Номер 6, страница 79 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

6. Почему все волны способны огибать препятствие?

Все волны способны огибать препятствия благодаря фундаментальному волновому явлению, которое называется дифракцией. Это свойство присуще волнам любой природы: механическим (звук, волны на воде) и электромагнитным (свет, радиоволны).

Причину дифракции объясняет принцип Гюйгенса-Френеля. Согласно этому принципу, каждая точка, до которой доходит волна (каждая точка волнового фронта), сама становится источником вторичных сферических волн. Распространение волны в дальнейшем можно представить как результат сложения (интерференции) всех этих вторичных волн.

Когда на пути волны встречается препятствие, часть волнового фронта блокируется. Однако точки на краю препятствия, которых достигла волна, согласно принципу Гюйгенса-Френеля, становятся источниками новых, вторичных волн. Эти вторичные волны распространяются во все стороны, в том числе и в область за препятствием, так называемую область «геометрической тени». В результате этого волна как бы «затекает» за препятствие, то есть огибает его.

Эффективность дифракции, то есть степень огибания препятствия, сильно зависит от соотношения между длиной волны $λ$ и характерным размером препятствия (или отверстия) $\text{d}$.

• Если длина волны соизмерима с размером препятствия ($λ \approx d$), дифракция наблюдается наиболее отчётливо. Именно поэтому мы легко слышим звук из-за угла: длина звуковых волн (от десятков сантиметров до нескольких метров) сопоставима с размерами дверей, зданий и других повседневных объектов.

• Если длина волны намного меньше размера препятствия ($λ \ll d$), то дифракция выражена слабо, и за препятствием образуется чёткая тень. По этой причине мы обычно не наблюдаем, как свет огибает крупные предметы — его длина волны крайне мала (400–700 нанометров). Для наблюдения дифракции света нужны очень малые препятствия, например, узкая щель или острие лезвия.

• Если длина волны значительно больше размера препятствия ($λ \gg d$), то волна огибает его так легко, что практически не замечает, и распространяется дальше почти без искажений.

Ответ: Все волны способны огибать препятствия благодаря явлению дифракции, которое является их фундаментальным свойством. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, точки волны на границе препятствия становятся источниками вторичных волн, распространяющихся в том числе и в область тени за препятствием. Степень огибания зависит от соотношения длины волны и размера препятствия: эффект наиболее заметен, когда они соизмеримы.