Номер 9, страница 171, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

9. Чем объяснить, что при освещении тонкой пленки параллельными пучками белого света наблюдается радужная окраска пленки?

9. Радужная окраска тонкой пленки (например, мыльного пузыря или масляного пятна на воде) при освещении белым светом объясняется явлением интерференции света.

Белый свет представляет собой совокупность электромагнитных волн разной длины, которые соответствуют разным цветам видимого спектра (от красного до фиолетового).

Когда пучок белого света падает на тонкую пленку, происходят следующие процессы:

1. Часть света отражается от ее верхней поверхности (граница воздух-пленка).

2. Другая часть света преломляется, входит в пленку, доходит до ее нижней поверхности (граница пленка-среда) и отражается от нее.

3. Этот второй луч затем выходит из пленки обратно в воздух, снова преломляясь на верхней границе.

В результате образуются два когерентных световых пучка (отраженные от верхней и нижней поверхностей), которые распространяются в одном направлении и накладываются друг на друга. При их наложении (суперпозиции) происходит интерференция.

Результат интерференции — усиление или ослабление света — зависит от разности оптических путей двух лучей. Эта разность определяется толщиной пленки $\text{d}$, ее показателем преломления $\text{n}$ и углом наблюдения. Важно также учесть, что при отражении света от оптически более плотной среды (в данном случае, от верхней поверхности пленки на границе с воздухом) фаза волны меняется на $\pi$, что эквивалентно потере полуволны ($\lambda/2$).

Условие усиления (конструктивной интерференции) для света с определенной длиной волны $\lambda$ выглядит следующим образом (для почти нормального падения):

$2dn \approx (k + 1/2)\lambda$, где $\text{d}$ — толщина пленки, $\text{n}$ — показатель преломления пленки, а $\text{k}$ — целое число ($0, 1, 2, ...$).

Поскольку белый свет состоит из волн разной длины $\lambda$, то для данной толщины пленки $\text{d}$ и данного угла наблюдения условие усиления будет выполняться только для определенных длин волн (цветов). Именно эти цвета будут ярко видны наблюдателю. Другие же длины волн, для которых выполняется условие ослабления (деструктивной интерференции), будут погашены.

Так как толщина пленки обычно неравномерна (например, у мыльного пузыря она уменьшается кверху под действием силы тяжести) или угол наблюдения может меняться, то в разных точках пленки или под разными углами зрения условие максимума будет выполняться для разных длин волн. Это и приводит к тому, что мы видим пленку окрашенной в разные цвета радуги, которые плавно переходят друг в друга.

Ответ: Радужная окраска тонкой пленки при освещении белым светом является результатом интерференции световых волн, отраженных от ее верхней и нижней поверхностей. Так как условие усиления света зависит от длины волны, для разных толщин пленки и углов наблюдения усиливаются разные цвета спектра, что и создает наблюдаемую радужную картину.