Номер 4, страница 179 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

13.12. Волновые свойства света. 13. Оптика - номер 4, страница 179.

Решение.

Решение 2.

Появление цветных радужных пятен на поверхности воды, покрытой тонкой бензиновой плёнкой, объясняется оптическим явлением интерференции света в тонких плёнках.

Этот процесс можно описать следующим образом:

1. Солнечный или дневной свет, который является белым (то есть содержит волны всех цветов видимого спектра), падает на поверхность бензиновой плёнки.
2. Часть световых волн отражается от верхней границы плёнки (граница воздух-бензин).
3. Другая часть света преломляется, проходит сквозь тонкий слой бензина и отражается от его нижней границы (граница бензин-вода).
4. Световая волна, отражённая от нижней границы, выходит обратно в воздух и распространяется в том же направлении, что и волна, отражённая от верхней границы.
5. Эти две отражённые световые волны, идущие от одного источника, являются когерентными. Они накладываются друг на друга и интерферируют.

Результат интерференции (усиление или ослабление света) зависит от разности хода между двумя волнами. Разность хода определяется толщиной плёнки $d$, её показателем преломления $n$ и длиной волны света $\lambda$. Также важно учесть, что при отражении света от оптически более плотной среды (на границе воздух-бензин) фаза волны меняется на $\pi$, что эквивалентно потере полуволны ($\lambda/2$). При отражении от оптически менее плотной среды (на границе бензин-вода, так как показатель преломления бензина $n_{б} \approx 1.5$ больше показателя преломления воды $n_{в} \approx 1.33$) изменения фазы не происходит.

В результате для наблюдателя, смотрящего на плёнку под определённым углом, для каждой конкретной толщины плёнки $d$ будет выполняться:

• Условие максимума (усиление света) для определённых длин волн (цветов): $2dn = (m + \frac{1}{2})\lambda$, где $m = 0, 1, 2, ...$

  Эти цвета будут видны наиболее ярко.

• Условие минимума (ослабление света) для других длин волн: $2dn = m\lambda$, где $m = 1, 2, ...$

  Эти цвета будут практически невидимы.

Поскольку толщина бензиновой плёнки на воде обычно неоднородна и постоянно меняется, в разных её точках усиливаются разные цвета спектра. Это и создаёт наблюдаемую картину из переливающихся радужных пятен и полос.

Ответ: Интерференция света в тонких плёнках.