뉴턴링을 이용한 렌즈의 곡률 반경 측정
Abstract
뉴턴링의 간섭무늬가 나타나는 원리를 빛의 파동성과 간섭현상으로 이해하고 실제 실험을 통해 링형 간섭무늬를 관측해 보았다. 또한 간섭무늬의 간격을 측정해 렌즈의 곡률 반경을 측정했다.
ⅠINTRODUCTION
뉴턴링은 평면 유리판과 곡률 반경이 큰 볼록렌즈 사이에서 빛의 간섭에 의해 생기는 고리형 간섭무늬를 의미하며, 이 현상은 1664년에 Robert Hooke(1653 – 1703)에 의해 처음 기술되었으나 만유인력의 법칙을 제안한 영국의 Isaac Newton(1642-1727)이 그 이후 처음으로 정밀하게 분석하여 그의 연구 업적을 기려 뉴턴링(newton ring)으로 명명되었다.
뉴턴링은 평면 유리판 위의 곡면 유리판에 빔분파기를 통해 들어온 빛을 관측해서 얻는 간섭무늬로 동심원이 원띠를 갖는 간섭 무늬를 발견할 수 있다. 단색광이 들어왔을 경우 해당 색의 간섭무늬를 발견할 수 있고 백색광이 들어올 경우에는 무지개 빛의 간섭무늬를 발견할 수 있다.
간섭무늬가 생기는 것은 아래의 그림으로 설명할 수 있다. 그림1에서와 같이 평면 유리판 위에 률반경이 R인 큰 평볼록렌즈를 올려 놓는다. 이 때 생기는 h만큼의 얇은 공기층에 의한 경로차로 반사된 빛과 간섭을 일으켜 간섭 무늬를 갖게 된다. 이 때 간섭무늬는 다음의 식을 만족한다.
밝은 무늬 :
어두운 무늬 :
그림 뉴런링 원리
여기서 차수 m은 m번째 무늬를 나타낸다. 이 식에 의해 입사된 빛의 파장과 간섭무늬의 반지름, 차수를 측정해 볼록렌즈의 곡률 반경을 구할 수 있다.
뉴턴링은 렌즈를 검사할 때 주로 사용되는 실험이다.
Ⅱ EXPERIMENT
1. 실험 장비
실험에서 사용한 실험 장비는 다음과 같다.
1) 뉴턴링 실험대
2) 광원(나트륨램프, 수은램프)
3) 광원 지지대
4) 단색용 필터
5) 수렴렌즈(광원 빛 수렴용 볼록렌즈)
6) 회절격자 분광기 및 백색광 램프
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2013.05.02
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