Номер 4, страница 60 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

4. Каковы условия возникновения интерференции и дифракции электромагнитных волн?

Условия возникновения интерференции электромагнитных волн

Интерференция — это явление перераспределения интенсивности света (или других электромагнитных волн) в пространстве в результате наложения (суперпозиции) двух или нескольких когерентных волн. Для возникновения устойчивой интерференционной картины необходимо выполнение следующих условий:

1. Когерентность волн. Накладывающиеся волны должны быть когерентными. Это означает, что они должны иметь одинаковую частоту, и разность их фаз в любой точке пространства должна оставаться постоянной во времени. Источники, излучающие когерентные волны, называются когерентными. На практике когерентные пучки света получают, разделяя свет от одного источника на два или несколько пучков, которые затем сводятся вместе.

2. Одинаковое направление колебаний (поляризация). Для наблюдения интерференции необходимо, чтобы колебания векторов напряженности электрического поля в накладывающихся волнах происходили в одной плоскости или в близких плоскостях. Если волны поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, интерференционная картина не возникает.

В зависимости от разности хода волн $\Delta d$ от источников до точки наблюдения, происходит либо усиление (конструктивная интерференция), либо ослабление (деструктивная интерференция) результирующей волны.

Условие максимума интенсивности (усиление): разность хода равна целому числу длин волн.

$\Delta d = k \lambda$, где $k = 0, \pm1, \pm2, ...$

Условие минимума интенсивности (ослабление): разность хода равна нечетному числу полуволн.

$\Delta d = (2k+1) \frac{\lambda}{2}$, где $k = 0, \pm1, \pm2, ...$

Ответ: Для возникновения интерференции электромагнитных волн необходимо, чтобы волны были когерентными (имели одинаковую частоту и постоянную разность фаз) и имели одинаковое или близкое направление поляризации.

Условия возникновения дифракции электромагнитных волн

Дифракция — это явление, заключающееся в отклонении волн от прямолинейного распространения при прохождении через отверстия или огибании краев препятствий. Дифракция является универсальным волновым свойством и наблюдается для всех типов волн, включая электромагнитные.

Основное условие для отчетливого наблюдения дифракции заключается в том, что размеры препятствий или отверстий ($d$) должны быть соизмеримы с длиной волны ($\lambda$) или быть меньше нее.

$d \lesssim \lambda$

Если размеры препятствия значительно превышают длину волны ($d \gg \lambda$), то отклонение от прямолинейного распространения незначительно, и можно считать, что волны распространяются по прямым линиям (в рамках законов геометрической оптики). В этом случае дифракционные эффекты наблюдаются только на самых краях препятствия. Если же размеры препятствия сравнимы с длиной волны, волны огибают его, проникая в область геометрической тени. Явление дифракции объясняется на основе принципа Гюйгенса-Френеля, согласно которому каждая точка фронта волны является источником вторичных сферических волн.

Ответ: Основным условием для наблюдения дифракции электромагнитных волн является соизмеримость размеров препятствия (или отверстия) с длиной волны, то есть размеры препятствия должны быть порядка длины волны или меньше нее ($d \lesssim \lambda$).