Номер 2, страница 175, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Если перед запыленным зеркалом зажечь свечу, можно увидеть вокруг пламени радужный ореол. Проведите эксперимент и объясните наблюдаемое явление.

2. Решение

Для проведения эксперимента понадобится зеркало, свеча и мелкая пыль (например, мука, тальк или обычная бытовая пыль).

1. Нанесите на поверхность зеркала тонкий равномерный слой пыли. Это можно сделать, например, слегка припудрив поверхность.

2. В темной комнате зажгите свечу и расположите её перед зеркалом.

3. Посмотрите на отражение пламени свечи в зеркале. Вы увидите, что вокруг пламени образовался радужный ореол.

Это явление объясняется дифракцией света на мельчайших частицах пыли.

Свет от пламени свечи является источником белого света, который представляет собой совокупность электромагнитных волн разной длины. Частицы пыли на зеркале выступают в роли многочисленных мелких препятствий. Когда световые волны от свечи достигают этих частиц, они огибают их. Это отклонение волн от прямолинейного распространения при прохождении вблизи препятствий и называется дифракцией.

Радужный цвет ореола объясняется явлением дисперсии света, возникающей вследствие дифракции. Угол, на который отклоняется свет (угол дифракции $ \theta $), зависит от длины волны $ \lambda $. В общем виде для дифракционного максимума это соотношение можно описать формулой $d \sin\theta \approx k\lambda$, где $\text{d}$ — средний размер препятствия (пылинки), а $\text{k}$ — целое число (порядок максимума).

Из этого соотношения следует, что волны большей длины отклоняются на больший угол. В видимом спектре красный свет имеет наибольшую длину волны, а фиолетовый — наименьшую. Поэтому при дифракции на частицах пыли красный свет отклоняется сильнее всего, а фиолетовый — слабее всего. В результате белый свет от свечи разлагается в спектр. Поскольку частицы пыли расположены на зеркале хаотично, мы видим множество наложенных друг на друга дифракционных картин, которые усредняются в виде концентрических радужных колец. Внутренняя часть ореола будет окрашена в сине-фиолетовые тона, а внешняя — в красно-оранжевые. Зеркало в данном случае просто отражает эту картину, позволяя нам её наблюдать.

Ответ: Радужный ореол возникает из-за дифракции белого света свечи на мелких частицах пыли, находящихся на поверхности зеркала. Так как угол дифракции зависит от длины волны света (дисперсия), белый свет разлагается в спектр, образуя цветной ореол, у которого внутренний край фиолетовый, а внешний — красный.