Практическое задание, страница 43, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

Сделайте своими руками модель абсолютно черного тела. Для этого можно использовать небольшую картонную коробку. На одной из сторон коробки надо вырезать небольшое отверстие диаметром не более $0,1\%$ ее размеров. Затем плотно закрыть крышку коробки, заклеить ее. Ваша модель готова. Если посмотреть через отверстие, то увидите, что внутренняя полость коробки окажется совсем темной, хотя на самом деле ее стенки светлые.

Описанное явление объясняется тем, что небольшое отверстие в замкнутой полости ведет себя как абсолютно черное тело. Абсолютно черное тело — это физический объект, который поглощает все падающее на него электромагнитное излучение. В данном эксперименте моделью такого тела является не сама коробка, а именно отверстие в ней.

Когда луч света попадает внутрь коробки через маленькое отверстие, он ударяется о внутреннюю стенку. Даже если стенки светлые, они не являются идеальными зеркалами и поглощают часть световой энергии, а оставшуюся часть рассеянно отражают в случайном направлении.

Отраженный свет, в свою очередь, попадает на другой участок внутренней стенки, где процесс повторяется: часть энергии снова поглощается, а остаток отражается. Этот процесс многократных отражений и поглощений продолжается. Поскольку отверстие очень мало по сравнению с общей площадью внутренних стенок коробки, вероятность того, что хаотично отражающийся внутри луч света снова попадет в это отверстие и выйдет наружу, ничтожно мала.

При каждом отражении интенсивность света уменьшается. Если коэффициент отражения стенок равен $\text{p}$ (где $p < 1$), то после $\text{n}$ отражений интенсивность света $\text{I}$ станет равной $I_n = p^n \cdot I_0$, где $I_0$ — начальная интенсивность. Так как $p < 1$, с увеличением числа отражений $\text{n}$ интенсивность света $I_n$ стремительно приближается к нулю. В результате практически вся световая энергия, попавшая в коробку, поглощается ее внутренними стенками и превращается в тепло.

Для внешнего наблюдателя, смотрящего на отверстие, из него практически не выходит никакого света. Человеческий глаз и мозг воспринимают отсутствие светового потока как черный цвет. Поэтому отверстие кажется абсолютно черным, гораздо чернее, чем любая краска, хотя внутри коробки стенки могут быть светлыми.

Ответ: Внутренняя полость коробки, если смотреть на нее через маленькое отверстие, кажется темной, потому что свет, попадающий внутрь, претерпевает многократные отражения от стенок. При каждом отражении часть света поглощается, и в результате почти вся световая энергия оказывается "запертой" и поглощенной внутри коробки. Вероятность выхода света обратно через малое отверстие крайне низка, поэтому для внешнего наблюдателя отверстие выглядит как источник черноты, моделируя свойства абсолютно черного тела.