Ответьте на вопросы, страница 80 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему мыльные пузыри имеют причудливую окраску?

2. Почему CD-диски переливаются в солнечных лучах?

1. Почему мыльные пузыри имеют причудливую окраску?

Причудливая радужная окраска мыльных пузырей является результатом физического явления, называемого интерференцией света в тонких плёнках. Вот как это происходит:

Стенка мыльного пузыря представляет собой очень тонкую плёнку мыльной воды. Когда на неё падает свет (например, солнечный, который является белым и содержит все цвета спектра), часть световых лучей отражается от её внешней поверхности, а другая часть проходит внутрь плёнки и отражается уже от её внутренней поверхности.

В результате образуются два отражённых луча, которые прошли немного разное расстояние. Эти лучи, накладываясь друг на друга, интерферируют: в одних местах они усиливают друг друга (конструктивная интерференция), а в других — ослабляют (деструктивная интерференция).

Условие усиления или ослабления зависит от толщины плёнки и длины волны света (то есть его цвета). Для света определённого цвета (например, красного) условие усиления будет выполняться при одной толщине плёнки, а для другого цвета (например, синего) — при другой. Условие конструктивной интерференции для луча, падающего почти перпендикулярно, выглядит так: $2nh \approx (m + \frac{1}{2})\lambda$, где $\text{n}$ — показатель преломления плёнки, $\text{h}$ — её толщина, $\lambda$ — длина волны света, а $\text{m}$ — целое число (0, 1, 2, ...).

Толщина стенки мыльного пузыря неодинакова: под действием силы тяжести вода стекает вниз, поэтому вверху пузырь тоньше, чем внизу. Кроме того, толщина постоянно меняется из-за испарения воды и движения воздуха. Из-за этой неравномерности и постоянного изменения толщины в разных частях пузыря усиливаются разные цвета, что и создаёт переливающиеся, постоянно движущиеся радужные узоры.

Ответ: Окраска мыльных пузырей объясняется интерференцией света, отражённого от внешней и внутренней поверхностей тонкой мыльной плёнки. Из-за разной толщины плёнки в разных её частях усиливаются световые волны разной длины (разного цвета), что создаёт радужный узор.

2. Почему CD-диски переливаются в солнечных лучах?

Переливание цветов на поверхности CD-диска в солнечных лучах вызвано явлением дифракции света.

Рабочая поверхность компакт-диска не является гладкой. На ней расположена длинная спиральная дорожка, состоящая из микроскопических углублений (питов). Эти дорожки расположены очень близко друг к другу на равном расстоянии. Такая упорядоченная структура из параллельных штрихов действует как отражательная дифракционная решётка.

Когда на CD-диск падает белый солнечный свет, каждая дорожка рассеивает его. Рассеянные от разных дорожек световые волны интерферируют между собой. В результате свет отклоняется от первоначального направления на углы, которые зависят от длины волны света. Условие максимумов для дифракционной решётки имеет вид: $d\sin\theta = m\lambda$, где $\text{d}$ — расстояние между дорожками (период решётки), $\theta$ — угол дифракции, $\lambda$ — длина волны света, а $\text{m}$ — целое число, называемое порядком спектра.

Поскольку белый свет состоит из волн разной длины (от фиолетового до красного), каждая цветовая составляющая дифрагирует под своим собственным углом. Фиолетовый свет (с наименьшей длиной волны) отклоняется на меньший угол, а красный (с наибольшей) — на больший. Таким образом, дифракционная решётка диска раскладывает белый свет в спектр, подобно призме. Когда мы меняем угол обзора или наклоняем диск, в наш глаз попадают лучи, дифрагировавшие под разными углами, и мы видим разные цвета, что и создаёт эффект радужных переливов.

Ответ: CD-диски переливаются из-за дифракции света на их микроскопической структуре. Спиральные дорожки на диске действуют как дифракционная решётка, которая раскладывает белый свет в спектр (радугу), и при изменении угла зрения мы видим разные цвета.