Номер 3, страница 140, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 10. Электромагнитная природа света. Параграф 94. Поперечность световых волн. Электромагнитная природа света. Вопросы и задания - номер 3, страница 140.

Условие.

3. Какие следствия теории Максвелла позволяют утверждать, что свет является электромагнитной волной?

Решение.

Теория Джеймса Клерка Максвелла, изложенная в его знаменитых уравнениях, объединила все известные на тот момент законы электричества и магнетизма. Из этой теории вытекало несколько ключевых следствий, которые позволили сделать революционный вывод о природе света.

1. Предсказание скорости электромагнитных волн. Главным следствием уравнений Максвелла было предсказание существования электромагнитных волн — распространяющихся в пространстве колебаний электрического и магнитного полей, которые могут существовать даже в вакууме. Теория позволила вывести формулу для скорости распространения этих волн ($\text{c}$) через две фундаментальные константы, известные из экспериментов по электричеству и магнетизму: электрическую постоянную ($\epsilon_0$) и магнитную постоянную ($\mu_0$). Формула имела вид:
$c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}}$
Подставив в эту формулу численные значения констант, Максвелл получил величину, поразительно близкую к скорости света, которая к тому времени была уже достаточно точно измерена астрономическими и лабораторными методами (около $300\,000$ км/с). Это совпадение было настолько точным, что позволило Максвеллу выдвинуть гипотезу о том, что свет и есть электромагнитная волна.

2. Поперечность волн. Из теории Максвелла следовало, что электромагнитные волны являются поперечными. Это означает, что векторы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Это теоретическое предсказание полностью объясняло давно известное из оптики явление поляризации света, которое как раз и свидетельствовало о поперечности световых волн.

3. Давление света. Еще одним важным следствием теории было предсказание того, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поверхность, на которую они падают. Это явление, известное как световое давление, было слишком слабым, чтобы его можно было легко обнаружить в то время, но его существование было теоретически обосновано. Позднее, в 1900 году, русский физик П. Н. Лебедев экспериментально подтвердил существование светового давления, что стало еще одним весомым доказательством электромагнитной природы света.

Таким образом, совпадение теоретически вычисленной скорости электромагнитных волн со скоростью света, а также объяснение известных оптических явлений (поляризация) и предсказание новых (световое давление) стали решающими аргументами в пользу того, что свет является электромагнитной волной.

Ответ: Основными следствиями теории Максвелла, которые позволяют утверждать, что свет является электромагнитной волной, являются:

1. Теоретический расчет скорости распространения электромагнитных волн в вакууме по формуле $c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}}$, результат которого с высокой точностью совпал с экспериментально измеренной скоростью света.
2. Теоретическое обоснование поперечности электромагнитных волн, что полностью объяснило наблюдаемое на опыте явление поляризации света.
3. Предсказание существования светового давления, которое оказывает электромагнитная волна на препятствия, что впоследствии было подтверждено экспериментально.