Номер 7, страница 142, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

7. Почему для получения интерференционной картины в пленках они должны быть тонкими?

7. Почему для получения интерференционной картины в пленках они должны быть тонкими?

Интерференционная картина в пленках возникает в результате наложения двух световых волн. Первая волна отражается от верхней поверхности пленки, а вторая — от нижней. Чтобы эти две волны проинтерферировали, то есть создали устойчивую картину из светлых и темных полос, они должны быть когерентными — иметь постоянную во времени разность фаз.

Свет, отраженный от нижней поверхности, проходит дополнительный путь внутри пленки. Оптическая разность хода $ \Delta $ между этими двумя волнами приблизительно равна удвоенной толщине пленки $ d $, умноженной на ее показатель преломления $ n $: $ \Delta \approx 2dn $.

Ключевым фактором является свойство света, называемое когерентностью. Любой нелазерный источник света (Солнце, лампа накаливания) испускает цуги волн ограниченной длины. Способность волн к интерференции сохраняется только в пределах так называемой длины когерентности. Если разность хода $ \Delta $ между двумя лучами превышает длину когерентности, то их фазы оказываются случайными по отношению друг к другу, и устойчивая интерференционная картина не образуется.

Длина когерентности для белого света очень мала (порядка нескольких микрометров). Следовательно, чтобы наблюдалась интерференция, оптическая разность хода $ \Delta = 2dn $ должна быть меньше длины когерентности. Это возможно только в том случае, если толщина пленки $ d $ очень мала — сопоставима с длинами волн видимого света (сотни нанометров).

Если пленка толстая, то для белого света условия интерференционных максимумов и минимумов для разных цветов (длин волн) будут выполняться для множества толщин. В результате все цвета смешаются, и глаз увидит просто белый свет без цветных полос. Таким образом, четкая, видимая глазом интерференционная картина (особенно в белом свете) наблюдается только в очень тонких пленках.

Ответ: Пленки должны быть тонкими, чтобы разность хода между лучами, отраженными от ее верхней и нижней поверхностей, не превышала длину когерентности источника света. Для обычного (белого) света эта длина очень мала, поэтому видимая интерференционная картина возникает только в пленках, толщина которых сравнима с длиной волны света.