Ответьте на вопросы, страница 110 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему дисперсия не наблюдается в вакууме?

2. Почему луч фиолетового цвета отклоняется призмой сильнее?

3. Почему животные и человек видят окружающие предметы в различной цветовой гамме?

1. Почему дисперсия не наблюдается в вакууме?

Дисперсия света — это явление зависимости показателя преломления среды от частоты (или длины волны) света. В веществе (например, в стекле или воде) свет разной длины волны распространяется с разной скоростью. Это приводит к тому, что при прохождении через преломляющую среду, например призму, пучок белого света раскладывается в спектр.

В вакууме же скорость распространения электромагнитных волн, включая видимый свет, является фундаментальной физической константой, обозначаемой как $\text{c}$. Эта скорость одинакова для всех длин волн (для всех цветов). Абсолютный показатель преломления среды $\text{n}$ определяется как отношение скорости света в вакууме $\text{c}$ к фазовой скорости света $\text{v}$ в этой среде: $n = c/v$.

Для вакуума фазовая скорость света равна $\text{c}$, следовательно, показатель преломления вакуума для любой длины волны равен $n_{вакуум} = c/c = 1$. Поскольку показатель преломления в вакууме не зависит от длины волны, все составляющие белого света (все цвета) движутся с одной и той же скоростью и в одном направлении. Следовательно, явление дисперсии, то есть разложение света в спектр, в вакууме невозможно.

Ответ: Дисперсия не наблюдается в вакууме, потому что скорость света в вакууме не зависит от его частоты (длины волны), и, как следствие, показатель преломления вакуума для всех цветов постоянен и равен единице.

2. Почему луч фиолетового цвета отклоняется призмой сильнее?

Отклонение луча света призмой происходит из-за преломления света на её гранях. Угол отклонения зависит от показателя преломления материала призмы. Для большинства прозрачных веществ, таких как стекло, наблюдается явление нормальной дисперсии: показатель преломления $\text{n}$ увеличивается с уменьшением длины волны $λ$ света (и с увеличением его частоты $ν$).

В видимом спектре фиолетовый свет имеет самую короткую длину волны (около 400 нм) и самую высокую частоту, а красный свет — самую длинную длину волны (около 700 нм) и самую низкую частоту. Таким образом, для материала призмы показатель преломления для фиолетового света ($n_{фиолетовый}$) будет больше, чем показатель преломления для красного света ($n_{красный}$): $n_{фиолетовый} > n_{красный}$.

Согласно закону преломления Снеллиуса, чем больше показатель преломления, тем сильнее свет преломляется (отклоняется от первоначального направления) при переходе из одной среды в другую. Пройдя через призму, луч света преломляется дважды: на входе и на выходе. Суммарный угол отклонения луча тем больше, чем больше показатель преломления. Так как у фиолетового света показатель преломления в стекле наибольший, то и отклоняется он на самый большой угол.

Ответ: Луч фиолетового цвета отклоняется призмой сильнее, потому что он имеет меньшую длину волны, из-за чего показатель преломления для него в материале призмы оказывается больше, чем для других цветов видимого спектра. Больший показатель преломления приводит к большему углу отклонения.

3. Почему животные и человек видят окружающие предметы в различной цветовой гамме?

Восприятие цвета определяется наличием в сетчатке глаза особых фоторецепторных клеток — колбочек. Различные типы колбочек чувствительны к разным диапазонам длин волн света. Цветовая гамма, которую видит живое существо, зависит от количества типов колбочек и их спектральной чувствительности.

Человек, как правило, является трихроматом. В сетчатке глаза человека есть три типа колбочек, чувствительных к коротким (синий цвет), средним (зелёный цвет) и длинным (красный цвет) волнам. Мозг анализирует сигналы от этих трёх типов колбочек и создаёт всё многообразие воспринимаемых нами цветов.

У животных зрительная система может быть устроена иначе:

• Дихроматы: Многие млекопитающие, например собаки и кошки, имеют только два типа колбочек. Их зрение похоже на зрение человека-дальтоника, не различающего красный и зелёный цвета. Их мир окрашен в основном в оттенки синего и жёлтого.
• Тетрахроматы: Многие птицы, рептилии и насекомые (например, пчёлы) имеют четыре типа колбочек. Четвёртый тип часто чувствителен к ультрафиолетовому излучению, невидимому для человека. Это позволяет им видеть узоры на цветах и оперении, которые для нас не существуют.
• Монохроматы: Некоторые животные, особенно ведущие ночной образ жизни (например, совы), почти не имеют колбочек и видят мир в оттенках серого, но зато их зрение гораздо чувствительнее в условиях низкой освещенности благодаря преобладанию других рецепторов — палочек.

Таким образом, различия в строении зрительного аппарата, которые возникли в ходе эволюции и адаптации к разным условиям жизни, и являются причиной того, что животные и человек видят мир в разной цветовой гамме.

Ответ: Различия в восприятии цвета у человека и животных обусловлены разным количеством и типами светочувствительных клеток (колбочек) в сетчатке их глаз, которые эволюционно приспособлены к их образу жизни и среде обитания.