Практическое задание, страница 101 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

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

Цвета на поверхности мыльного пузыря появляются из-за явления интерференции света. Оболочка пузыря — это очень тонкая пленка мыльного раствора. Когда белый свет (состоящий из волн разной длины, то есть разных цветов) падает на эту пленку, происходят два отражения:

1. Часть света отражается от внешней поверхности пленки.

2. Другая часть света проходит сквозь пленку, отражается от её внутренней поверхности и выходит обратно наружу.

Эти два отраженных световых луча накладываются друг на друга (интерферируют). В зависимости от толщины пленки в данной точке и длины волны света, волны могут либо усиливать друг друга (конструктивная интерференция), либо ослаблять (деструктивная интерференция).

Условие конструктивной интерференции (усиления цвета) для света с длиной волны $\lambda$, падающего почти перпендикулярно, зависит от толщины пленки $\text{d}$:

$2nd \approx (m + 1/2)\lambda$

где $\text{n}$ — показатель преломления мыльного раствора (близкий к показателю преломления воды), а $\text{m}$ — целое число (0, 1, 2, ...).

Сразу после выдувания пузыря мыльный раствор в его оболочке начинает стекать вниз под действием силы тяжести. Это приводит к тому, что пленка в верхней части пузыря становится тоньше, а в нижней — толще.

Поскольку толщина пленки $\text{d}$ непрерывно меняется сверху вниз, в каждой горизонтальной полосе пузыря условие усиления выполняется для своей длины волны $\lambda$. В более тонких верхних слоях усиливаются более короткие волны (синие и фиолетовые), а по мере увеличения толщины пленки вниз по пузырю мы последовательно видим усиление зеленых, желтых и красных цветов. Это и создает наблюдаемые радужные полосы. В самой верхней части, где пленка становится чрезвычайно тонкой, все видимые цвета гасятся, и эта область выглядит темной или прозрачной незадолго до того, как пузырь лопнет.

Ответ: Разные слои оболочки пузыря имеют разный цвет из-за разной толщины мыльной пленки. Под действием силы тяжести раствор стекает вниз, делая пленку вверху тоньше, а внизу толще. Цвет в каждой точке определяется интерференцией световых волн, отраженных от внешней и внутренней поверхностей пленки. Так как толщина пленки меняется, условие усиления света (конструктивной интерференции) выполняется для разных длин волн (цветов) на разной высоте, что и создает радужную окраску.