Номер 64.17, страница 222 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 64. Источники света. Действия света. Глава 9. Оптические явления - номер 64.17, страница 222.

64.17 [н] Какие физические явления лежат в основе применения дымовой завесы в военном деле?

Решение:

Применение дымовой завесы в военном деле основано на нескольких взаимосвязанных физических явлениях, связанных с взаимодействием света (и другого электромагнитного излучения) с частицами дыма. Дым представляет собой аэрозоль — взвесь мелких твёрдых или жидких частиц в газе (воздухе).

Основными физическими явлениями являются:

1. Рассеяние света. Это главный механизм, обеспечивающий непрозрачность дымовой завесы. Когда световые лучи, идущие от наблюдаемого объекта (например, танка) к наблюдателю, попадают в облако дыма, они сталкиваются с его частицами. Каждая частица дыма становится вторичным источником света, переизлучая (рассеивая) свет во всевозможных направлениях. В результате прямолинейный путь света от объекта к наблюдателю нарушается, и объект становится невидимым.

Эффективность рассеяния зависит от соотношения размера частиц $d$ и длины волны света $\lambda$. В дымовых завесах, предназначенных для маскировки в видимом диапазоне ($\lambda$ ~ 400-700 нм), размер частиц подбирается так, чтобы он был соизмерим с длиной волны света. В этом случае преобладает рассеяние Ми, которое слабо зависит от длины волны. Это приводит к тому, что дым одинаково хорошо рассеивает свет всех цветов и выглядит белым или серым.

2. Поглощение света. Частицы дыма могут не только рассеивать, но и поглощать энергию световых волн, превращая её в тепловую энергию. Это явление особенно выражено в дымах, содержащих частицы сажи (углерода), например, при сжигании нефтепродуктов. Такой дым имеет тёмный, почти чёрный цвет и эффективно "пожирает" свет, проходящий через него, что также способствует маскировке.

3. Отражение и дифракция света. Эти явления также вносят свой вклад. Свет может отражаться от поверхности частиц, особенно если они достаточно крупные. Дифракция — огибание световыми волнами препятствий (частиц дыма) — также приводит к отклонению света от первоначального направления.

Совокупность этих трёх явлений — рассеяния, поглощения и отражения/дифракции — приводит к ослаблению (аттенюации) света, проходящего через дымовую завесу. Объект за завесой становится неразличимым, так как до глаз наблюдателя доходит либо очень малая часть отражённого от объекта света, либо только рассеянный самим дымом свет, который не несёт информации об объекте.

В современной войне также важна маскировка от приборов, работающих в других диапазонах электромагнитного спектра, в первую очередь в инфракрасном (ИК) диапазоне (тепловизоры). Физические принципы здесь те же, но для эффективного рассеяния и поглощения ИК-излучения требуются частицы других размеров и состава (например, частицы металлов или фосфора), так как длина волны ИК-излучения больше, чем у видимого света.

Ответ: В основе применения дымовой завесы лежат явления взаимодействия электромагнитного излучения (света) с мелкими частицами дыма: рассеяние света (в основном рассеяние Ми), поглощение света и, в меньшей степени, отражение и дифракция. Эти процессы нарушают прямолинейное распространение света от объекта к наблюдателю, делая объект невидимым. Для маскировки в инфракрасном диапазоне используются те же явления, но с частицами другого размера и состава.