Wyznaczanie promienia krzywizny soczewki płasko-wypukłej metodą pierścieni Newtona



Podobne dokumenty
LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Siła. Zasady dynamiki

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Interferencyjny pomiar krzywizny soczewki przy pomocy pierścieni Newtona

13. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

20 ELEKTROSTATYKA. PRAWO COULOMBA.

Prawa optyki geometrycznej

( Wersja A ) WYZNACZANIE PROMIENI KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA.

GRAWITACJA. przyciągają się wzajemnie siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości r.

Pole magnetyczne. 5.1 Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki. przewodniki z prądem Podstawowe zjawiska magnetyczne

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

Krystyna Gronostaj Maria Nowotny-Różańska Katedra Chemii i Fizyki, FIZYKA Uniwersytet Rolniczy do użytku wewnętrznego ĆWICZENIE 4

PIERWSZA PRACOWNIA FIZYCZNA Ćwiczenie nr 64 BADANIE MIKROFAL opracowanie: Marcin Dębski, I. Gorczyńska

Fizyka. Wykład 2. Mateusz Suchanek

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

Zjawisko interferencji fal

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

GEOMETRIA PŁASZCZYZNY

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

PRACA MOC ENERGIA. Z uwagi na to, że praca jest iloczynem skalarnym jej wartość zależy również od kąta pomiędzy siłą F a przemieszczeniem r

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

XXI OLIMPIADA FIZYCZNA ( ). Stopień III, zadanie teoretyczne T1. Źródło: XXI i XXII OLIMPIADA FIZYCZNA, WSiP, Warszawa 1975 Andrzej Szymacha,

A r A r. r = , 2. + r r + r sr. Interferencja. Dwa źródła punktowe: Dla : Dla dużych 1,r2. błąd: 3D. W wyniku interferencji:

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 53: Soczewki

Zjawisko interferencji fal

5. Dynamika ruchu postępowego, ruchu punktu materialnego po okręgu i ruchu obrotowego bryły sztywnej

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

ROZWIĄZUJEMY PROBLEM RÓWNOWAŻNOŚCI MASY BEZWŁADNEJ I MASY GRAWITACYJNEJ.

Ć W I C Z E N I E N R O-7

Fale elektromagnetyczne. Obrazy.

WYZNACZANIE PROMIENIA KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA

A. POMIARY FOTOMETRYCZNE Z WYKORZYSTANIEM FOTOOGNIWA SELENOWEGO

8. PŁASKIE ZAGADNIENIA TEORII SPRĘŻYSTOŚCI

KOOF Szczecin: Komitet Główny Olimpiady Fizycznej. Andrzej Wysmołek Komitet Główny Olimpiady Fizycznej, IFD UW.

II.6. Wahadło proste.

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Rys. 1. Ilustracja modelu. Oddziaływanie grawitacyjne naszych ciał z masą centralną opisywać będą wektory r 1

Grawitacyjna energia potencjalna gdy U = 0 w nieskończoności. w funkcji r

Model klasyczny gospodarki otwartej

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

Wykład XI. Optyka geometryczna

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU.

9. 1. KOŁO. Odcinki w okręgu i kole

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

Rozważymy nieskończony strumień płatności i obliczymy jego wartość teraźniejszą.

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

m q κ (11.1) q ω (11.2) ω =,

Guma Guma. Szkło Guma

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Pędu Momentu pędu Ładunku Liczby barionowej. Przedmiot: Fizyka. Przedmiot: Fizyka. Wydział EAIiE Kierunek: Elektrotechnika.

Metody optymalizacji. dr inż. Paweł Zalewski Akademia Morska w Szczecinie

Wyznaczanie e/m za pomocą podłużnego pola magnetycznego

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK. Instrukcja wykonawcza

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

WYDZIAŁ FIZYKI, MATEMATYKI I INFORMATYKI POLITECHNIKI KRAKOWSKIEJ Instytut Fizyki LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI, ELEKTRONIKI I MIERNICTWA

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 3 Temat: Wyznaczenie ogniskowej soczewek za pomocą ławy optycznej.

POMIAR PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Zjawisko interferencji fal

ĆWICZENIE NR 79 POMIARY MIKROSKOPOWE. I. Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z budową mikroskopu i jego podstawowymi możliwościami pomiarowymi.

- substancje zawierające swobodne nośniki ładunku elektrycznego:

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Wyróżniamy zwierciadła kuliste:

L(x, 0, y, 0) = x 2 + y 2 (3)

35 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 2

Badanie przy użyciu stolika optycznego lub ławy optycznej praw odbicia i załamania światła. Wyznaczanie ogniskowej soczewki metodą Bessela.

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Przejmowanie ciepła przy konwekcji swobodnej w przestrzeni ograniczonej (szczeliny)

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ

Sposób wykonania ćwiczenia. Płytka płasko-równoległa. Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika załamania materiału płytki : A,B,C,D punkty wbicia szpilek ; s

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH

18 K A T E D R A F I ZYKI STOSOWAN E J

Fizyka 9. Janusz Andrzejewski

XLI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie doświadczalne

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

Podstawy fizyki wykład 8

Szczegółowe kryteria oceniania z fizyki w gimnazjum. kl. III

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Wprowadzenie do technologii HDR

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 10 7.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Wstęp teoretyczny. Więcej na: dział laboratoria

Zależność natężenia oświetlenia od odległości

MECHANIKA OGÓLNA (II)

Transkrypt:

Wyznaczanie poienia kzywizny soczewki płasko-wypukłej etodą pieścieni Newtona I. Cel ćwiczenia: zapoznanie ze zjawiskie intefeencji światła, poia poienia soczewki płasko-wypukłej. II. Pzyządy: lapa sodowa, soczewka płasko-wypukła, płasko-ównoległa płytka szklana, ikoskop. III. Liteatua: [1] J. L. Kacpeski, I pacownia fizyczna [] T. Dyński, Ćwiczenia laboatoyjne z fizyki [3] A. Zawadzki, H. Hofokl, Laboatoiu fizyczne. IV. Wpowadzenie Koncepcje kopuskulanej i falowej teoii światła naodziły się w XVII wieku. Piewszą zapoponował I. Newton (1643 177) taktując światło jako stuienie cząstek. Falową teoię twozyli R. Hooke (1635 1703) i Ch. Huygens (169 1695) a pzybała postać w iaę zwatej toii dopieo w latach dwudziestych XIX wieku. Teoia kopuskulana Newtona nie pozwalała skonstuować jednolitego scheatu wyjaśniającego wszystkie zjawiska intefeencji. Dziś wiey, że światło wykazuje dwoistą natuę kopuskulano-falową. W pewnych zjawiskach zachowuje się jak stuień cząstek fotonów (np. efekt fotoelektyczny) a w innych (dyfakcja, intefeencja) jak fala. W ujęciu falowy światło jest częścią wida fal elektoagnetycznych, stanowiący pzedział fal od λ f = 380 n (światło o bawie fioletowej) do λ cz = 780 n (światło o bawie czewonej). Falę elektoagnetyczną opisuje wekto natężenia pola elektoagnetycznego E (, oaz postopadły do niego wekto indukcji pola agnetycznego B (,. Za zjawiska optyczne odpowiedzialny jest wekto E (,. Dlatego haoniczną falę świetlną opisujey funkcją falową postaci t E(, = Eo( ) sin π +ϕ T λ gdzie T okes dgań oscylatoa źódła światła (fali świetlnej, odległość punktu od źódła, ϕ faza początkowa, E o () watość aplitudy natężenia pola elektycznego w odległości od źódła światła. Natężenie I fali świetlnej ejestowane pzez nasze oko i pzyządy optyczne jest popocjonalne do kwadatu aplitudy E o (). Zjawisko intefeencji to nakładanie się fal, ozchodzących się w pzestzeni z jednakowyi częstotliwościai, powadzące do zwiększenia lub zniejszenia aplitudy fali wypadkowej (a ty say i natężenia fali) w pewnych punktach pzestzeni. Innyi słowy w pewnych punktach stale jest jasno, a w innych stale cieno. Intefeencja jest cechą ogólną wszystkich fal, nie tylko świetlnych. Aby zjawisko intefeencji ogło być zaejestowane okie lub inny pzyząde, konieczna jest stała w czasie óżnica faz, nakładających się fal świetlnych docieających do ob- 1

sewowanego punktu. Tylko wtedy obaz intefeencyjny nie zienia się w czasie. W pzeciwny pzypadku iejsca wzocnień wędowałyby pzypadkowo po cały polu intefeencyjny. Jeśli spotykające się fale ają tę saą częstotliwość i stałą w czasie óżnicę faz, to takie fale nazyway spójnyi i tylko takie fale dają efekty intefeencyjne. Rozpatzy dwie fale spójne, biegnące ze źódeł A i B spotykające się w punkcie C. Fale w punkcie C intefeują czyli nakładają się. Wynik intefeencji jest uzależniony od óżnicy faz spotykających się fal. C B A D Rys. 1 Intefeencja dwóch ciągów falowych Jeżeli fale w chwili wyjścia ze źódeł A i B były zgodne w fazie, to óżnica faz w punkcie C oże powstać tylko z powodu óżnicy ich dóg optycznych. Doga optyczna jest iloczyne dogi geoetycznej i współczynnika załaania światła n. Ponieważ dla powietza n 1, to doga optyczna w powietzu jest ówna dodze geoetycznej. Wpowadźy oznaczenia: AC = 1, BC =, AD = Dla óżnicy dóg ównej całkowitej wielokotności długości fali 1 = = λ = 0, 1,,, w iejscu spotkania się fal, ay wzocnienie dgań. Natoiast jeśli óżnica dóg jest ówna niepazystej wielokotności λ/ λ = 1 = ( + 1), (1) to ay wygaszanie fal i dgania znoszą się. Obsewuje się na pzeian jasne i ciene pążki. Doby sposobe obsewowania zjawiska intefeencji jest zestaw złożony z płytki szklanej i soczewki płasko-wypukłej. Za poocą takiego zestawu ożna uzyskać na pzeian jasne i ciene pieścienie intefeencyjne, któe były obsewowane już w XVII wieku (ys.). Zostały odkyte pzez R. Hooke a a zbadane po az piewszy pzez I. Newtona. Zestaw składa się z płasko-ównoległej płytki szklanej i soczewki płasko-wypukłej o duży poieniu kzywizny w poównaniu z gubością płytki, oświetlonych światłe jednoodny. Soczewka styka się z płytką szklaną P w punkcie O (ys.3). Oświetlona jest ównoległą wiązką światła z lapy sodowej padającego w pzybliżeniu pionowo, kąt padania jest bliski zeu. Gubość d wastwy powietza, poiędzy soczewką S a płytką zienia się w sposób ciągły od śodka O do bzegów soczewki. Intefeencja zachodzi iędzy poienie odbity od dolnej powiezchni soczewki (poień 1) i poienie odbity od gónej powiezchni płytki (poień ). W ty pzypadku, io że światło pochodzi ze zwykłego źódła (lapy sodowej), wiązki są spójne, ponieważ każdy ciąg falowy dochodzący do wastwy powietza o gubości d ulega ozszczepieniu na dwa ciągi (poienie 1 i ), któe następnie łączą się ze sobą po pzebyciu óżnych dóg.

1 O S P d Rys. Pieścienie Newtona Rys. 3 Pzebieg wiązek światła w układzie W iejscach, dla któych to zachodzi obsewuje się koncentycznie ozieszczone jasne i ciene pieścienie. Całkowite wygaszenie pzypada w połowie gubości pieścieni cienych natoiast aksyalne wzocnienie w połowie gubości pieścieni jasnych. Ciene pieścienie odpowiadają takiej gubości wastwy powietza, dla któej óżnica dóg optycznych poiędzy dwoa ciągai intefeujących fal jest ówna niepazystej liczbie półfal. Śodek pieścieni jest cieny. Jest to doświadczalne potwiedzenie faktu, że chociaż óżnica dóg geoetycznych poieni wynosi zeo (soczewka pzylega do płytki), to óżnica dóg optycznych wynosi λ/. Poień biegnący w powietzu (po wyjściu z soczewki) doznaje bowie pzy odbiciu od powiezchni szklanej płytki ziany fazy na pzeciwną (ziana fazy o 180 o ) co odpowiada dodze λ/. Natoiast poień, któy biegnie w soczewce, odbija się od dolnej powiezchni i nie zienia fazy. W pzybliżeniu óżnica dóg geoetycznych poieni jest więc ówna d + λ/. Ciene pieścienie powstaną zate dla gubości d wastwy powietza spełniającej waunek λ λ d + = (+ 1) d= Piewszy cieny pieścień powstaje na soczewce w takiej odległości od jej śodka, któa odpowiada gubości wastwy powietza = λ, -ty cieny pieścień dla gubości Stąd długość fali światła jednoodnego wynosi d 1 λ d = () d λ = (3) Śodkową cieną plaę ożey taktować jako pieścień zeowego zędu. λ 3

R d Rys.4 Geoetyczna intepetacja waunku intefeencji Jeżeli poień kzywizny soczewki R jest dużo większy od poienia pieścienia cienego i gubości wastwy powietza d (ys.4), to ożna napisać: = R ( R d) = R R + Rd d Rd Stąd d= (4) R W szczególności, gdy wybiezey pieścień o nueze, to ay d = R gdzie poień -tego cienego pieścienia, d gubość wastwy powietza odpowiadająca -teu pieścieniowi cieneu. Gdy poównay wzoy () i (4) to otzyay Stąd λ = R = λr Równanie (5) ożna spowadzić do postaci liniowej: y = ax pzez podstawienie y=, x =, wtedy współczynnik kieunkowy postej będzie ówny a = Rλ. Znajdując współczynnik nachylenia a postej etodą najniejszych kwadatów lub gaficznie, ożey obliczyć jedną z pozostałych dwu wielkości (R lub λ), np a R= (6) λ Oczywiście długość fali λ dla światła sodowego odczytuje się wtedy z tablic. (5) 4

6 4 0 4 6 8 10 Rys. 5 Liniowa zależność poiędzy kwadate poienia pieścienia i jego nuee V. Układ poiaowy Na ys.6 pzedstawiony jest scheatycznie układ poiaowy. Jednobawne światło z lapy sodowej pada na płytkę P ustawioną pod kąte w taki sposób, że częściowo odbija się od niej i pada w dół na soczewkę i płytkę szklaną, dając wskutek odbicia i intefeencji obsewowane pzez nas pieścienie Newtona. Poienie odbite ku góze pzechodzą pzez płytkę P i tafiają do obiektywu ikoskopu i oka obsewatoa. Mikoskop zaopatzony jest w okula z nicią pajęczą i a pzesuwany w płaszczyźnie pozioej tubus ikoskopu. Mechaniz pzesuwu tubusa spzężony jest ze śubą ikoetyczną. Położenie nici pajęczej odczytuje się kozystając z pozioej ilietowej skali oaz skali bębna śuby ikoetycznej. ikoskop lapa sodowa pokętło ikoetu P VI. Poiay Rys.6 Układ poiaowy 1. Ustawić nić pajęczą okulau na +1 cieny pieścieniu widoczny z lewej stony śodkowego cienego pieścienia (gdy = 15 będzie to 16-ty pieścień). Pokętłe ikoetu 5

w czasie poiaów należy obacać tylko w jedną stonę w ten sposób eliinujey błędy związane z luze na śubie ikoetycznej ikoskopu.. Odczytać położenie -tego cienego pieścienia, pote 1 aż do 9. W ten sposób dokonay odczytów położeń kolejnych 10-ciu pieścieni po lewej stonie. Obacając pokętłe cały czas w tę saą stonę pzesunąć nić pajęczą na ( 10)-ty pieścień po pawej stonie. Poczynając od ( 9)-tego odczytywać położenia kolejnych pieścieni aż do -tego (po pawej stonie). 3. Wyniki zapisać w Tabeli I i policzyć poienie poiezonych pieścieni. Następnie spoządzić wykes w funkcji. Powinna to być posta typu y = ax + b. 4. Obliczyć współczynnik nachylenia a postej oaz niepewność a jego wyznaczenia etodą najniejszych kwadatów (wykozystując np. funkcję REGLINP pogau Excel) lub gaficznie. 5. Obliczyć ze wzou (6) poień R soczewki poiaowej. 6. Obliczyć niepewność R poiau poienia kzywizny soczewki. Ponieważ watość λ znana jest dokładnie (jest odczytana z tablic), ożna pzyjąć, że a R= R a 7. W pzypadku, gdy dugi paaet b postej jest óżny od zea (linia posta pzeywana na ysunku 5) wyjaśnić co ogło być tego pzyczyną. Tabela I lp. ząd pieścienia [] 1 1 3 4 3 5 4 6 5 7 6 8 7 9 8 10 9 położenie lewe d l [] położenie pawe d p [] = (d p d l )/ [] [ ] 6