Номер 20.5, страница 123 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Оптика. 20. Волновая оптика - номер 20.5, страница 123.

Условие.

20.5*. Английский физик Релей обнаружил, что короткие волны рассеиваются на мелких неоднородностях среды значительно сильнее, чем длинные. Объясните, исходя из этого, голубой цвет неба.

Решение.

Решение 2.

Решение

Солнечный свет, который мы воспринимаем как белый, на самом деле является смесью электромагнитных волн разной длины, соответствующих всем цветам радуги. В видимом спектре самые длинные волны у красного цвета, а самые короткие — у синего и фиолетового.

Атмосфера Земли состоит из молекул газов (в основном азота и кислорода), которые являются теми самыми "мелкими неоднородностями", упомянутыми в условии. Размер этих молекул значительно меньше длины волны видимого света.

Когда солнечный свет проходит через атмосферу, он рассеивается на этих молекулах. Согласно закону Рэлея, интенсивность рассеяния света $\text{I}$ обратно пропорциональна четвертой степени длины волны $\lambda$: $I \propto \frac{1}{\lambda^4}$.

Из этой формулы следует, что короткие волны (синий и фиолетовый свет) рассеиваются гораздо интенсивнее, чем длинные (красный, оранжевый, желтый). Рассеянный свет распространяется во всех направлениях. Поэтому, когда мы смотрим на небо в любом направлении, кроме как прямо на Солнце, мы видим именно этот рассеянный свет. Поскольку в нем преобладают короткие волны синей части спектра, небо кажется нам голубым.

Хотя фиолетовый свет имеет еще более короткую волну и рассеивается сильнее синего, небо выглядит голубым, а не фиолетовым. Это связано с тем, что в солнечном спектре синего света больше, чем фиолетового, а также с тем, что человеческий глаз более чувствителен к синему цвету.

Ответ: Голубой цвет неба объясняется тем, что коротковолновая, сине-голубая часть солнечного света рассеивается на молекулах газов в атмосфере значительно сильнее, чем длинноволновая, красно-желтая часть. Свет, приходящий к нам со всего небосвода, — это и есть рассеянный солнечный свет, в котором преобладают голубые тона.