Номер 8, страница 142, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

8. Почему интерференционная окраска одного и того же места поверхности мыльного пузыря постоянно меняется?

8. Изменение интерференционной окраски мыльного пузыря связано с явлением интерференции света в тонких пленках. Мыльный пузырь является тонкой пленкой мыльного раствора, и его радужные цвета возникают из-за сложения световых волн, отраженных от его внешней и внутренней поверхностей.

Когда свет падает на пузырь, часть световых волн отражается от его внешней поверхности. Другая часть света проходит сквозь пленку, отражается от ее внутренней поверхности и затем выходит наружу. Эти два отраженных луча, идущие от одной точки, проходят разное расстояние. Разница в пройденном пути называется оптической разностью хода. Она зависит от толщины пленки $d$, показателя преломления $n$ мыльного раствора и угла наблюдения.

Когда эти два луча попадают в глаз наблюдателя, они интерферируют (складываются). Если волны приходят в фазе (гребень с гребнем), они усиливают друг друга, и мы видим яркий цвет. Это называется конструктивной интерференцией. Условие усиления для определенного цвета (с длиной волны $\lambda$) примерно описывается формулой $2dn \approx (m + 1/2)\lambda$, где $m$ — целое число. Если же волны приходят в противофазе (гребень с впадиной), они гасят друг друга, и этот цвет становится невидимым. Это — деструктивная интерференция.

Поскольку белый свет состоит из всех цветов спектра, для каждой конкретной толщины пленки $d$ условие усиления будет выполняться только для определенных длин волн. Именно эти цвета мы и видим.

Главная причина, по которой окраска в одной и той же точке пузыря постоянно меняется, заключается в том, что толщина $d$ мыльной пленки нестабильна. Она непрерывно изменяется из-за нескольких физических процессов. Во-первых, под действием силы тяжести мыльный раствор стекает вниз, делая верхнюю часть пузыря тоньше. Во-вторых, вода с поверхности пленки постепенно испаряется, что также приводит к ее утончению. В-третьих, малейшие потоки воздуха или конвекция внутри самой пленки вызывают локальные колебания толщины.

Поскольку толщина $d$ в данной точке постоянно меняется, изменяется и условие конструктивной интерференции. В результате в разные моменты времени в этой точке усиливаются разные длины волн $\lambda$, что мы и воспринимаем как плавное изменение цвета. Мы видим переливающиеся, движущиеся радужные узоры.

Ответ: Интерференционная окраска одного и того же места на поверхности мыльного пузыря постоянно меняется, потому что толщина мыльной пленки в этом месте непрерывно изменяется. Это происходит из-за стекания жидкости под действием силы тяжести, испарения и движения воздуха. Изменение толщины пленки приводит к изменению условий интерференции света, в результате чего в разные моменты времени усиливаются и становятся видимыми волны света разной длины, то есть разного цвета.