Кільця Ньютона

Кільця Ньютона виготовлені з металу та скла - служать для поглибленого дослідження світлових явищ, обумовлених хвильовою природою світла, при вивченні розділу «Фізична оптика» на уроках фізики.

Являє собою інтерферометр, дія якого заснована на принципі поділу первинного пучка по амплітуді і подальшої інтерференції вторинних пучків.
За допомогою 8-10 наборів «Кільця Ньютона» стає можливим проведення фронтального демонстраційного досліду по спостереженню інтерференційної картини смуг (кілець) рівної товщини без використання спеціальних джерел випромінювання: лазерів, монохроматоров. Інтерференційні кільця прекрасно видно у відбитому сонячному світлі, в світлі денної лампи і навіть при розсіяному освітленні. 
За кількістю інтерференційних кілець, що заповнюють світлове поле певного розміру, можна оцінити радіус кривизни робочої поверхні одного з двох інтерференційних елементів, що знаходяться в оптичному контакті, за умови, що робоча поверхня плоска.

Комплектація:
1. 8-1 Лінза плоско-опукла 1
2. 8-2 Пластина плоскопаралельна (ППП) 1
3. 8-3 Оправа лінзи 1
4. 8-4 Оправа ППП 1
5. 8-5 Гвинт юстировочний 3
6. 8-6 Пружина 3
7. 8-7 Шайба фторопластова 3
8. ПС Паспорт 1

Технічні характеристики:
Елемент 8-1. Лінза плоско-опукла.
Світлові розміри: ф 48 (мм). Радіус кривизни опуклої (робочої) поверхні R = 150 ÷ 300 (м).
Елемент 8-2. Пластина плоскопаралельна.
Світлові розміри: ф 48 (мм). Якість плоскої (робочої) поверхні: число кілець: N = 1, ΔN = 0.3.

Діаметр приладу: 7 см.

Принцип дії приладу:
Неважко здогадатися, що свою назву "Кільця Ньютона" відоме оптичне явище отримало на честь вченого, який вперше його описав. Так як для його спостереження не потрібно ніяких спеціальних джерел випромінювання (лазерів, монохроматорів), то, напевно, воно було відоме дуже давно і відкрито (або описано) І. Ньютоном чисто випадково. Справа в тому, що явище кілець Ньютона може бути пояснено тільки виходячи з принципів хвильової (фізичної) оптики, до прихильників якої великого вченого віднести ніяк не можна.

Кільця Ньютона завжди виникають при оптичному контакті близьких за своїм радіусом кривизни оптичних деталей. Для якісного спостереження явища неозброєним оком необхідно, щоб одна з них була плоскопаралельною, а друга - плоско опуклою («горб»), або плоско увігнутою («яма»). При цьому клиновидність плоскопаралельної пластини ролі не грає, головне - якість робочої поверхні (площинність).

Для плосковипуклої (увігнутої) пластини-лінзи велику роль відіграє значення радіуса кривизни робочої поверхні. Вона повинна бути майже плоскою.
Дія таких пластинок, що знаходяться в оптичному контакті, на світлові промені полягає в наступному. Обидві поверхні частково відбивають світло у зворотному напрямку. 

Фронт світлової хвилі, відбитої плоскою поверхнею залишиться колишнім, а відбитий плосковипуклою поверхнею, змінить свою кривизну (фазу). А так як відстань між обома поверхнями порівнянно з довжиною світлової хвилі, то, на якій то ділянці поверхонь, що знаходяться в оптичному контакті, буде виконуватися умова часткової когерентності для відбитих ними пучків світла. Між ними буде відбуватися взаємодія - інтерференція світла, з локалізацією інтерференційної картини на поверхні оптичного контакту. 

По суті, спостерігаючи кільця Ньютона, ми бачимо голографічну запис фронту світлової хвилі, відбитого від плоско-опуклої (увігнутої) сферичної поверхні. За умови, що опорна поверхня ідеально плоска.

Вид інтерференційної картини для «горба»: в центрі широка світлова пляма максимуму або мінімуму, навколо підперезані інтерференційними кільцями, що звужуються по ширині до краю інтерференційної картини. Для «ями»: по краях широкі кільця максимумів або мінімумів, звужуються до центру і зовсім зникаючими в центрі. Число кілець, що припадають на певний світловий діаметр, визначається радіусом кривизни плоско опуклої (увігнутої) поверхні, при умові, що друга поверхня ідеально плоска.

Інтерференційна картина видна при висвітленні будь-яким джерелом світла, спектр випромінювання якого лежить у видимій області. Під звичайними джерелами випромінювання, що мають суцільний спектр, інтерференційна картина має вигляд кольорових кілець. Найяскравіші з них ті, на довжині хвилі яких очей спостерігача має максимальну чутливість.

Відхилення від кругової структури в інтерференційних кільцях свідчить про місцеве порушення кривизни сферичної поверхні, за умови, що опорна поверхня - ідеально плоска, або навпаки. На цьому явищі побудований досі діючий в оптичному виробництві метод контролю якості оптичних поверхонь. У спеціальній лабораторії зберігаються пробні скельця для всіляких радіусів кривизни оптичних поверхонь.

Під час виготовлення оптичної деталі ведеться контроль радіусів поверхонь за зразком – пробному склу того ж радіуса. Число всіх кілець Ньютона, які видно при оптичному контакті між сферою, що виготовляється, і пробним склом на всій поверхні, визначає відхилення від заданого радіуса кривизни. Звичайний допуск: N=2÷3.

Якість роботи визначають за порушеннями кругової структури (звивистості) кілець. Вимірюють у частках ширини кільця, на які воно доводиться. Звичайний допуск більшості поверхонь: ΔN=0.3÷0.5.