Номер 1, страница 169, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Капните на поверхность воды бензином. Чем объяснить образование цветных пятен на тех местах, где на ней бензин?

1. Образование цветных пятен на тонкой пленке бензина, плавающей на поверхности воды, является результатом физического явления, называемого интерференцией света. Белый свет (например, солнечный) на самом деле представляет собой смесь электромагнитных волн разной длины, которые наш глаз воспринимает как разные цвета.

Процесс можно объяснить пошагово:

1. Образование тонкой пленки. Бензин не смешивается с водой и имеет меньшую плотность, поэтому он растекается по поверхности воды, образуя очень тонкую пленку. Толщина этой пленки, как правило, неоднородна и в разных местах сопоставима с длинами волн видимого света (от 400 до 800 нанометров).

2. Отражение света. Когда свет падает на эту пленку, он разделяется на два основных луча:

• Первый луч отражается от верхней поверхности пленки (на границе воздух-бензин).
• Второй луч проходит сквозь слой бензина, отражается от нижней поверхности пленки (на границе бензин-вода) и выходит обратно в воздух.

3. Интерференция волн. Эти два отраженных луча, исходящие из одной точки на пленке, попадают в глаз наблюдателя. Однако второй луч прошел дополнительное расстояние, примерно равное удвоенной толщине пленки $2d$. Это создает между ними разность хода.

Когда световые волны накладываются друг на друга, они интерферируют. Результат интерференции (будут ли волны усиливать или ослаблять друг друга) зависит от соотношения между разностью хода и длиной волны света $λ$.

• Конструктивная интерференция (усиление): Если разность хода такова, что гребни одной волны совпадают с гребнями другой, волны усиливают друг друга. Мы видим яркий свет определенного цвета. Условие усиления зависит от толщины пленки $\text{d}$ и длины волны $λ$.
• Деструктивная интерференция (ослабление): Если гребни одной волны совпадают с впадинами другой, они гасят друг друга. Этот цвет в отраженном свете будет отсутствовать.

4. Появление цветов. Поскольку толщина бензиновой пленки в разных местах разная, в каждой точке пленки создаются условия для усиления волн определенной длины. Там, где толщина пленки подходящая для усиления, например, красного света, пятно будет казаться красным. В соседней области с другой толщиной может усиливаться синий или зеленый свет. Таким образом, из-за неоднородной толщины пленки мы видим не один цвет, а целую палитру радужных полос.

Ответ: Цветные пятна образуются в результате интерференции световых волн, отраженных от верхней и нижней поверхностей тонкой пленки бензина. Поскольку толщина пленки в разных местах различна, это приводит к усилению световых волн разной длины (разного цвета), что и создает наблюдаемую радужную картину.