Номер 6, страница 101 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

6. Можно ли потушить свет светом? Если да, то как это сделать?

Решение

Да, свет можно потушить светом. Этот на первый взгляд парадоксальный эффект является прямым следствием волновой природы света и носит название деструктивной интерференции.

Свет представляет собой электромагнитную волну, которая, как и любая волна, характеризуется амплитудой (которая определяет яркость) и фазой (положением гребней и впадин). Когда две световые волны от разных источников встречаются в одной точке пространства, они взаимодействуют согласно принципу суперпозиции: их амплитуды складываются.

Возможны два крайних случая:

1. Конструктивная интерференция: Если гребень одной волны совпадает с гребнем другой (волны находятся в одной фазе), их амплитуды складываются, и в результате интенсивность света в этой точке увеличивается. Мы видим более яркий свет.

2. Деструктивная интерференция: Если гребень одной волны встречается с впадиной другой (волны находятся в противофазе), их амплитуды вычитаются. Если амплитуды волн были одинаковы, они полностью погасят друг друга. В результате интенсивность света станет равной нулю — наступит темнота. Это и есть "тушение" света светом.

Чтобы этот эффект можно было наблюдать, необходимо выполнить важное условие: источники света должны быть когерентными. Это означает, что они должны излучать свет с одинаковой длиной волны (частотой) и с постоянной во времени разностью фаз. Обычные источники света, такие как лампы накаливания, некогерентны, поэтому в повседневной жизни мы не наблюдаем устойчивых интерференционных картин. Лазеры являются примером источников когерентного света.

Условие возникновения минимума освещенности (темной полосы) при деструктивной интерференции можно записать математически. Разность хода двух волн $ \Delta d $ от источников до точки наблюдения должна быть равна нечетному числу полуволн:

$ \Delta d = (m + \frac{1}{2})\lambda $, где $\text{m}$ — целое число (0, 1, 2, …), а $ \lambda $ — длина волны света.

Важно отметить, что при интерференции энергия не исчезает, а перераспределяется в пространстве. Энергия из областей деструктивной интерференции (темные полосы) "перетекает" в области конструктивной интерференции (яркие полосы), подчиняясь закону сохранения энергии.

Классическим экспериментом, демонстрирующим это явление, является опыт Юнга. В этом опыте свет от одного источника проходит через две близко расположенные щели. Эти щели становятся двумя когерентными источниками, и на экране за ними наблюдается интерференционная картина — чередование ярких и темных полос. Темные полосы как раз и являются теми местами, где свет был "потушен" светом.

Ответ: Да, свет можно потушить светом. Это достигается за счет явления деструктивной интерференции, когда две когерентные световые волны накладываются друг на друга в противофазе и взаимно гасят друг друга, что приводит к появлению темноты в этой области.