நியூட்டனின் வளையங்கள்

நியூட்டனின் வளையங்கள் (Newton's rings) என்பது தட்டக்குவிவில்லையைப் பயன்படுத்தி எதிரொளிக்கப்படும் இரு ஒளிக்கதிர்களிடையே ஏற்படும் குறுக்கீட்டு விளைவினால் உருவாக்கப்படுவது ஆகும். இவற்றில் கருப்பு மற்றும் வெள்ளை வளையங்கள் அடுத்தடுத்து காணப்படுகின்றன. பயன்படுத்தப்படும் ஒற்றை ஒளியின் அலைநீளம் மற்றும் பயன்படுத்தப்படும் திரவத்தின் ஒளிவிலகல் எண் காணவும் இச்சோதனை உதவுகிறது. 1717ஆம் ஆண்டு நியூட்டனின் வளையச் சோதனயை சர் ஐசக் நியூட்டன் முதன் முதலில் செய்ததால் அவர் பெயராலே இவ்வளையங்கள் அழைக்கப்படுகிறது,

அறிமுகம்

1664 ஆம் ஆண்டு ராபர்ட் ஹூக் என்ற அறிவியல் அறிஞர் தனது "மைக்ரோகிராஃபியா" (Micrographia) என்ற புத்தகத்தில் குறுக்கீட்டு விளைவு வளையம் பற்றி குறிப்பிட்டுள்ளார். எனினும் சர் ஐசக் நியூட்டன் முதன் முதலில் இச்சோதனையைச் நிரூபித்ததால் அவரது பெயரால் நியூட்டனின் வளையம் என அழைக்கப்படுகிறது,

கோட்பாடு

கருவியின் அமைப்பு: கிடைத்தள கண்ணாடி தட்டின் மீது தட்டக்குவிலென்ஸ்.

நியூட்டனின் வளையம் உருவாகும் விதம்

அதிக குவியத்தூரம் மற்றும் வளைவு ஆரம் கொண்ட தட்டக்குவிவில்லையை சமதள கண்ணாடி பரப்பின் மீது வைக்கும் போது குறுக்கீட்டு விளைவினால் நியூட்டனின் வளையங்கள் உருவாகின்றன. இவ்விரு பரப்புகளுக்கும் இடையே ஒரு காற்று மெல்லோடு (Air Film) உருவாக்கப்படுகிறது. காற்று மெல்லோடு மீது ஒற்றை நிற ஒளி செங்குத்தாகப்படும்போது பொலிவு மற்றும் கருமை நிற வளையங்கள் மாறி மாறி உருவாகின்றன. காற்று மெல்லோட்டின் மேல் தளத்திலிருந்து எதிரொளிக்கப்படும் ஒளியும், கீழ் தளத்திலிருந்து எதிரொளிக்கப்படும் ஒளியும் குறுக்கீட்டு விளைவினால் நியூட்டனின் வளையங்களை உருவாக்குகின்றன. ஆக்கக் குறுக்கீட்டு விளைவினால் (constructive interference) பொலிவு வளையமும், அழிவு குறுக்கீட்டு விளைவினால் (destructive interference) கருமை நிற வளையமும் உருவாகின்றது. இரண்டு எதிரொளிப்புகளில் ஒன்று அடர்வுமிகு ஊடகத்தில் ஏற்படுவதால், கட்ட வேறுபாடு π அல்லது பாதை வேறுபாடு λ / 2 ஆகிறது, இதனால் பொலிவு வளையம் உருவாகின்றது.

பொலிவு வளையம் உருவாக நிபந்தனை:

r_{N}=\left[\lambda R\left(N-{1 \over 2}\right)\right]^{1/2},

இங்கு, r_N - பொலிவு வளையத்தின் ஆரம், R - தட்டக்குவிவில்லையின் வளைவு ஆரம், மற்றும் λ - ஒளியின் அலை நீளம்.

மேற்கூறப்பட்டுள்ள சமன்பாடு சமதள கண்ணாடி பரப்பின் கீழிருந்து பார்க்கும் போதும் கிடைக்கும் கருமை மைய வளையங்களுக்கும் பொருந்தும்

காற்று மெல்லோட்டிற்கு பதிலாக கண்ணாடியை விட அதிக ஒளி விலகல் எண் கொண்ட திரவத்தைப் பயன்படுத்தும் போது மைய வளையங்கள் கருமை வளையங்களாக இருக்கும். சமதள கண்ணாடி பரப்பின் கீழிருந்து பார்க்கும் போதும் பொலிவு மைய வளையங்களும் கிடைக்கும். இதற்குக் காரணம் எதிரொளிக்கப்பட்ட கதிர் அடர்வு குறை ஊடகத்தில் ஏற்படுவதால், கட்ட வேறுபாடு 0 அல்லது பாதை வேறுபாடு 0 ஆகிறது,

கண்ணாடிகளுக்கிடையேயான பரப்பின் ஒளி விலகல் எண் t:

t={r^{2} \over r1^{2}}

,

r , அடர்வு குறை காற்றில் பொலிவு வளையத்தின் ஆரம், r₁, அடர்வு மிகு திரவத்தில் பொலிவு வளையத்தின் ஆரம்.

சோதனை செய்யத் தேவைப்படும் கருவிகள்

நியூட்டனின் வளையச் சோதனை செய்யத் தேவைப்படும் கருவிகள் பின்வருமாறு அமையும்:

அலை நீளம் காண வேண்டிய ஒற்றை ஒளி மூலம்
ஒளி மூலத்தை இணை கதிர்களாக்க ஒரு குவி வில்லை
வளையங்களின் ஆரம் காண நுண்ணோக்கி
ஒளி கதிர்களை செங்குத்தாக்க 45⁰ கோணத்தில் வைக்கப்பட்டுள்ள கண்ணாடி
சமதள கண்ணாடி மீது தட்டக்குவிலென்ஸை கொண்ட அமைப்பு

பயன்கள்

தண்ணீரின் மீது உள்ள எண்ணெய் படலம் உருவாக்கும் பல வண்ண ஒளி அமைப்பு மற்றும் சோப்பு குமிழியின் மீது உள்ள பல வண்ண ஒளி அமைப்பும் நியூட்டனின் வளைய தத்துவத்தில் (குறுக்கீட்டு விளைவு) உருவாகிறது.
மெல்லிய படல தொழிற்நுட்பத்தில் [thin-film technology] நியூட்டனின் வளைய தத்துவம் உதவுகிறது.

சோதனையின் போது கவனத்தில் கொள்ள வேண்டியவை

காற்று மெல்லோட்டின் மேற்பரப்பிலிருந்து ஒரு ஒளிக்கதிரும், கீழ்பரப்பிலிருந்து ஒரு ஒளிக்கதிரும் குறுக்கீட்டு விளைவின் மூலம் நியூட்டனின் வளையத்தை உருவாக்குகின்றன.
காற்று மெல்லோட்டின் தடிமன் பூஜ்யத்திலிருந்து சிறிது சிறிதாக உயர்வதால் நியூட்டனின் வளையம் வட்ட வடிவத்தைப் பெறுகிறது.
45⁰ கோணத்தில் வைக்கப்பட்டுள்ள கண்ணாடி, ஒளிக் கதிர்களை செங்குத்தாக்கி, மேலிருந்து நுண்ணோக்கி மூலம் பார்க்க உதவுகிறது.
நியூட்டனின் வளையங்களின் விட்டம் இயல் எண்களின் வர்க்க மூலத்திற்கு நேர் விகிதத்தில் இருப்பதால் வளையங்களின் தடிமன் சிறிது சிறிதாக குறைகிறது.
காற்று மெல்லோட்டின் வடிவத்தின் காரணமாகவே நியூட்டனின் வளையங்கள் தோன்றுகின்றன; அவற்றின் வடிவத்தை மாற்றினால் நியூட்டனின் வளையங்கள் தோன்றுவதில்லை.
சமதள கண்ணாடிக்கு பதிலாக முகம் பார்க்கும் கண்ணாடியைப் பயன்படுத்தினால் அதிக வெளிச்சம் காரணமாக நியூட்டனின் வளையம் சரியாகத் தெரிவதில்லை.
ஒற்றை ஒளிக்கற்றைக்குப் பதிலாக வெள்ளை நிற ஒளிக்கற்றையைப் பயன்படுத்தினால் பல வண்ண நியூட்டனின் வளையங்கள் தோன்றும்.
குறைந்த குவியதுாரம் கெண்ட தட்டக்குவிலென்சைப் பயன்படுத்தினால் நியூட்டனின் வளையங்கள் நெருக்கமடைகின்றன.

மேற்கோள்கள்

Airy, G.B. (1833). "VI.On the phænomena of Newton's rings when formed between two transparent substances of different refractive powers". Philosophical Magazine Series 3 2 (7): 20–30. doi:10.1080/14786443308647959. பன்னாட்டுத் தர தொடர் எண்:1941-5966.
Illueca, C.; Vazquez, C.; Hernandez, C.; Viqueira, V. (1998). "The use of Newton's rings for characterizing ophthalmic lenses". Ophthalmic and Physiological Optics 18 (4): 360–371. doi:10.1046/j.1475-1313.1998.00366.x. பன்னாட்டுத் தர தொடர் எண்:0275-5408.
Dobroiu, Adrian; Alexandrescu, Adrian; Apostol, Dan; Nascov, Victor; Damian, Victor S. (2000). Improved method for processing Newton's rings fringe patterns. 4068. பக். 342–347. doi:10.1117/12.378693. பன்னாட்டுத் தர தொடர் எண்:0277-786X.
Tolansky, S. (2009). "XIV. New contributions to interferometry. Part II—New interference phenomena with Newton's rings". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 35 (241): 120–136. doi:10.1080/14786444408521466. பன்னாட்டுத் தர தொடர் எண்:1941-5982.
இயற்பியல்-மேல்நிலை இரண்டாம் ஆண்டு-தொகுதி இரண்டு-முனைவர்.சேது.குணசேகரன்-தமிழ்நாட்டுப் பாடநுால் கழகம்-சென்னை-பக்193.
https://physics101viva.wordpress.com/2015/02/17/newtons-ring-experiment/ பரணிடப்பட்டது 2016-08-23 at the வந்தவழி இயந்திரம்

வெளியிணைப்புகள்

Newton’s Ring from Eric Weisstein's World of Physics
Photos
Explanation of and expression for Newton's rings பரணிடப்பட்டது 2014-11-19 at the வந்தவழி இயந்திரம்
Newton's rings Video of a simple experiment with two lenses, and Newton's rings on mica observed. (On the website FizKapu.)