آزمایش حلقه‌های نیوتن

پرسش:

سلام خسته نباشید .ممنون از سایت خوبتون
من چندتا سوال داشتم هرچی تو کتاب ها میگردم نمیتونم پیدا کنم .درمورد آزمایش حلقه های نیوتن هست.
1.چرا باید تيغه شيشه‌اي با زاویه 45 درجه در مسير نور قرار دهيم؟
2 .اگر راس عدسي محدب-تخت کاملا در تماس با تيغه اپتيکي باشد مرکز طرح تداخلي تاریك است. چرا؟
3.اگر از چراغ جيوه به جاي چراغ سدیم استفاده کنيم حلقه هاي نيوتن رنگي است. چرا؟

پاسخ:

برای فکر کردن در مورد پرسش‌هایی که طرح کردید بهتر است علت ایجاد حلقه‌های نیوتن را کمی دقیق‌تر بررسی کنیم. در واقع برای شناخت هر پدیده‌ای باید ابتدا بر اساس یک سری اصول پایه‌ای علمی در ذهنمان سعی کنیم مدلی برای اتفاق‌هایی که می‌افتد ترسیم کنیم و بعد سعی کنیم مشاهدات را با آن مدل تطبیق دهیم. همینطور مدل ارتقا پیدا می‌کند. البته این را هم بدانید که مدل یا دید ما نسبت به آنچه اتفاق می‌افتد فقط ارتقا پیدا می‌کند و هیچگاه نمی‌توانیم ادعا کنیم که مدل دیگر نقصی ندارد.

در مورد حلقه‌های نیوتن بر اساس اصول اپتیک موجی و تا حدودی الکترومغناطیس، حلقه‌ها مکان هندسی نقاط با اختلاف راه یکسان هستند که چون سیستم تقارن دایره‌ای دارد، این مکان هندسی دایره می‌شود. درواقع تداخل بین نور برگشتی از سطح شیشه تخت زیرین و سطح انحنا دار عدسی اتفاق می‌افتد. فقط نکته این است که آنچه از بازتاب از سطوح دی الکتریک می‌دانیم این است که فاز نور تابیده 180 درجه در بازتاب تغییر می‌کند. این تغییر فاز در بازتاب از محیط رقیق به غلیظ است.

چون تداخل بر اساس اختلاف راه بین دو پرتو که مسیر متفاوتی طی کرده‌اند و اختلاف راه پیدا می‌کنند اتفاق می افتد، پس زاویه دید مهم می‌شود چون وقتی زاویه را زیاد یا کم می‌کنیم طبعا طول مسیر هم تغییر می‌کند. پس برای مشاهده تداخل بهتر است عمودی مشاهده شود که اگر نور هم عمودی تابیده شود، طبعا مشاهده مجبور است کمی زاویه داشته باشد. برای حل این مشکل یک شیشه با زاویه 45 درجه نقش تقسیم کننده نور را بازی می‌کند و با قرار دادن آن در مسیر می‌توانیم هم نور را عمودی بتابانیم و هم مشاهده را عمودی انجام دهیم. البته این کار برای افزایش دقت است و زمانی که اندازه‌گیری انجام می‌دهید.

تیره بودن حلقه مرکزی در بازتاب هم بخاطر همان اختلاف فاز است. جالب است که این اختلاف فاز یکی از نشانه‌های دقت نظریه موجی بودن نور و از شواهد مهم آن است و مرتب با آن مواجه هستیم و روی نتایج اثر می‌گذارد. البته همین مسئله پیچیدگی‌های زیادی دارد که جای بحث آن اینجا نیست.

در مورد انتخاب لامپ و اثر آن هم برگردید به آنچه اتفاق می‌افتد. اگر صحبت از اختلاف راه و مضرب صحیح از طول موج است، کدام طول موج؟ طبعا بسته به منبع نور طول موج‌های مختلفی ممکن است داشته باشیم که هر کدام شرایط خودشان را برای تداخل سازنده یا مخرب دارند و در نتیجه همه رنگ‌های منبع نور حلقه‌های خودشان را تشکلی می‌دهند. در لامپ سدیم رنگ قالب و اصلی همان زرد معروف سدیم است که اجازه عرض اندام به بقیه طول موج‌های کم نور دیگر سدیم را نمی‌دهد. ولی لامپ جیوه را اگر با منشور یا توری پراش یا اسپکترومتر نگاه کنیم چند رنگ قابل مشاهده است که همان‌ها در تشکیل حلقه در فرآیند نیوتن شرکت می‌کنند.