Реферат на тему кольца ньютона

Обновлено: 02.07.2024

Если плосковыпуклую линзу малой кривизны положить выпуклой поверхностью на хорошо отполированную плоскую стеклянную пластинку, то между линзой и пластинкой образуется воздушная прослойка, утолщающаяся от точки соприкосновения к краям. Если на эту систему падает свет, то части одной и той же световой волны, отраженные от границ воздушной прослойки, будут интерферировать между собой. При этом наблюдается система концентрических радужных (немонохроматический свет) или чередующихся темных и светлых (монохроматический свет) колец. Кольца Ньютона являются классическим примером полос равной толщины. Они наблюдаются и в проходящем, и в отраженном свете, причем каждому темному кольцу в отраженном свете соответствует светлое кольцо в проходящем свете. В отраженном свете картина интерференции значительно контрастнее по сравнению с картиной интерференции в проходящем свете. Кольца Ньютона представляют собой частный случай интерференции в тонких пленках. Интерферирующие лучи приобретают разность хода в воздушном зазоре между плосковыпуклой линзой радиуса кривизны и плоскопараллельной пластинкой, на которую положена линза. Картина интерференции представляет собой ряд чередующихся светлых и темных колец при нормальном падении монохроматического света на линзу.

Задача 1. Установка для получения колец Ньютона освещается падающим нормально монохроматическим светом. Радиус четвертого темного кольца, наблюдаемого в отраженном свете, равен 4 мм. Найдите длину волны падающего света в нм, если радиус кривизны линзы м.

Свет проходит через линзу, преломляется и в очень узком воздушном промежутке между линзой и подложкой интерферирует, почему и появляются кольца Ньютона. Воздушный клин, на котором происходит интерференция, в случае, когда радиус кривизны линзы велик, имеет очень малый угол. Поэтому с большой степенью точности можно считать, что клин составлен из отдельных кусочков плоскопараллельных пластинок, и для каждого такого кусочка, характеризуемого своей толщиной , применять формулу для разности хода интерферирующих лучей:

$\Delta=2h+\frac<\lambda> $

Определим по теореме Пифагора:

Пренебрежем величиной – она очень мала, и тогда

$h=\frac<r^2> $

Чтобы соблюдалось условие минимума освещенности, должно выполняться

$\Delta=(2m+1)\frac<\lambda> $

$2h=2m\frac<\lambda> $

$h=m\frac<\lambda> $

Подставим ранее полученное выражение:

$\frac<r^2> = m\frac<\lambda>$

$\frac<r^2> = m\lambda$

$\lambda=\frac<r^2> =\frac>=5\cdot10^$

$\lambda=5\cdot10^<-7> Ответ:$
, 500 нм.

Задача 2. Установка для получения колец Ньютона освещается светом с длиной волны нм, падающим по нормали к поверхности пластинки. Радиус кривизны линзы м. Пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнено жидкостью. Найти показатель преломления жидкости, если радиус третьего светлого кольца в проходящем свете мм.

Так как радиус светлого кольца в проходящем свете соответствует радиусу темного в отраженном, то можно записать, что

$r=\sqrt< R m\lambda > $

Однако один из лучей проходит через жидкость, в которой его длина волны становится меньше в раз, поэтому

$r=\sqrt< \frac<R m\lambda> >$

$n=\frac< R m\lambda > =\frac< 10\cdot 3 \cdot 589\cdot10^><(3,65\cdot10^<-3>)^2>=1,34$

Ответ: .

Задача 3. Выпуклая линза с большим радиусом кривизны лежит на плоскопараллельной стеклянной пластинке и освещается нормально падающим параллельным пучком монохроматического света с длиной волны . В воздушном зазоре между соприкасающимися поверхностями линзы и пластинки в отраженном свете наблюдаются кольца Ньютона. Найти радиусы темных колец.

Решение этой задачи аналогично первой.

$r_m=\sqrt< Rm\lambda > $

Осталось подставить номер кольца.

$r_m=\sqrt< Rm\lambda > Ответ:$
.

Задача 4. Установка для получения колец Ньютона освещается падающим нормально монохроматическим светом. Радиус кривизны линзы 15 м. Наблюдение ведется в отраженном свете. Расстояние между пятым и двадцать пятым светлыми кольцами Ньютона равно 9 мм. Найти длину волны монохроматического света.

Определим радиус светлого кольца в отраженном свете. Применим формулу для разности хода интерферирующих лучей:

$\Delta=2h+\frac<\lambda> $

Определим по теореме Пифагора:

Пренебрежем величиной – она очень мала, и тогда

$h=\frac<r^2> $

Чтобы соблюдалось условие максимума освещенности, должно выполняться

$\Delta=(2m)\frac<\lambda> =m \lambda$

$2h+\frac<\lambda> =2m\frac<\lambda>$

$2h=\frac<\lambda> (2m-1)$

$h=\frac<\lambda> (m-\frac)$

Подставим ранее полученное выражение:

$\frac<r^2> = \frac<\lambda>(m-\frac)$

$\frac<r^2> = \lambda(m-\frac)$

$r^2=R\lambda(m-\frac<1> )=\frac<R\lambda>(2m-1)$

$r=\sqrt<\frac<R\lambda> (2m-1)>$

Обобщая информацию, сведем все в таблицу:

Радиусы колец Ньютона

Теперь решим задачу. Нам известно, что

$r_<25> -r_5=9\cdot 10^$

$r_<25> ^2=\frac<R\lambda>(2\cdot25-1)=\frac<49R\lambda>$

$r_<5> ^2=\frac<R\lambda>(2\cdot5-1)=\frac<9R\lambda>$

$r_<25> =7\sqrt<\frac<R\lambda>>$

$r_5=3\sqrt<\frac<R\lambda> >$

$r_<25> - r_5=4\sqrt<\frac<R\lambda>>$

$(r_<25> - r_5)^2=16\frac<R\lambda>>=8 R\lambda$

Откуда и найдем длину волны света:

$\lambda=\frac<(r_<25> - r_5)^2>=\frac>=0,675\cdot10^=675\cdot10^$

Ответ: нм.

Задача 5. Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим параллельно главной оптической оси линзы. Радиусы двух соседних темных колец равны 4,0 мм и 4,38 мм. Радиус кривизны линзы 6,4 м. Найдите порядковые номера колец и длину волны падающего света.

Радиус темных колец определяется формулой

$r_m=\sqrt< Rm\lambda > $

Тогда следующее кольцо имеет радиус

$r_<m+1> =\sqrt< R(m+1)\lambda >$

А отношение радиусов будет равно

$\frac< r_<m+1> >< r_m>=\sqrt>$

$\frac< r_ ^2>< r_m^2>=\frac$

$r_m^2(m+1)=m r_<m+1> ^2$

$m=\frac< r_m^2> < r_^2- r_m^2>=\frac< 16\cdot10^>< (19,1844-16) 10^>=5$

Тогда порядковый номер второго кольца – 6. А длина волны

$\lambda=\frac< r_m^2> < Rm >=\frac>=500\cdot10^$

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Кольца Ньютона представляют собой концентрические чередующиеся тёмные и светлые окружности, которые можно наблюдать при отражении перпендикулярно падающего света от границ тонкой воздушной прослойки, которая заключена между выпуклой поверхностью плосковыпуклой линзы и плоской стеклянной пластинкой.

Кольца Ньютона были впервые описаны им самим в 1675 г. Сам Ньютон не смог объяснить причину их появления.

Чтобы понять природу колец Ньютона, необходимо знать, что такое интерференция света.

Известно, что свет имеет волновую природу. И такое наложение волн, при котором в одних точках происходит их взаимное усиление, а в других взаимное ослабление, называется интерференцией.

Чтобы интерференция возникла, волны должны иметь одинаковую частоту и одинаковое направление. Такие волны называют когерентными (согласованными). Когерентные волны отличаются только начальными фазами. А разность их фаз постоянна в любой момент времени.

При наложении двух или более когерентных волн происходит взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды этих волн. Если максимумы и минимумы когерентных волн совпадают в пространстве, волны взаимно усиливаются. Если же они сдвинуты так, что максимуму одной соответствует минимум другой, то они ослабляют друг друга.

Интерференция света появляется при наложении двух и более световых волн. В области перекрывания волн наблюдают чередующиеся светлые и тёмные полосы.

При прохождении луча света через тонкую плёнку луч отражается дважды: от наружной поверхности плёнки и от внутренней. Оба отражённых луча имеют постоянную разность фаз, то есть являются когерентными. Следовательно, возникает явление интерференции.

В нашем случае роль плёнки будет выполнять воздушная прослойка между линзой и пластинкой.

Если положить плосковыпуклую линзу выпуклостью вниз на стеклянную пластинку, а сверху осветить монохроматическим (имеющим синусоидальную форму волны с постоянной частотой и амплитудой) светом, то в месте соприкосновения линзы и пластинки можно будет увидеть тёмное пятно, окруженное тёмными и светлыми концентрическими кольцами.

Эти кольца называются кольцами Ньютона. Они образовались в результате интерференции двух волн. Первая волна возникла в результате отражения от внутренней поверхности линзы в точке А на границе стекло-воздух . Вторая волна прошла воздушную прослойку под линзой и только потом отразилась в точке В на границе воздух-стекло .

Если же линза освещается белым светом, то кольца Ньютона будут иметь цветную окраску. Причём, цвета колец будут чередоваться, как в радуге: красное кольцо, оранжевое, жёлтое, зелёное, голубое, синее, фиолетовое.

Кольца Ньютона используют для решения различных технических задач.

Одним из примеров такого применения является определение качества полировки оптической поверхности. Для этого исследуемую линзу накладывают на стеклянную пластинку. Сверху освещают монохроматическим светом. Если поверхности идеально ровные, в отражённом свете будут наблюдаться кольца Ньютона.

Ошибка центрирования - ошибка при измерении угла визирования неточности центрирования теод. На пункте наблюдения.

Ошибка за боковую рефракцию – изменения направления распространения луча в гор-й плоскости в следствии неоднородной плостности воздуха

Линейные измерения – определение расстояний между точками местности

Процесс сравнения рабочей меры(мерные приборы испл. В поле) с нормальной мерой - компарирование

Дальномеры – приборы и приспособления позволяющие определить расстояние между точками местности (косвенный способ измерения расстояний )

1)Светодальномеры (оптико-электронные приборы), в основу полож. Д=Vсв*t/2

Vсв- скорость распростр. Электоромаг. Волн в данной среде

T–время распростр электромаг. волн

2)Оптические -опред расстояния основ. На решении равнобедренного параллактического треуг.

1)Графический – участок местности разбивают на простейшие геометрические фигуры, опред площадь фигур вычисляют площадь участка как сумму площадей фигур.Для этого используют палетку- сетку квадратов на прозрачной основе

n’-число сведённых полных квадратов

n- число целых квадратов

С-цена деления палетки

2)Аналитический-площадь участка местности опред с испл прямоугольных коор. вершин границы этого участка

3)механический-для измерения площади используется полярный компенсационный планиметр

полюс внутри фигуры

С-ценя деления планиметра

М2-отсчёт после обвода

Полюс вне фигуры

Точность измерения нитяным дальномером.

1)Влияние толщины нити на отсчет (изобр нити покрывает часть деления рейки, особенно на больших S

2)неодновременность производство отсчётов по дальномерным нитям

3)Турбулентное состояние приземного слоя воздуха(в жаркую погоду сидьное колебания изобр)

4)Влияние вертикальной рефракции

Вертикальная рефракция – это изменение распрост луча в вертикальной плоскости из-за неоднородности плотности воздуха

5)Наклон рейки(ошибка реечника) на рейке уст. круглый уровень

Предельная ошибка измер расстояний н/д 1/200

Измерить величину Х – это значит сравнить её с однородной ей величиной q принятой за ед. меры, отношение Х к q есть рез измерения L

Ошибка Δ рез измерения-это разность между этим рез и истинным значением измеряемой вел. Δ=L-Х

Случайные ошибки –неизбежные.Источники:

Св-во случайных ошибок :

1)при данных усл. ошибки не могут привышать предела. Условия наблюдения- квалификация наблюдателя, точность прибора, параметры внешней среды.

2)Положительные и отрицательные ошибки при равноточных измерениях по абсолютной величине равновозможные и одинаково встречаются

3)Сред ариф-ая из значений случайных ошибок при неограниченном возрастании числа измерений стремиться 0 т.е. компенсация

4)малые по абсолютной величине случайные ошибки встречаются чаще чем большие в данном ряду измер

Отчетные устройства: штриховые и шкаловые

Штриховые испл в теод технической точности(2т30п мβ>10’’)В поле зрения видно изображения части гор-го круга, верт.круга и отсчётный штрих.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Работа N 71.1 . КОЛЬЦА НЬЮТОНА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ : измерить длины волн излучения ртутной лампы и радиус кривизны линзы из анализа интерференционной картины в виде колец Ньютона.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Явление интерференции можно наблюдать при освещении тонких прозрачных пленок, когда разделение световой волны на два когерентных пучка происходит вследствие отражения света от двух поверхностей пленки. В результате такого отражения возникают когерентные световые волны, которые при наложении дают локализованные интерференционные картины. Место локализации зависит от формы пленок, условий наблюдения и освещения.

Пусть в точку О на прозрачную пластину падает пучок света (луч 1), часть света отразится от верхней поверхности пластины в точке О (луч 2), другая часть, преломившись в точке О, отразится от нижней поверхности (луч 3) (рис.1)

Пусть n₁ и n₂ - показатели преломления среды и материала пластины соответственно, i
- угол падения, r - угол преломления, d - толщина пластины. Определим оптическую разность хода D лучей 2 и 3:

При вычислении разности хода необходимо учесть, что при отражении световой волны от границ раздела сред, если n₂ >n₁, фаза колебаний изменяется на p (это соответствует разности хода лучей l /2). В рассматриваемом случае если n₂ >n₁, то изменяет фазу луч 2; если n₂ разности хода лучей следует записать так

Таким образом, получается, что разность хода лучей 2 и 3 определяется толщиной пластины и углом падения (так как угол преломления определяется углом падения).

Результат интерференции зависит от значения D . При D = m l получаются максимумы, при D =(2m +1) l /2 - минимумы интенсивности (здесь m - целые числа).

В случае, когда пластина имеет форму тонкого клина (d ¹ const) и освещается параллельным пучком света( i = const) (рис.3) оптическая разность хода интерферирующих лучей (а значит, условие максимума и минимума освещенности) зависит от толщины пластины в том или ином ее месте. Интерференционная картина, наблюдаемая в этом случае, локализована над (или под) поверхностью клина и носит название полос равной толщины. Для правильного клина она представляет собой чередование светлых и темных полос параллельных ребру клина. Локализация полос равной толщины зависит от угла падения i и от угла клина a , при фиксированном a картина расположена тем ближе к поверхности, чем меньше угол падения, и для нормально падающего света ( i =0)полосы равной толщины локализованы на поверхности клина.

Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньютона. Они наблюдаются, когда выпуклая поверхность линзы малой кривизны соприкасается с плоской поверхностью хорошо отполированной пластины. При этом воздушная прослойка постепенно утолщается от центра к краям. Кольца Ньютона можно наблюдать как в отраженном, так и в проходящем свете (рис.4).

Пусть на линзу падает монохроматический параллельный пучок света по нормали к ее плоской поверхности. В результате сложения волн, отраженных от верхней и нижней границ воздушной прослойки, будет наблюдаться интерференционная картина. Так как для точек, равноудаленных от центра, толщина воздушной прослойки одинакова, то в результате наблюдается следующая картина: в центре расположено темное пятно, окруженное рядом светлых и темных концентрических колец убывающей толщины (рис.4,а). При наблюдении в проходящем свете интерференционная картина будет негативная, т.е. в центре будет светлое пятно (рис.4,б).

Определим диаметр колец Ньютона, наблюдаемых в отраженном свете. Учитывая, что при отражении на границе воздух-стекло происходит потеря полуволны l /2, оптическая разность хода двух интерферирующих волн на расстоянии r_m от центра линзы равна D = 2b_m + l /2, где b_m - толщина воздушного клина в этом месте. Условие минимума интенсивности (темное кольцо) выполняется, если оптическая разность хода равна нечетному числу полуволн. Следовательно, условие образования m-го темного кольца:

ОВ= ОА= R, где R - радиус кривизны линзы, тогда:

R 2 = r_m 2 + (R - b_m) 2 = r_m 2 + R 2 - 2Rb_m + b_m 2

Ввиду малости b_m величиной b_m 2 можно пренебречь. С учетом этого приближения получаем

где d -диаметр m-го темного кольца.

Лабораторная установка для наблюдения колец Ньютона несколько отличается от рассмотренного классического варианта. Выпуклая линза лежит не на плоской пластине, а на вогнутой линзе большего радиуса R .При этом толщина воздушного клина вычисляется на основании следующих выкладок. Пусть ОD = ОВ = R - радиус выпуклой линзы; О'D = О'В = R₁ - радиус вогнутой линзы; b_m =DK-CK - толщина воздушного зазора (рис.6.)

Из рисунка видно, что

R ₁ 2 =r_m 2 +(R - CK) 2 и

R 2 =r_m 2 +(R - DK) 2 , тогда

r_m 2 = 2 R ₁ CK и r_m 2 = 2 RD K ,

b_m = DK - CK = (4)

В этом случае условие образования темного кольца запишется в виде

Обработку результатов в этой работе рекомендуется проводить, используя метод наименьших квадратов (МНК). Для каждой длины волны измеряют диаметры нескольких колец. Уравнение (5) можно переписать в виде

Видно, что квадрат диаметра кольца линейно зависит от его номера, тангенс угла наклона линейной зависимости d _m 2 = f(m) будет равен

На практике очень трудно осуществить идеальное соприкосновение двух линз в одной точке и без деформации. Поэтому реально получаемая линейная зависимость d _m 2 = f(m) не будет проходить через начало координат, т.е. будет иметь вид не y =ax, а y = ax+c, и при расчетах следует пользоваться формулами для общего случая МНК.

Если tg j для известной длины волны l ₀ определен, то для расчета неизвестного радиуса кривизны из формулы (7) получаем выражение

Для расчета неизвестных длин волн пользуются выражением

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Источником света S служит ртутно-кварцевая лампа ПРК-2, имеющая линейчатый спектр излучения. Проходя через линзу L, свет образует параллельный пучок. Набор светофильтров F дает возможность выделить монохроматический свет с фиксированными длинами волн, соответствующими линиям ртутного спектра. Такая система позволяет наблюдать кольца Ньютона, образующиеся при интерференции света, отраженного от нижней и верхней границ воздушной прослойки между линзами К и К_1. Для измерения диаметров колец (или хорд) служит измерительное устройство, снабженное двумя шкалами с нониусами (рис.8) и стрелкой-указателем, которую можно перемещать в двух взаимно перпендикулярных направлениях i и j с помощью винтов i и j .

Измерительное устройство позволяет фиксировать положение стрелки-указателя с точностью до 0,1 мм.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

1. Включить ртутную лампу (включает дежурный по лаборатории или преподаватель).

2. Установить зеленый светофильтр.

3. Поворачивая в небольших пределах пластину Р, добиться хорошей видимости интерференционной картины.

4. С помощью винта j измерительного устройства определить положение центра (вначале на глаз). Затем, незначительно перемещая стрелку вдоль оси j , измерить по оси i несколько хорд для выбранного кольца. Естественно, что наибольшая из хорд и будет диаметром данного кольца.

Можно показать, что если положение центра по оси j определено с погрешностью, не превышающей 1мм, то это внесет в окончательные измерения погрешность не более 0.5%.

5. Измерить диаметры не менее 10 колец, начиная с четвертого, перемещая стрелку только винтом i и фиксируя координаты левых и правых концов диаметров.

6. Повторить измерения с красным и синим светофильтрами.

7. Построить график зависимости d _m 2 = f(m), где m - номер кольца, d_m - его диаметр.

8. По методу наименьших квадратов рассчитать тангенс угла наклона полученной прямой (y =ax+c, где y = d 2 , x = m , a=tg j
₀ )

9. Пользуясь формулой (8), по найденному значению tg j
₀ и известной длине волны l ₀ рассчитать неизвестный радиус кривизны R_x и его погрешность l ₀ =546,07 ± 0.01 нм, R= 49,900 ± 0.001 см.

10. Вычислить по МНК тангенсы углов наклона tg j
₁ и tg j
₂ прямых отражающих зависимости d _m 2 = f(m) для красного и синего цветов. Определить длины волн l ₁ и l ₂ красной и синей линий ртутного спектра и их погрешности.

ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Пользуясь формулами переноса ошибок и пренебрегая погрешностью длины волны, погрешность R можно записать так:

Погрешность для длины волны удобнее рассчитывать через относительные погрешности

ВВЕДЕНИЕ
Вторым важным открытием, относящимся к физической оптике, было открытие интерференции света. Простой опыт по интерференции света наблюдал Гримальди. Опыт заключается в следующем: на пути солнечных лучей ставят экран с двумя близкими отверстиями (проделанными в ставне, закрывающей окно); получаются два конуса световых лучей. Помещая экран в том месте, где эти конусы накладываются друг на друга, замечают, что в некоторых местах освещенность экрана меньше, чем если бы его освещал только один световой конус. Из этого опыта Гримальди сделал вывод, что прибавление света к свету не всегда увеличивает освещенность.
Другой случай интерференции примерно в те же годы исследовал английский физик Роберт Гук (1635 – 1703). Он изучал цвета мыльных пленок и тонких пластинок из слюды. При этом он обнаружил, что эти цвета зависят от толщины мыльной пленки или слюдяной пластинки.
Гук подошел к изучению этих явлений с правильной точки зрения. Он полагал, что свет – это колебательные движения, распространяющиеся в эфире. Он даже считал, что эти колебания являются поперечными.
Явление интерференции света в тонких пленках Гук объяснял тем, что от верхней и нижней поверхности тонкой, например, мыльной, пленки происходит отражение световых волн, которые, попадая в глаз, производят ощущение различных цветов. Однако у Гука не было правильного представления о том, что такое цвет. Он не связывал цвет с частотой колебаний или с длиной волны, и поэтому не смог разработать теорию интерференции. Толкование Гука содержит первый, правда, чисто качественный и расплывчатый вариант того, что мы сейчас называем интерференционным объяснением. Но никто, в том числе и Гук, не смог разобраться в этом явлении. Дело в том, что наблюдения делали в белом свете, и тут явления слишком многообразны и сложны.
В реферате будут рассмотрены следующие вопросы:
- понятие интерференции и явление интерференции света;
- хронология изучения явления интерференции света;
- развитие волновой теории света;
- сущность интерференции с различных точек зрения.

1 ОБЪЯСНЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ.
КОЛЬЦА НЬЮТОНА
После открытия явления интерференции света его практически сразу же начали изучать. Исаак Ньютон сделал важный шаг в исследовании интерференции света в тонких пленках.
Количественные исследования в этой области трудны, так как толщина споев – порядка 1/1000 мм. Нужно измерять такие малые толщины. Соответственных устройств для этого тогда не было. Ньютон обходит трудность этого измерения замечательным приемом. На плоскую стеклянную поверхность он кладет выпуклой стороной плоско-выпуклую линзу - объектив телескопа с очень большим радиусом кривизны (рис. 1). Тогда между нижней плоской и верхней выпуклой поверхностями образуется чрезвычайно тонкий слой воздуха, обнаруживающий пестрые яркие цвета; цветные кольца в белом свете и чередование одноцветных светлых и темных колец - в однородном.
Гвоздь устройства в том, что, во-первых, толщина слоя различна в различных местах, т. е. мы имеем здесь как бы набор слоев различной величины, а главное, геометрия здесь такова, что расстояние от центра до данного места значительно, в несколько сот раз больше толщины слоя в этом месте. Измеряя это расстояние, мы определяем толщину, которая по малости не поддается непосредственному измерению, уже при помощи расчета. Вот результат - основной результат Ньютона. Слой воздуха не отражает, если его толщина h равна некоторой величине d или кратному d: h = d, 2d, 3d и т. д. Это уже замечательное явление. Если отставить нижнюю поверхность, то отражение получается; при присоединении второй поверхности – это отражение, как этим опытом показал Ньютон, пропадает. Наоборот, слой сильно отражает, если толщина его равна h = 1/2 d, 3/2 d, 5/2 d и т. д.
Ньютон экспериментально определил эту толщину d, для цвета на границе между красным и желтым она оказалась равной 1/89000 дюйма.

3 ИССЛЕДОВАНИЯ ФРЕНЕЛЯ ПО ИНТЕРФЕРЕНЦИИ И ДИФРАКЦИИ СВЕТА
Французский инженер, ставший впоследствии знаменитым физиком, Огюстен Френепь (1788 – 1827) начал заниматься изучением явлений интерференции и дифракции с 1814 г. Он не знал о работах Юнга, но подобно ему увидел в этих явлениях доказательство волновой теории света.
В 1817 г. Академия наук Франции объявила конкурс на лучшую работу по дифракции света. Френель решил участвовать в этом конкурсе. Он написал работу, в которой изложил результаты своих исследований, и направил ее в Академию наук в 1818 г. В этой работе Френель изложил ряд случаев интерференции света, которые он исследовал. В частности, он описал опыт по интерференции света при прохождении через две соединенные вместе призмы (так называемая бипризма Френеля).
Опыт Френеля ясно показывает случай интерференции от двух источников света. С помощью этого опыта Френель подсчитал длину волны для красного света. При этом она получилась равной длине волны для красного света, определенной из других опытов.
Основное же внимание в своей работе Френель уделил опытам по дифракции света, для которой разработал специальную теорию. Эта теория основывалась на усовершенствованном принципе Гюйгенса, который в последующем стал называться принципом Гюйгенса – Френеля.
По Гюйгенсу, как мы видели выше, волновую поверхность в данный момент времени t можно рассматривать как огибающую всех сферических волн, источниками которых являются все точки волновой поверхности в более ранний, предыдущий момент времени t0.
По Френелю, значение амплитуды световой волны в какой-либо точке пространства в момент времени t можно рассматривать как результат интерференции всех сферических волн, источниками которых являются все точки волновой поверхности в более ранний, предыдущий момент времени t0.
Френель, используя этот принцип, исследовал разные случаи дифракции и рассчитал расположение полос для этих случаев.
Так, он рассмотрел прохождение света через маленькое отверстие и определил, какая картина должна быть видна на экране, поставленном за этим отверстием. По его расчетам, получалось, что на экране будут видны темные и светлые кольца, если свет монохроматический. При этом Френель вычислил радиусы этих колец в зависимости от размеров отверстия, от расстояния источника света до отверстия и расстояния отверстия до экрана, на котором наблюдается дифракционная картина.
Френель описал и другие случаи дифракции света от различных экранов и рассчитал расположение дифракционных полос, исходя из волновой теории. При этом все расчеты Френеля совпадали с результатами, наблюдаемыми на опыте.
Работы, представленные на конкурс, рассматривала специальная комиссия Академии наук. В ее составе были крупнейшие ученые того времени: Араго, Пуассон, Био, Гей-Люссак. Все они держались ньютоновских взглядов на природу света. Естественно, что они недоверчиво отнеслись к работе Френеля. Однако совпадение расчетов Френеля с опытными данными было настолько хорошим, что комиссия не могла отвергнуть работу Френеля и была вынуждена присудить ему премию.
При этом произошел интересный случай. Рассматривая расчеты Френеля, член комиссии Пуассон заметил, что они приводят к парадоксальному результату: согласно Френелю получалось, что в центре тени от круглого экрана должно быть светлое пятно. Однако этого до сих пор никто не наблюдал. Из теории Френеля следовало, что это светлое пятно будет заметно только в том случае, если радиус круглого экрана будет малым. Проделанный опыт подтвердил предсказание теории Френеля, что произвело большое впечатление на членов комиссии.
Итак, комиссия Академии наук присудила премию Френелю за его работу по оптике. Однако это вовсе не значит, что волновая теория была признана правильной. Премия ученому была дана за метод расчета. Что же касалось самих представлений, на основе которых был сделан расчет, т.е. представлений о волновой природе света, то академики, рассматривающие работу Френеля, не согласились с ним.
Они рассуждали примерно так: физические основы теории могут быть неверны, а результаты расчета правильны. Такие случаи история знала. Например, пользуясь теорией Птолемея о строении Вселенной, можно вести расчеты и получать правильные результаты положений небесных светил на небе, однако по существу она неверна.
Нужно сказать в защиту академиков, что, несмотря на блестящие результаты, полученные Френелем, в его теории был определенный изъян. Дело в том, что, кроме интерференции и дифракции, физики уже исследовали поляризацию света. Но теория Френеля вопросов поляризации света не касалась. Более того, казалось, что она не в состоянии их объяснить.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Начиная с XIX века взгляды ученых-оптиков постепенно склоняются в пользу волновой теории света. Уже известные кольца Ньютона, цвета тонких пленок и ряд эффектов, говорящих о неаддитивности освещенности от нескольких источников, весьма смутно объяснялись корпускулярной теорией. В первую очередь благодаря работам Томаса Юнга появляется теория интерференции как явления перераспределения световой энергии в пространстве. При соблюдении некоторых условий (когерентность источников) суммарная интенсивность в данной точке может оказаться вдвое больше суммы интенсивностей от двух одинаковых источников света, причем в соседней точке она может оказаться нулевой. Ставший классическим интерференционный опыт Юнга с двумя щелями позволил впервые оценить длину световой волны.
В данном реферате были рассмотрены вопросы, относящиеся к интерференции света, как развитие волновой теории, опыты Ньютона и Френеля в области интерференции, а также опыты Юнга.

Читайте также: