[물리학] 뉴턴링 - 여러 가지 색의 빛을 렌즈-평판유리 경계면에 입사하여 간섭현상으로 Newton ring을 만들고, 이 렌즈의 곡률 반지름을 구한다

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 장비
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 결과 분석
7. 질문 및 응답

본문내용

1. 실험 목적
여러 가지 색의 빛을 렌즈-평판유리 경계면에 입사하여 간섭현상으로 Newton ring을 만들고, 이 렌즈의 곡률 반지름을 구한다.

2. 실험 원리
　‘광학’ 교과서 (Hecht 4-ed) 제 9장
평판유리 위에 한쪽 면의 곡률반지름이 R인 볼록렌즈(plano-covex lens)를 얹어 놓은 다음 단색광인 파장 λ의 빛을 수직입사 시키면 공기층 두께의 차이에 의해 간섭이 일어나고 이로 인해 Newton ring이 나타나게 된다[Hecht Ch.9, pp.493~496]. 이것은 동일두께의 무늬인 피조무늬(Fizeau fringes)의 한 종류이다.
이 무늬를 처음으로 발견한 사람은 Newton으로 알려져 있으나 발견의 우선권을 두고 Hooke가 이의를 제기하였다고 알려져 있다. 또한 뉴턴은 이 현상을 자신의 운동방정식을 적용하는 등 빛의 입자성으로 해석했는데 100여년 이후 Young과 Fresnel 등에 의해 빛의 파동성이 증명되면서 당시 많은 과학자들이 믿어 왔던 뉴턴의 주장은 결국 뒤집어지게 되었다. 현재 Newton Ring은 빛의 파동성을 입증하는 간섭현상의 대표적인 실험종목으로 받아들여지고 있다.
　그림 1과 같이 두 개의 유리판 사이 공기층으로(두께 d) 빛의 파동 L이 왼쪽에서 들어오면 경계선에서 왼쪽으로 반사된 파동 과 투과하는 파동 가 생긴다. 공기층을 진행하던 는 경계선에서 다시 반사된다.(, phase shift) 는 공기층 안에서 왼쪽으로 진행하다 경계면에서 다시 반사되어() 오른쪽으로 공기층을 다시 진행하게 된다. 경계면에서 다시 왼쪽으로 반사된 파동()이 생긴다.




≪ … 중 략 … ≫




4. 실험 방법

위의 사진과 같이 배열을 하면 실험을 시작할 수가 있다. 다만 유의할 점은 수은등을 켤 때 사용하는 전원이 110V를 필요로 하고 30초 이상 전원 버튼을 누르면 안 된다.
또한 상이 올바로 맺히기 위해서 수은등과 뉴턴링 볼록렌즈와의 수평상태를 잘 유지 시켜 주어야 한다.
다른 렌즈를 써서 간섭무늬의 상을 확대해서 관찰하면 더 선명한 상을 얻을 수가 있다. Lamp를 켜서 ring의 형성이 나타나도록 앞의 렌즈들을 정렬하고 반투명 스크린에 상이 나타나도록 한 다음 색 필터를 장치 전에 놓았다. 표시되어 있는 눈금을 이용하여 N-번째 ring의 반지름을 측정한다. (각 n =1, 2, 3, ... 값에 대해 6번 이상 측정하고, 평균값과 표준 편차를 계산한다.) 단, 우리는 어두운 값을 측정하였다.

키워드

물리학,   뉴턴링,   Newton ring,   간섭현상,   곡률 반지름 ,   렌즈