Номер 6.16, страница 35 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

VI. Электромагнитная природа света - номер 6.16, страница 35.

Условие.

6.16 Чем объяснить расцветку крыльев насекомых: жуков, мух, стрекоз? Почему меняется окраска крыльев насекомого, если рассматривать их под разными углами?

Решение.

Чем объяснить расцветку крыльев насекомых: жуков, мух, стрекоз?

Расцветка крыльев многих насекомых, таких как жуки, мухи и стрекозы, объясняется не наличием красящих веществ (пигментов), а физическим явлением, которое называется структурной окраской. Поверхность их крыльев имеет очень сложную микроскопическую структуру. Эта структура может состоять из нескольких тончайших прозрачных слоев или из упорядоченных рядов микроскопических бороздок, которые взаимодействуют со светом.

Основными физическими явлениями, приводящими к появлению такой окраски, являются интерференция и дифракция света.

1. Интерференция в тонких пленках. Крыло насекомого можно рассматривать как совокупность тонких прозрачных пленок. Падающий на крыло белый свет частично отражается от верхней поверхности пленки, а частично проходит внутрь и отражается от нижней поверхности. Эти два отраженных луча света накладываются друг на друга (интерферируют). В результате интерференции световые волны определенных длин (определенного цвета) усиливают друг друга, а волны других длин — ослабляют. Поэтому крыло приобретает яркую окраску, цвет которой зависит от толщины пленки.

2. Дифракция света. Поверхность крыла некоторых насекомых покрыта мелкими, регулярно расположенными бороздками или чешуйками, которые действуют как дифракционная решетка. Такая решетка разлагает падающий на нее белый свет в спектр, в результате чего крыло переливается всеми цветами радуги.

Ответ: Расцветка крыльев насекомых объясняется физическими явлениями интерференции и дифракции света на их микроскопической структуре (тонкие пленки, упорядоченные бороздки). Это явление называется структурной окраской.

Почему меняется окраска крыльев насекомого, если рассматривать их под разными углами?

Изменение окраски крыльев при наблюдении под разными углами, известное как иризация (или радужность), является характерной особенностью структурной окраски. Это явление напрямую связано с тем, что результат интерференции и дифракции зависит от угла, под которым свет падает на структуру и под которым ведется наблюдение.

Для интерференции в тонких пленках цвет, который мы видим, определяется условием конструктивной интерференции (усиления света). Это условие зависит от оптической разности хода лучей, которая, в свою очередь, зависит от угла наблюдения $ \theta $. Условие для усиления света определенной длины волны $ \lambda $ можно записать как $ 2dn\cos\theta \approx (m+1/2)\lambda $, где $ d $ — толщина пленки, $ n $ — ее показатель преломления. При изменении угла наблюдения $ \theta $ меняется и разность хода, и условие максимума начинает выполняться для другой длины волны $ \lambda $. В результате мы видим другой цвет.

Для дифракции на решетке угол $ \theta $, под которым наблюдается максимум определенного цвета (длины волны $ \lambda $), описывается формулой дифракционной решетки: $ d\sin\theta = m\lambda $, где $ d $ — период решетки. Из этой формулы очевидно, что каждому углу наблюдения $ \theta $ соответствует определенная длина волны $ \lambda $. Поэтому, изменяя угол зрения, мы видим разные цвета спектра.

Ответ: Окраска крыльев меняется при рассмотрении под разными углами, потому что условия интерференции и дифракции света, создающие эту окраску, зависят от угла наблюдения. При изменении угла зрения изменяется разность хода интерферирующих лучей или угол дифракции, что приводит к усилению световых волн другой длины и, следовательно, к изменению видимого цвета.