Номер 5, страница 146, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 10. Электромагнитная природа света. Параграф 96. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 5, страница 146.

Условие.

• Радужные плёнки в природе и в технике.

Решение.

Радужные плёнки — это тонкие слои вещества, которые кажутся окрашенными в переливающиеся цвета. Это явление, называемое иризацией, возникает из-за интерференции света. Когда световая волна падает на тонкую плёнку, часть её отражается от верхней поверхности, а другая часть проходит внутрь, отражается от нижней поверхности и выходит наружу. Эти два отражённых луча, пройдя разный путь, накладываются друг на друга (интерферируют). В зависимости от толщины плёнки и угла обзора, определённые длины волн (цвета) усиливаются, а другие — ослабляются, создавая красочную картину.

Физически условия усиления (максимума) и ослабления (минимума) света описываются следующими формулами. Условие конструктивной интерференции (усиление цвета) для плёнки в воздухе (например, мыльного пузыря):

$2dn \cos\beta = (m + \frac{1}{2})\lambda$

Условие деструктивной интерференции (ослабление цвета):

$2dn \cos\beta = m\lambda$

Здесь $\text{d}$ – толщина плёнки, $\text{n}$ – показатель преломления её вещества, $\beta$ – угол преломления света в плёнке, $\lambda$ – длина волны света, а $m = 0, 1, 2, ...$ – целое число, называемое порядком интерференции. Поскольку белый свет является смесью всех цветов (волн разной длины), а толщина плёнки редко бывает однородной, мы видим радужные узоры.

Радужные плёнки в природе

Явление иризации широко распространено в живой и неживой природе:

• Мыльные пузыри и плёнки. Это самый известный пример. Цвета на поверхности пузыря постоянно движутся и меняются, поскольку толщина плёнки изменяется из-за стекания мыльного раствора под действием силы тяжести и испарения.
• Нефтяные пятна на воде. Тонкий слой нефти или бензина на поверхности лужи или водоёма образует плёнку переменной толщины, что приводит к появлению радужных разводов.
• Структурная окраска живых организмов. Яркая, переливающаяся окраска крыльев некоторых бабочек (например, Морфо), надкрылий жуков, перьев птиц (павлины, колибри) и чешуи рыб обусловлена не пигментами, а микроскопической структурой их покровов. Эти структуры состоят из множества тонких слоёв или решёток, которые вызывают интерференцию и дифракцию света.
• Перламутр и опалы. Внутренний слой раковин моллюсков (перламутр) и драгоценный камень опал имеют слоистую микроструктуру. Преломление и интерференция света в этих тонких слоях создают их характерный радужный блеск.

Ответ: В природе радужные плёнки и структуры встречаются в виде мыльных пузырей, нефтяных пятен на воде, а также являются причиной структурной окраски крыльев насекомых, перьев птиц и перламутра в раковинах. Физической основой этого явления является интерференция света в тонких слоях вещества.

Радужные плёнки в технике

Принципы интерференции в тонких плёнках нашли множество применений в науке и технике:

• Просветление оптики. Для уменьшения потерь света из-за отражения на поверхность линз в объективах, очках и других оптических приборах наносят тонкую плёнку (или систему плёнок). Её толщина подбирается так, чтобы световые волны, отражённые от её передней и задней поверхностей, гасили друг друга (деструктивная интерференция). Это увеличивает светопропускание оптики и повышает контраст изображения.
• Зеркала и светофильтры. С помощью нанесения множества тонких плёнок с разными показателями преломления создают диэлектрические зеркала, которые могут отражать свет почти без потерь в определённом диапазоне длин волн. Так же изготавливают интерференционные светофильтры, которые пропускают свет только очень узкого цветового диапазона, а остальной отражают. Они используются в лазерах, проекторах, астрономических приборах.
• Защита от подделок. Голограммы и другие радужные элементы на банкнотах, кредитных картах и документах являются защитными признаками. Их цвет и рисунок меняются в зависимости от угла зрения, что очень сложно воспроизвести при подделке.
• Жидкокристаллические дисплеи. В конструкции современных экранов используется множество слоёв тонких плёнок, включая поляризаторы, прозрачные проводящие покрытия и цветовые фильтры. Точный контроль толщины этих плёнок критически важен для качества изображения.
• Контроль качества поверхностей. Интерференционные методы (например, с использованием колец Ньютона) позволяют с высочайшей точностью проверять плоскостность и качество полировки оптических и других прецизионных поверхностей. По виду интерференционной картины судят о наличии малейших отклонений от идеальной формы.

Ответ: В технике эффект радужных плёнок (интерференция в тонких слоях) используется для создания просветляющих покрытий на линзах, изготовления специальных зеркал и светофильтров, разработки защитных голографических элементов, в конструкциях ЖК-дисплеев, а также для высокоточного контроля качества поверхностей.