Номер 2, страница 215 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 56. Дифракция света. Глава 7. Световые волны - номер 2, страница 215.

Условие.

2. Почему дифракцию механических волн наблюдать легче, чем дифракцию света?

Решение.

Решение 2.

Дифракцию механических волн наблюдать легче, чем дифракцию света, из-за фундаментального различия в их длинах волн и соотношения этих длин с размерами препятствий, которые нас окружают.

Явление дифракции, то есть отклонение от прямолинейного распространения и огибание волнами препятствий, проявляется наиболее отчетливо, когда длина волны $\lambda$ сопоставима с размером препятствия $d$ или больше него. Математически это условие можно выразить как: $$ \lambda \gtrsim d $$ Если же длина волны значительно меньше размера препятствия ($\lambda \ll d$), то дифракция практически незаметна, и волна распространяется прямолинейно.

Сравнение длин волн:

• Механические волны. К ним относятся, например, звуковые волны или волны на поверхности воды. Длина звуковых волн в воздухе, воспринимаемых человеческим ухом, лежит в диапазоне от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров. Например, для звука частотой $f=340$ Гц при скорости звука $v \approx 340$ м/с длина волны $\lambda = v/f$ будет равна 1 метру. Длины волн на воде также часто достигают метров. Эти размеры вполне сопоставимы с размерами повседневных объектов: дверных проемов, углов зданий, деревьев, мебели. Именно поэтому мы можем слышать звук из-за угла, даже не видя источника — звуковая волна просто огибает препятствие.
• Световые волны. Видимый свет — это электромагнитная волна с чрезвычайно короткой длиной волны. Она лежит в диапазоне от 400 нанометров (фиолетовый свет) до 700 нанометров (красный свет), то есть $\lambda \approx 4 \cdot 10^{-7} \text{ м} - 7 \cdot 10^{-7} \text{ м}$. Эта величина в миллионы раз меньше размеров обычных предметов. Для того чтобы условие $\lambda \gtrsim d$ выполнилось для света, размер препятствия $d$ должен быть микроскопическим. Поэтому в обычных условиях свет распространяется прямолинейно, образуя резкие тени, а для наблюдения его дифракции необходимы специальные приспособления, такие как дифракционная решетка, очень узкая щель или острие лезвия.

Таким образом, основная причина заключается в масштабе. Длины механических волн соответствуют масштабу макромира, в котором мы живем, а длины световых волн — масштабу микромира.

Ответ: Дифракцию механических волн наблюдать легче, так как их длина волны (сантиметры, метры) соизмерима с размерами обычных препятствий (двери, здания), что является условием для хорошо выраженной дифракции. Длина волны света, напротив, чрезвычайно мала (сотни нанометров), поэтому для наблюдения ее дифракции требуются специальные условия с микроскопическими препятствиями, которые редко встречаются в повседневной жизни.