimálneho rušenia je v tomto prípade:
(3.2)
kde Δ. je rozdiel optickej dráhy interferujúcich lúčov,
d k - hrúbka vzduchovej medzery,
λ je vlnová dĺžka svetla dopadajúceho na šošovku,
k - sériové číslo, k \u003d 0, 1, 2 ...
Pretože je ťažké zmerať hrúbku vzduchovej medzery medzi šošovkou a plochým zrkadlom, je obvykle vylúčená vyjadrením ju v zmysle polomeru zodpovedajúcich tmavých prstencov - r k.
Vzťah medzi hrúbkou vzduchovej medzery d k, polomerom tmavého prstenca r k a polomerom zakrivenia šošovky R možno ľahko získať pripomenutím si dobre známej vety z geometrie (obr. 3.2).
(3.3)
Rozširovanie zátvoriek a zohľadnenie toho, že d k< r k 2 \u003d 2 Rd k (3,4) Dosadením hodnoty d k do rovnice (3.4) z rovnice (3.2) získame rovnicu vzťahujúcu sa k polomerom tmavých prstencov k polomeru zakrivenia šošovky a vlnovej dĺžke svetla. pre svetelné krúžky Ak sa pozorovanie vykonáva v prechádzajúcom svetle, usporiadanie tmavých a svetlých prstencov bude v opačnom poradí, to znamená, že v bode O bude svetlá škvrna, za ktorou bude nasledovať tmavá atď. Rovnica (3.5) poskytne hodnotu polomerov svetelných prstencov a ( 3.6) - tmavá. V tejto práci je vypočítaná rovnica (3.5), pomocou ktorej je možné určiť R - polomer zakrivenia šošovky, ak je inštalácia osvetlená svetlom známej vlnovej dĺžky, a experimentálne určiť r k a k; alebo na určenie λ
-
vlnové dĺžky svetla, ak sa použije šošovka so známym polomerom zakrivenia, merajúca tiež r k a k. V praxi zmerajte polomer nie jedného krúžku, ale niekoľkých, a po zapísaní rovnice (3.5), dvakrát pre krúžky so sériovými číslami „m“ a „n“, získajte rovnicu pre výpočet λ a R. Odčítaním druhého od prvej rovnice získame Z rovnice (3.8) možno získať rovnicu na výpočet polomeru zakrivenia. Popis inštalácie Meranie polomerov Newtonových prstencov sa v tejto práci vykonáva pomocou mikroskopu MBS, v jednej z okulárových trubíc, v ktorých je nainštalovaný svetelný zdroj a svetelný filter, a do druhej trubice je vložený mikrometer okulára. To umožňuje pozorovať Newtonove prstence v odrazenom svetle pri normálnom dopade svetelnej vlny na šošovku, pretože v optickej hlave mikroskopu sú nainštalované špeciálne hranoly (Schmidtove hranoly), ktoré umožňujú smerovanie svetelného lúča do a z objektu v pravom uhle a okulárové trubice sa môžu otáčať okolo oka pozorovateľ. Na stolík mikroskopu sa umiestni zariadenie na získanie interferenčného obrazca. Skladá sa z plochej konvexnej šošovky a rovinnej rovnobežnej platne, tesne stlačenej konvexnou stranou. Meranie polomerov Newtonových krúžkov sa vykonáva pomocou mikrometra okuláru (obr. 3.3). Mikrometer okulára sa skladá z puzdra 1 so svorkou 4, ktorá sa nasadí na tubu mikroskopu a zafixuje sa skrutkou 5 okuláru 2 pomocou dioptrického mechanizmu. Otáčaním okuláru ho nastavte na ostrý obraz zameriavacieho kríža 1 (obr. 3.4). V ohniskovej rovine okuláru je pevná stupnica 3 s dielikmi od 0 do 8 (obr. 3.4), pohyblivý nitkový kríž 1 a index 2 vo forme bishtricha. Keď sa mikrometrická skrutka 3 (obr. 3.3) otáča, nitkový kríž 1 a tyč 2 (obr. 3.4) sa pohybujú v zornom poli okuláru 2 vzhľadom na pevnú stupnicu 3. Rozstup skrutiek je 1 mm. Keď sa skrutka 3 otočí za vrúbkovanú časť bubna (obr. 3.3), pomlčky a nitkový kríž v zornom poli okuláru (obr. 3.4) sa posunú o jeden dielik v mierke. Následkom toho pevná stupnica v zornom poli slúži na počítanie plných otáčok závitovkového bubna. Buben 3 je po obvode rozdelený na 100 častí. Otáčanie bubna o jednu časť zodpovedá posunu nitkového kríža o 0,01 dielu pevnej stupnice. Úplné odčítanie na váhach mikrometra okuláru sa skladá z odčítania na pevnej stupnici a odčítania na valci so skrutkou. Čítanie v pevnej mierke v zornom poli je určené polohou Bishtricha. Počítanie bubna mikrometrickej závitovky sa robí ako pri bežnom mikrometri, to znamená, že sa stanoví dielik stupnice, ktorý je oproti indexu vytlačenému na stacionárnom valci bubna. Meranie priemeru krúžkov sa redukuje na určenie súradníc krúžkov na stupnici mikrometra okulára. Otáčaním valca mikrometrickej skrutky nastavte nitkový kríž na tmavom krúžku (najskôr na pravý okraj prvého, potom druhého, tretieho atď., Zakaždým počítajte na váhe a bubne, ako je uvedené vyššie). Potom tiež spočítame súradnice radu po sebe nasledujúcich krúžkov vľavo. Odpočítaním od väčšej súradnice menšej pre ten istý krúžok získame priemer zodpovedajúceho krúžku v bežných jednotkách. Vydelením priemeru dvoma získate hodnotu polomeru. Vynásobením výslednej hodnoty pre polomer prstenca prevodným faktorom uvedeným v tabuľke 3.1 získame skutočnú veľkosť prstenca v milimetroch.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)