Номер 2, страница 85 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. Рассмотрите лазерный диск. Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемое явление.

Решение

При рассмотрении рабочей поверхности лазерного диска (например, CD или DVD) в отраженном свете можно наблюдать яркие радужные полосы и переливы цветов. При изменении угла, под которым мы смотрим на диск, или угла падения света, эти цвета меняются и перемещаются. Это оптическое явление называется иризацией.

Наблюдаемый эффект объясняется волновой природой света, а именно явлениями дифракции и интерференции. Поверхность лазерного диска не гладкая, на ней имеется спиральная дорожка, состоящая из микроскопических углублений (питов). Расстояние между соседними витками этой дорожки очень мало — оно сопоставимо с длиной волны видимого света (для CD диска это около 1,6 микрометра).

Благодаря такой упорядоченной микроструктуре поверхность диска действует как отражательная дифракционная решетка. Когда на диск падает белый свет (который представляет собой смесь световых волн всех цветов радуги), он дифрагирует на этих дорожках. Это означает, что световые волны отклоняются от прямолинейного распространения и рассеиваются в разных направлениях.

Рассеянные от разных участков дорожки световые волны накладываются друг на друга (интерферируют). В зависимости от направления наблюдения и длины волны, они могут усиливать друг друга (конструктивная интерференция) или гасить (деструктивная интерференция). Условие конструктивной интерференции для дифракционной решетки можно записать в виде формулы:

$d \sin\theta = m\lambda$

где $d$ — расстояние между дорожками (период решетки), $\theta$ — угол дифракции (угол, под которым наблюдается усиленный свет), $\lambda$ — длина волны света, а $m$ — целое число ($m = 0, \pm1, \pm2, ...$), называемое порядком дифракционного максимума.

Из этой формулы видно, что угол $\theta$, под которым наблюдается яркий свет, зависит от длины волны $\lambda$. Поскольку разные цвета в спектре видимого света имеют разную длину волны (например, у фиолетового света самая короткая, а у красного — самая длинная), их максимумы будут наблюдаться под разными углами. Таким образом, дифракционная решетка диска разлагает белый свет в спектр, подобно призме. В результате мы видим радужную картину, где каждый цвет соответствует определенному углу наблюдения.

Ответ: При рассмотрении лазерного диска наблюдается радужная окраска (иризация). Это явление обусловлено дифракцией и интерференцией света на микроскопической структуре поверхности диска. Спиральные дорожки на диске действуют как отражательная дифракционная решётка, которая разлагает падающий на неё белый свет в спектр, в результате чего разные цвета становятся видимыми под разными углами.