Номер 2, страница 179 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

13.12. Волновые свойства света. 13. Оптика - номер 2, страница 179.

Решение.

Решение 2.

Решение

Радужная окраска крыльев стрекозы, которая меняет цвет в зависимости от угла зрения, является примером структурной окраски. Она вызвана не химическими пигментами, а физическим оптическим явлением — интерференцией света в тонких пленках.

Крыло стрекозы представляет собой очень тонкую и прозрачную многослойную структуру. Когда белый свет (например, солнечный) падает на такое крыло, происходят следующие процессы:

1. Часть световых волн отражается от внешней, верхней поверхности крыла.
2. Другая часть проходит внутрь, отражается от внутренней, нижней поверхности, и выходит обратно наружу.

В результате свет, отраженный от верхней и нижней поверхностей, проходит разные пути. Разница в длине этих путей называется оптической разностью хода. Два отраженных луча, будучи когерентными (то есть имеющими одинаковую частоту и постоянную разность фаз), накладываются друг на друга и интерферируют.

Исходный белый свет состоит из волн разной длины, соответствующих разным цветам спектра (радуги). В зависимости от толщины крыла и угла наблюдения, для одних длин волн будет выполняться условие конструктивной интерференции (усиления), а для других — деструктивной (ослабления).

• Конструктивная интерференция (максимум): Происходит, когда разность хода такова, что гребни одной волны совпадают с гребнями другой. Волны усиливают друг друга, и мы видим этот цвет как яркий.
• Деструктивная интерференция (минимум): Происходит, когда гребни одной волны совпадают с впадинами другой. Волны гасят друг друга, и этот цвет в отраженном свете становится невидимым.

Условие усиления света с длиной волны $\lambda$ при отражении от тонкой пленки толщиной $d$ с показателем преломления $n$ можно описать формулой: $2dn \cdot \cos\beta = (m + \frac{1}{2})\lambda$, где $\beta$ — угол преломления света в пленке, а $m$ — целое число (0, 1, 2...).

Поскольку оптическая разность хода ($2dn \cdot \cos\beta$) зависит от угла, под которым мы смотрим на крыло, цвет, который усиливается, меняется вместе с углом зрения. Это и создает наблюдаемый эффект радужных переливов, известный как иризация.

Ответ: Радужная окраска крыльев стрекозы объясняется явлением интерференции света.