Номер 1, страница 108, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. Каковы основные свойства электромагнитных волн?

Электромагнитные волны представляют собой распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля. Их основные свойства можно сгруппировать по нескольким ключевым пунктам.

1. Поперечность волны

Электромагнитная волна является поперечной. Это означает, что векторы напряженности электрического поля $\vec{E}$ и индукции магнитного поля $\vec{B}$ колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях, которые, в свою очередь, перпендикулярны направлению распространения волны. Таким образом, $\vec{E} \perp \vec{B}$, и оба вектора перпендикулярны вектору скорости распространения волны $\vec{v}$. Направление переноса энергии, а следовательно, и распространения волны, определяется вектором Пойнтинга $\vec{S}$, который для вакуума равен $\vec{S} = \frac{1}{\mu_0}(\vec{E} \times \vec{B})$.

2. Источники и условия распространения

Источником электромагнитных волн служат ускоренно движущиеся электрические заряды (например, колеблющиеся в антенне электроны). В отличие от механических волн (например, звука), электромагнитным волнам не требуется среда для распространения, они могут перемещаться в вакууме. В вакууме их скорость является максимальной и равной скорости света, фундаментальной физической константе $c \approx 299792458$ м/с (часто округляется до $3 \cdot 10^8$ м/с). Скорость света в вакууме связана с электрической постоянной $\epsilon_0$ и магнитной постоянной $\mu_0$ соотношением $c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}}$. В любой материальной среде скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме, и определяется как $v = \frac{c}{n}$, где $n$ — показатель преломления среды.

3. Волновые характеристики

Как и любая волна, электромагнитная волна характеризуется частотой $\nu$ (или $f$), длиной волны $\lambda$ и периодом $T$. Эти величины связаны через скорость распространения: $v = \lambda \nu = \frac{\lambda}{T}$. Важно отметить, что частота волны определяется исключительно свойствами ее источника и остается постоянной при переходе волны из одной среды в другую. При этом скорость и длина волны изменяются.

4. Перенос энергии и импульса

Электромагнитные волны переносят энергию и импульс. Плотность энергии волны складывается из плотностей энергий электрического и магнитного полей. Когда волна падает на какую-либо поверхность, она оказывает на нее давление. Это явление называется световым (или радиационным) давлением. Оно возникает из-за того, что волна передает поверхности свой импульс при поглощении или отражении.

5. Проявление волновых свойств

Электромагнитные волны демонстрируют все классические волновые явления: отражение от границ раздела сред, преломление при переходе из одной среды в другую, дифракцию (огибание препятствий), интерференцию (сложение волн с образованием устойчивой картины максимумов и минимумов) и поляризацию. Поляризация — это упорядоченность ориентации вектора $\vec{E}$ в пространстве, и она является прямым следствием поперечности электромагнитных волн.

6. Электромагнитный спектр

Совокупность всех существующих электромагнитных волн, упорядоченных по их частоте (или длине волны), называется шкалой (или спектром) электромагнитных волн. По мере увеличения частоты и энергии кванта ($E=h\nu$) различают: радиоволны, микроволны (СВЧ), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Несмотря на огромное разнообразие способов генерации, регистрации и взаимодействия с веществом, все они являются волнами одной и той же физической природы.

Ответ: Основными свойствами электромагнитных волн являются: 1. Поперечность: колебания векторов электрического и магнитного полей происходят перпендикулярно направлению распространения. 2. Распространение в вакууме со скоростью света $c$, не требуя материальной среды. 3. Перенос энергии и импульса, что проявляется, например, в виде светового давления. 4. Способность к отражению, преломлению, интерференции, дифракции и поляризации. 5. Существование в виде широкого спектра излучений (от радиоволн до гамма-лучей), различающихся частотой и длиной волны, но имеющих единую физическую природу.