[자연과학] 일반물리학 - 구면의 곡률반경 측정

일반물리학 - 구면의 곡률반경 측정

1.목적

단색광에 의하여 뉴턴의 원무늬를 만들고 구면의 곡률반경을 측정한다.

2. 기본원리

그림 1과 같이 평면 유리판 위에 곡률반경(R)이 큰 평볼록렌즈를 올려 놓으면 렌즈의 곡면과 평면 유리면 사이에 얇은 공기층이 생긴다. 여기에 수직으로 파장이 인 단색광을 입사시키면 렌즈의 구면에서 반사한 빛과 유리판의 표면에서 반사한 빛이 서로 간섭을 일으켜 위에서 보면 둥근 간섭무늬가 나타난다. 그림 1에서와 같이 어떤 점에서의 공기층의 두께 d와 원무늬의 반경 r사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.

(1)

공기층이 얇기 때문에 위에서 입사된 빛과 렌즈의 구면이나 평면 유리관의 표면에서 반사한 빛은 나란히 진행할 것이다. 그러나, 평면 유리판의 표면에서 반사하는 빛은 밀도가 작은 매질에서 큰 매질로의 경계면의 반사이므로 위상이 만큼 바뀌며 광로차는 만큼 길어진다. 따라서, 공기층을 통과하여 평면 유리판에서 반사한 빛과 렌즈의 구면에서 반사한 빛 사이의 광로차는 가 된다. 따라서 m 번째의 어두운 원무늬의 반경 과 빛의 파장과의 사이에는 다음과 같…(생략)

(2)

(3)

3.실험 기구

4. 실험 방법

① Newton ring 실험장치에 램프가 잘 위치하도록 조절한다.

② 거울을 45 로 조절하여 램프에서 나오는 빛이 평행하도록 한다.

③ 유동현미경으로 보면서 거울을 조절하면 Newton의 원무늬가 보인다.

④ 여기서 임의의 어두운 유동현미경의 십자선을 맞추고 나사를 이용하여 Newton의 원무늬가 중앙에 오도록 조절한다.

⑤ 유동현미경의 눈금 을 읽어 기록하고 여기서부터 왼쪽으로 n번째의 어두운 원무늬에 십자선을 맞추어 n과 의 위치를 기록한다.

⑥ 다음에 유동현미경을 에 대응하는 에 이동하여 그 위치를 읽어 기록하고, 오른쪽으로 n번째의 어두운 원무늬의 위치 를 기록한다.

⑦ 이때 구면렌즈의 곡률반경 R은

⑧ 다른 무늬에서도 ⑤,⑥,⑦을 반복 실험한다.

5.분석

6.결론 및 느낀점