해피레포트 - 물리학-뉴턴링

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

본문일부/목차
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. 이때 투과파 와 사이에 광경로차 가 발생하며, 이들이 보강간섭을 할 조건 은 (N =1, 2, 3,....) 이다. (파동 는 공기에서 유리로 반사할 때 발생하는 두 번의 180° 위상차, 즉 총 360°의 위상차를 겪었으므로 이 곳이 보강간섭 조건이 된다.) 이로부터 공기층의 두께는 , N =1, 2, 3,.... (1) 로 주어진다. (여기서 두 번째 항 -1은 두 번의 ‘공기-->유리 반사’에 의한 위상차를 고려한 것이다.) 식(1)에서 λ는 공기 중에서 빛의 파장인데, 공기의 굴절률은 1.0003 정도로 1에 가까우므로 실제로 이 실험에서는 λ는 진공 중의 파장이라고 생각해도 된다 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.

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