Номер 1, страница 85 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. На проволочном кольце получите мыльную пленку и расположите ее вертикально. Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемое явление. Сравните ширину полос в верхней части пленки и в нижней. Объясните различие.

1. При расположении проволочного кольца с мыльной пленкой вертикально наблюдается появление горизонтальных радужных полос (интерференционной картины). Со временем эти полосы смещаются вниз, а в самой верхней части пленки появляется темная, почти черная область, после чего пленка обычно разрывается.

Это явление объясняется двумя факторами: стеканием жидкости под действием силы тяжести и интерференцией света. Сила тяжести заставляет мыльный раствор стекать вниз, из-за чего пленка вверху становится тоньше, а внизу — толще. Таким образом, пленка приобретает форму клина. Падающий на пленку белый свет отражается от ее передней и задней поверхностей. Эти два отраженных луча интерферируют друг с другом. Результат интерференции (усиление или ослабление света) зависит от разности хода лучей, которая, в свою очередь, зависит от толщины пленки $d$ в данной точке.

Условие усиления (конструктивной интерференции) для света с длиной волны $\lambda$ в пленке с показателем преломления $n$ при наблюдении в отраженном свете (для почти нормального падения) имеет вид: $2nd = (k + \frac{1}{2})\lambda$, где $k$ — целое число ($0, 1, 2, ...$).

Условие ослабления (деструктивной интерференции) имеет вид: $2nd = k\lambda$.

Поскольку толщина пленки $d$ плавно меняется по высоте, для разных длин волн (разных цветов) условие усиления выполняется на разной высоте. Это и приводит к появлению цветных горизонтальных полос. По мере стекания жидкости области с определенной толщиной смещаются вниз, увлекая за собой соответствующие цветные полосы. В самой верхней части пленка становится очень тонкой ($d \to 0$), что приводит к деструктивной интерференции для всех длин волн видимого света, и эта область кажется черной.

Сравнение ширины полос показывает, что в верхней части пленки полосы значительно шире, чем в нижней. Это связано с тем, что профиль пленки не является линейным клином. Из-за особенностей гидродинамики и сил поверхностного натяжения толщина пленки в верхней части изменяется с высотой очень медленно (пленка там почти плоская), а в нижней части изменение толщины происходит гораздо резче. Так как для перехода от одной полосы к другой требуется одно и то же изменение толщины $\Delta d$, то там, где толщина меняется медленно (вверху), полосы будут занимать большее расстояние по вертикали (будут шире). Внизу, где толщина меняется быстро, полосы будут расположены близко друг к другу (будут узкими).

Ответ: Наблюдаются движущиеся вниз горизонтальные радужные полосы, вызванные интерференцией света в клиновидной мыльной пленке. Пленка приобретает форму клина из-за стекания жидкости под действием силы тяжести. Интерференционные полосы в верхней части пленки шире, чем в нижней, потому что вверху толщина пленки изменяется с высотой медленнее, чем внизу.