Номер 2, страница 169, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Выдуйте мыльный пузырь. Обратите внимание на изменение цвета оболочки мыльного пузыря сверху вниз. Объясните, почему разные слои оболочки пузыря имеют разный цвет.

2. Решение

Разноцветная окраска мыльного пузыря объясняется физическим явлением — интерференцией света в тонких плёнках. Оболочка мыльного пузыря представляет собой как раз такую тонкую плёнку, состоящую из воды и мыла.

Когда белый свет (который является смесью всех цветов спектра) падает на пузырь, происходят два отражения:

1. Часть света отражается от внешней поверхности плёнки.

2. Другая часть света проходит сквозь плёнку и отражается от её внутренней поверхности.

Эти два отражённых световых луча накладываются друг на друга и интерферируют. Результат интерференции (усиление или ослабление определённых цветов) зависит от разности хода между этими двумя лучами. Разность хода, в свою очередь, определяется толщиной плёнки в данном месте.

Под действием силы тяжести мыльный раствор стекает вниз. В результате плёнка мыльного пузыря оказывается неровной по толщине: в верхней части она самая тонкая, а к нижней части её толщина постепенно увеличивается.

Условие конструктивной интерференции (максимального усиления света) для определённой длины волны $\lambda$ зависит от толщины плёнки $\text{d}$. Упрощенно для нормального падения света оно выглядит так:

$2dn = (m + 1/2)\lambda$

где $\text{n}$ — показатель преломления плёнки, а $\text{m}$ — целое число (0, 1, 2...).

Поскольку толщина $\text{d}$ меняется сверху вниз, в каждой горизонтальной полосе пузыря это условие выполняется для своей длины волны $\lambda$. Там, где плёнка очень тонкая (наверху), усиливаются короткие волны (фиолетовый, синий цвет). По мере увеличения толщины плёнки книзу начинают усиливаться зелёный, жёлтый и, наконец, красный цвета, имеющие большую длину волны. Именно это и создаёт наблюдаемые радужные полосы, которые перемещаются по поверхности пузыря.

Ответ:

Разные слои оболочки пузыря имеют разный цвет из-за явления интерференции света. Свет отражается от внешней и внутренней поверхностей мыльной плёнки. Под действием гравитации плёнка вверху становится тоньше, чем внизу. Из-за разной толщины в разных участках пузыря усиливаются разные длины волн (цвета) белого света, что приводит к появлению радужной окраски, меняющейся сверху вниз.