2.5. Порядок виконання роботи

Визначити швидкість звуку в трьох стержнях (латунному, сталевому та дерев’яному) за допомогою методу Кундта.

Порядок виконання роботи та обробки одержаних результатів студентам пропонується встановити самостійно.

Контрольні запитання

1. За яких умов утворюється стояча хвиля?

2. Графічно представити стоячу хвилю та показати на графіку відстань між двома сусідніми вузлами або пучностями стоячої хвилі та довжину біжучої хвилі.

3. Що називається вузлом стоячої хвилі? Запишіть координати вузлів, якщо початок координат збігається з вузлом.

4. Що називається пучністю стоячої хвилі? Запишіть координати пучностей, якщо початок координат збігається з вузлом.

5. Чи переносять енергію стоячі хвилі? Відповідь поясніть.

6. Чи однакова фаза коливань точок, що знаходяться між сусідніми вузлами або між сусідніми пучностями?

7. Чому дорівнює відстань: між сусідніми вузлами стоячої хвилі, між сусідніми пучностями, між сусідніми пучністю та вузлом?

8. Які хвилі можуть утворюватись в твердих тілах? Яким чином можна досягти збудження поперечних хвиль в металевому стержні?

9. Що називається модулем Юнга i яка одиниця його вимірювання?

Робота 13 визначення якості поверхні лінзи за допомогою кілець ньютона та визначення її радіуса кривизни

Мета роботи - вивчення інтерференційних смуг однакової товщини - кілець Ньютона, визначення довжини світлової хвилі, радіуса кривизни лінзи та відхилення її поверхні від плоскої та сферичної форми.

13.1. Загальні відомості

Явище інтерференції широко використовується в науці та техніці. Воно лежить в основі дії значної кількості оптичних приладів, за допомогою яких з високою точністю вимірюють довжину світлових хвиль, лінійні розміри тіл та кутів, визначають якість та точність шліфування різних поверхонь. Можливість проведення швидких та наочних безконтактних вимірювань виключає пошкодження поверхонь виробів, що контролюються. Широке розповсюдження одержав метод, з аснований на дослідженні інтерференційних смуг однакової товщини - кілець Ньютона. Цей метод дозволяє з великою точністю визначити якість поверхонь та радіуси кривизни лінз. Останнє особливо важливо тоді, коли лінзи мають великі радіуси і звичайні методи їх визначення за допомогою сферометрів не дають достатню точність [36].

Д ля спостереження кілець Ньютона плосковипуклу лінзу 3 малої кривизни опуклою поверхнею кладуть на плоску поліровану скляну пластинку 2 (рис. 13.1,2).

З а умови нормального падіння світла на систему лінза-пластинка, яка знаходиться в повітрі, оптична різниця ходу двох променів - відбитого від поверхні лінзи, наприклад, в точці А та того, що прийшов в точку А після відбиття від пластинки, визначається співвідношенням:

_{ = 2dm + /2, (13.1)}

де d_m - товщина повітряного шару в точці А,  - довжина світлової хвилі.

Додаткова різниця ходу, що дорівнює половині довжини хвилі, виникає внаслідок різних умов відбиття інтерферуючих променів: в разі відбиття променю від пластинки (більш густого середовища) фаза хвилі змінюється на . Таким чином, оптична різниця ходу інтерферуючих променів визначається товщиною повітряного шару між лінзою та пластиною. Тому смуги, що спостерігаються, це смуги однакової товщини. Вони мають вигляд темних і світлих кілець. За умови R  d_m товщина повітряного шару, як видно з рис. 13.2 визначається співвідношенням

_(13.2)

де r_m - радіус кільця m-го порядку.

Із співвідношень (13.1), (13.2) та умови максимального посилення світла

 = m, (m = 1, 2, 3,...) (13.3)

маємо формулу, що визначає радіус кривизни лінзи:

(13.4)

де r_m - радіус світлого кільця m-го порядку.

В точці О (рис. 13.1,2) контакт між лінзою і пластинкою може бути порушено внаслідок забруднення, наприклад через наявність порошинок. Тому для більш точного визначення радіуса кривизни лінзи краще взяти формулу, яку легко одержати, користуючись викладеним вище:

_(13.5)

де r_m і r_k - радіуси темних чи світлих кілець m-го та k-го порядків відповідно (порядок центральної темної плями дорівнює нулю).

П орушення якості поверхні лінзи призводить до викривлення інтерференційних смуг.

Так наприклад, наявність подряпини на поверхні лінзи змінює картину інтерференції так, як показано на рис. 13.3.

Обчисливши картину інтерференції, можна одержати співвідношення, яке приблизно визначає глибину подряпини на поверхні лінзи:

_{d = h/2x, (13.6)}

де h - глибина вигону цієї смуги;  - довжина світлової хвилі; x ширина інтерференційної смуги.