뉴턴의 고리란 무엇인가요?

'뉴턴의 원'이라고도 합니다. 빛과 다크서클이 번갈아 나타나는 동심원 고리로 구성된 빛의 간섭 패턴입니다. 예를 들어, 곡률 반경이 큰 볼록 렌즈의 볼록한 표면이 평면 유리와 접촉하고 햇빛 아래에서 또는 백색광을 비추면 접촉점이 교번하는 빛으로 둘러싸인 어두운 점임을 알 수 있습니다 그리고 어두운 색의 고리; 유색 빛으로 조명되면 밝은 색과 어두운 색이 번갈아 나타나는 단색 원으로 나타납니다. 원은 서로 다른 거리를 갖고 있으며 중심점으로부터의 거리가 멀어질수록 점점 좁아집니다. 이는 구면과 평면에 반사된 빛의 간섭으로 인해 형성된 간섭 무늬입니다. 광학 부품을 가공할 때 뉴턴 링의 원리는 평면이나 곡면의 표면 정확도를 확인하는 데 널리 사용됩니다. 뉴턴 고리의 개략도에서 B는 아래 평면 유리, A는 평면 볼록 렌즈, 평면 유리와의 접촉점은 O, O 지점 주변은 평면 유리와 볼록 렌즈 사이의 공극입니다. . 평행한 단색광이 볼록렌즈의 평면에 수직으로 입사하는 경우. 에어 갭의 상부 및 하부 표면에 의해 반사된 빛은 응집된 빛을 형성합니다. 빛은 에어 갭의 위쪽과 아래쪽 표면에서 반사됩니다(하나는 광학적으로 희박한 매체 표면에 반사되고 다른 하나는 광학적으로 밀도가 높은 매체 표면에 반사됨).

빛의 간섭무늬. 1675년 뉴턴이 처음으로 관찰했다. 곡률반경이 큰 평면볼록렌즈를 유리판 위에 놓고 렌즈와 유리판에 단색광을 비추면 명암이 같은 동심원 고리를 관찰할 수 있다. 고리의 분포는 중앙이 희박하고 가장자리가 조밀하며 원의 중심이 접점 O에 있습니다. 반사된 빛에서 본 뉴턴 고리의 중심은 어둡고, 투과된 빛에서 본 뉴턴의 고리의 중심은 밝습니다. 백색광이 입사되는 경우. 착색된 고리가 관찰될 것이다. 뉴턴의 고리는 동일한 두께의 얇은 막의 전형적인 간섭입니다. 평볼록 렌즈의 볼록한 구면과 유리판 사이에는 균일한 두께를 갖는 원형의 갈라진 틈 모양의 공기막이 형성됩니다. 평행광이 평면 볼록 렌즈에 수직으로 방출되면 두 광선이 유리판에서 반사됩니다. 갈라진 모양의 공기막의 윗면과 아랫면이 서로 겹쳐져 간섭을 일으킵니다. 같은 반경의 고리에 있는 공기막의 두께가 같고, 윗면과 아랫면의 광로 차이도 같으므로 간섭무늬는 고리 모양이다. 동일한 두께의 필름에서 동일한 간섭 무늬를 생성하는 이러한 종류의 간섭을 동일 두께 간섭이라고 합니다.

광학 분야에서 뉴턴의 중요한 발견 중 하나는 "뉴턴 고리"입니다. 이것은 Hooke가 연구한 비눗방울 필름의 색상 문제를 추가로 조사하면서 제기되었습니다.

구체적으로 뉴턴의 고리 실험은 다음과 같습니다. 두 개의 유리 조각을 준비합니다. 하나는 14피트 망원경용 평면 볼록 렌즈이고 다른 하나는 50피트 망원경용 대형 양면 볼록 렌즈입니다. 또는 망원경. 양면 볼록 렌즈 위에 평면이 아래를 향하도록 평면 볼록 거울을 배치합니다. 유리 본체를 함께 누르면 접점 주변에 다양한 색상이 나타나 컬러 링이 형성됩니다. 그런 다음 이러한 색상은 링 중앙에서 차례로 사라졌습니다. 유리체가 압축되면 최종적으로 다른 색상의 중심에 나타나는 색상은 처음 나타날 때 주변에서 중앙으로 갈수록 거의 균일한 색상 고리처럼 보입니다. 이 색상 고리는 점차 넓어집니다. 그 중심에 새로운 색이 나타날 때까지. 이것이 계속되면 세 번째, 네 번째, 다섯 번째 및 그 이후의 색상이 중앙에 나타나며 가장 안쪽 색상을 둘러싸는 색상 링 세트가 됩니다. 마지막 색상은 검은색 점입니다. 반대로 상부 유리 본체를 하부 렌즈에서 들어 올리면 컬러 링의 직경이 작아지고 주변의 너비가 증가하여 색상이 점차 중앙에 도달한 다음 그 폭이 상당히 커집니다. , 이는 이전보다 크기가 커져 색상을 인식하고 구별하기가 더 쉬워졌습니다.

뉴턴은 6개의 고리의 반지름(가장 밝은 부분에서 측정)을 측정하여 다음 규칙을 발견했습니다. 밝은 고리의 반지름의 제곱값은 홀수, 즉 1로 구성된 산술급수입니다. , 3, 5, 7, 9, 11이고, 어두운 고리 반경의 제곱값은 짝수, 즉 2, 4, 6, 8, 10, 12로 구성된 산술급수이다. 예를 들어 볼록 렌즈와 평면 유리의 접촉점 근처 단면에서 수평 축은 정수의 제곱근으로 표시된 거리를 나타냅니다. √1 = 1 √2 = 1.41, √3 = 1.73, √ 4 = 2, √5 = 2.24 등 이 거리에서 뉴턴은 빛의 최대값과 최소값이 교대로 나타나는 것을 관찰했습니다. 1, 2, 3, 4, 5, 6…

이렇게 볼록렌즈의 반경을 알면 어두운 고리와 밝은 고리의 공기층 두께를 쉽게 계산할 수 있다. 당시 뉴턴이 측정한 상황은 다음과 같다. 수직 입사광으로 얻은 첫 번째 어두운 고리 공기층의 두께는 1인치의 1/189000입니다. 이 두께에 1, 3, 5, 7, 9, 11 계열을 곱하면 가장 밝은 공기층의 두께가 됩니다. 모든 밝은 고리의 일부는 1/178000, 3/178000, 5/178000, 7/178000... 그들의 산술 평균은 2/178000, 4/178000, 6/178000... 등입니다. 어두운 고리의 가장 어두운 부분에 있는 공기층.

뉴턴도 공기를 물로 대체하여 색상환의 반경이 감소하는 것을 관찰했습니다. 그는 백색광의 간섭 무늬를 관찰했을 뿐만 아니라 단색광의 밝고 흰색 간섭 무늬가 교대로 나타나는 것도 관찰했습니다.

뉴턴의 링 장치는 광학 부품 표면의 정확성을 테스트하는 데 자주 사용됩니다. 볼록렌즈와 평면유리 사이의 압력이 변하면 그 사이의 공기막 두께가 조금씩 변하고 줄무늬가 움직일 수 있습니다. 이 원리는 압력이나 길이의 작은 변화를 정확하게 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

뉴턴의 고리가 빛의 파동성을 가장 잘 증명하는 증거 중 하나라는 점은 당연합니다. 그러나 뉴턴은 현실에서 출발한 것이 아니라 그가 믿었던 입자 이론에서 뉴턴의 고리 형성을 설명했습니다. 반지. 그는 빛이 빠른 속도로 움직이는 입자의 흐름이라고 믿었기 때문에 뉴턴의 고리 출현을 설명하기 위해 '한동안 반사되기 쉽고 잠시 전달되기 쉽다'는 복잡한 이론을 제안했다. 이 이론에 따르면 그는 "모든 광선은 굴절 표면을 통과할 때 특정 임시 상태에 들어가야 합니다. 이 상태는 빛이 들어가는 과정에서 특정 간격으로 복원되며 다음과 같은 경향이 있습니다. 빛이 다음 굴절 표면을 쉽게 통과하도록 하면 두 수복물 사이의 다음 굴절 표면에서 반사되기 쉽습니다." 그는 또한 각 복귀와 다음 복귀 사이의 이동 거리를 "버스트" 간격이라고 불렀습니다. 사실 뉴턴이 여기서 말하는 '폭발의 간격'은 파동의 '파장'이다. 왜 이런 일이 발생합니까? 뉴턴은 "이것이 어떤 효과나 경향인지, 빛의 원운동이나 진동인지, 아니면 매질의 원운동이나 진동인지, 여기서는 논하지 않겠다"고 막연하게 말했다.

따라서 뉴턴은 뉴턴의 고리를 발견하고 정밀한 정량적 측정을 했으나 빛의 파동이론의 한계에 이르렀다고 할 수 있다. 이 현상을 설명해보세요. 사실 1: 이 실험은 빛의 파동 이론에 대한 강력한 증거 중 하나가 될 수 있습니다. 영국의 과학자 토머스 영(Thomas Young)이 빛의 파동 이론을 사용하여 뉴턴의 고리 실험을 완전히 설명한 것은 19세기 초였습니다.