При наблюдении колец Ньютона
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Физика»
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Лабораторный практикум по физике
№ О3
Ростов-на-Дону
2017
Лабораторная работа № О3
ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА
ПРИ НАБЛЮДЕНИИ КОЛЕЦ НЬЮТОНА
Цель работы: определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона; определение длины волны монохроматического света.
Оборудование: оптическая скамья, устройство для получения колец Ньютона, светофильтры, ртутная лампа с двойным конденсором и источником питания, собирающая линза, держатели для линз, экран.
Краткая теория
Оптическая длина пути – величина, равная произведению геометрической длины проходимого волной пути 
на показатель преломления среды 
, в которой распространяется свет:
.
Абсолютный показатель преломления среды – величина, равная отношению фазовых скоростей света в вакууме и в данной среде:
.
Среда с бóльшим показателем преломления называется оптически более плотной. При отражении от границы раздела среды, оптически менее плотной, со средой, оптически более плотной, фаза световой волны изменяется на 
, что равносильно потере полуволны.
Условие наблюдения интерференционного максимума: если в оптической разности хода двух лучей до данной точки укладывается целое число длин волн в вакууме, то в данной точке будет наблюдаться максимум интенсивности света:
,
где 
, 
– длина волны в вакууме (в воздухе).
Условие наблюдения интерференционного минимума: если в оптической разности хода двух лучей до данной точки укладывается нечетное число длин полуволн в вакууме, то в данной точке будет наблюдаться минимум интенсивности света:
,
где
На рис. 1 схематически изображено устройство для получения интерференционной картины в виде колец Ньютона в проходящем свете. Плосковыпуклая стеклянная линза большого радиуса кривизны 
прижимается выпуклой стороной к плоской стеклянной пластине так, чтобы между ними образовался воздушный зазор переменной толщины. На плоскую поверхность линзы нормально падает параллельный пучок лучей (на рис. 1 продолжен один из таких лучей). Падающий луч 1 частично проходит сквозь систему линза-пластина (луч 1’), частично отражается от стеклянной пластины, а затем отражается от линзы, образуя луч 1’’. Лучи 1’ и 1’’ являются когерентными и интерферируют между собой. При этом возникает интерференционная картина, имеющая вид концентрических окружностей радиусами 
.
При отражении световой волны от границы раздела среды оптически менее плотной со средой оптически более плотной (воздух-стекло) фаза колебаний светового вектора изменяется на 
. Поскольку луч 1’’ дважды испытывает такое отражение (от пластины и от линзы), суммарное изменение фазы составляет 
, т.е. колебания светового вектора в лучах 1’ и 1’’ происходят в одинаковой фазе. Оптическая разность хода этих лучей (рис. 1) определяется выражением
, (1)
где 
– ширина воздушного зазора в точке падения луча 1;
– показатель преломления воздуха.
Как видно из рис. 1,
, 
.
Т. к. 
, 
. (2)
При наблюдении минимума в оптической разности хода двух лучей до данной точки укладывается нечетное число длин полуволн в вакууме, 
, поэтому радиус темного кольца Ньютона в проходящем свете в соответствии с (2) определяется формулой
,
где 
– номер кольца.
При наблюдении максимума 
, поэтому радиус светлого кольца Ньютона в проходящем свете определяется формулой
,
где 
– номер кольца.
Чем больше 
, тем меньше различие между радиусами соседних колец, и тем ближе кольца друг к другу. Каждое кольцо имеет заметную ширину и в нем осуществляется плавный переход от максимума к минимуму.