ન્યૂટનનાં વલયો (Newton’s Rings)

January, 1998

ન્યૂટનનાં વલયો (Newton’s Rings) : પ્રકાશના વ્યતિકરણ(interference)ના સિદ્ધાંતને આધારે ઉદ્ભવતાં એકકેન્દ્રીય (concentric) વલયો. ચોમાસામાં ડામરની ભીની સડક ઉપર મોટરનું તેલ પથરાયેલું હોય ત્યારે ત્યાં સૂર્યપ્રકાશને કારણે ઉદ્ભવતાં એક-કેન્દ્રીય રંગીન વલયો જોવા મળે છે. કોઈ બિંદુ આગળ પ્રકાશના બે (કે તેથી વધુ) તરંગોનો એકબીજા પર સંપાત થતાં, નીપજતી સંગઠિત અસરને વ્યતિકરણ કહે છે. વ્યતિકરણની ઘટના પ્રકાશના તરંગનાં અનેક પ્રતિપાદન કરે છે. કોઈ બિંદુ આગળ પ્રકાશની તીવ્રતા તેના તરંગના કંપવિસ્તાર(amplitude)ના વર્ગના સમપ્રમાણમાં હોય છે. બે સુસંબદ્ધ (coherent) ઉદ્ભવસ્થાનોમાંથી આવતા તરંગોનો જે બિંદુ આગળ સંપાત થાય તે બિંદુ આગળ માધ્યમના કણનું આંદોલન, તેમની પરિણામી (resultant) અસર પ્રમાણે થાય છે. બે તરંગો સમાન કલા ધરાવતા હોય અથવા સંપાતબિંદુ આગળ તેમની વચ્ચે કલાનો તફાવત અચળ જળવાતો હોય અને તેમના કંપવિસ્તારો હોય તો સમાસ આંદોલનનો કંપવિસ્તાર  થાય. પરિણામી કંપવિસ્તાર હોય ત્યારે પ્રકાશની તીવ્રતા  અનુસાર મહત્તમ મળે છે; અને સહાયક વ્યતિકરણ (constructive interference) રચાય છે. પરિણામી કંપવિસ્તાર હોય ત્યારે પ્રકાશની તીવ્રતા  અનુસાર લઘુતમ મળે છે, અને વિનાશક વ્યતિકરણ (destructive interference) રચાય છે. હોય ત્યારે વિનાશક વ્યતિકરણમાં પરિણામી તીવ્રતા શૂન્ય બને છે.

ન્યૂટનના પ્રયોગની મદદથી (i) બહુ મોટી વક્રતા-ત્રિજ્યાવાળા બહિર્ગોળ કે સમતલ બહિર્ગોળ કે લેન્સની વક્રતા ત્રિજ્યા અને (ii) એકરંગી (monochromatic) પ્રકાશની તરંગલંબાઈ નીચે વર્ણવ્યા પ્રમાણે નક્કી કરી શકાય છે :

આકૃતિ (i)

આકૃતિ (i)માં દર્શાવ્યા મુજબ, મોટી વક્રતાત્રિજ્યા(R)વાળા બહિર્ગોળ કે સમતલ બહિર્ગોળ લેન્સને કાચની સમતલ તકતી પર મૂકતાં તકતી અને લેન્સની સપાટી વચ્ચે અરીય સંમિતિ ધરાવતું અસમાન જાડાઈનું ફાચર-આકાર(wedge shaped)નું હવાનું સ્તર રચાય છે. એકરંગી પ્રકાશનાં સમાંતર કિરણો લેન્સ પર લંબ રૂપે આપાત કરતાં લેન્સની નીચેની સપાટી તથા કાચની સમતલ તકતીની સપાટી વડે પરાવર્તન પામતાં કિરણો એકબીજા પર સંપાત થઈ વ્યતિકરણ રચે છે. પરિણામે આકૃતિ (ii)માં દર્શાવ્યા મુજબ ક્રમિક પ્રકાશિત અને અપ્રકાશિત એકકેન્દ્રીય વલયો રચાય છે, જે ન્યૂટનનાં વલયો તરીકે ઓળખાય છે.

લેન્સની ઉપર ગોઠવેલા માઇક્રોસ્કોપની મદદથી આ વલયો સ્પષ્ટપણે જોઈ શકાય છે. માઇક્રોસ્કોપના ક્રૉસવાયર અને સ્કેલની મદદથી જુદા જુદા ક્રમાંકના વલયના વ્યાસ નોંધવામાં આવે છે. આપાત થતા એકરંગી પ્રકાશની તરંગલંબાઈ λ નીચેના સૂત્રથી મળે છે :

આકૃતિ (ii)

અહીં Dn=n ક્રમાંકના વલયનો વ્યાસ; Dm=m ક્રમાંકના વલયનો વ્યાસ; R=લેન્સની વક્રતાત્રિજ્યા છે.

લેન્સ અને કાચની તકતી વચ્ચે પ્રવાહીનાં થોડાં ટીપાં રાખતાં હવાને બદલે પ્રવાહીનું અરીય સ્તર રચાય છે અને તેથી ઉપર મુજબ વલયો  મળે છે.

પ્રકાશની તરંગલંબાઈ λ જ્ઞાત હોય તો પ્રવાહીનો નિરપેક્ષ વક્રીભવનાંક મેળવી શકાય છે.

શશીધર ગોપેશ્વર ત્રિવેદી