Номер 5, страница 142 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные колебания и волны. § 29*. Интерференция света - номер 5, страница 142.

Условие.

5. Чем объясняется радужная окраска тонких плёнок?

Решение.

Радужная окраска тонких плёнок (например, мыльных пузырей, бензиновых пятен на воде) является результатом явления интерференции света.

Свет, падающий на плёнку, частично отражается от её верхней поверхности и частично проходит внутрь, преломляясь. Прошедший свет отражается от нижней поверхности плёнки и, снова преломившись на верхней границе, выходит наружу. В результате в глазу наблюдателя встречаются две световые волны, отражённые от верхней и нижней поверхностей плёнки. Эти волны когерентны (так как произошли от одного источника) и могут интерферировать.

Результат их сложения (усиление или ослабление) зависит от разности их оптического хода. Эта разность определяется тремя основными факторами:

1. Толщина плёнки ($\text{d}$): волна, отразившаяся от нижней поверхности, проходит дополнительное расстояние, примерно равное удвоенной толщине плёнки.

2. Показатель преломления плёнки ($\text{n}$): длина волны света внутри плёнки уменьшается в $\text{n}$ раз, что влияет на оптическую разность хода, которая составляет примерно $2nd$.

3. Потеря полуволны при отражении: при отражении света от границы с оптически более плотной средой (например, от верхней поверхности плёнки воздух-масло) фаза волны изменяется на $\pi$, что эквивалентно дополнительной разности хода в половину длины волны ($\lambda/2$).

Из-за этой разности хода световые волны определённой длины (определённого цвета) могут усиливать друг друга (конструктивная интерференция), а волны другой длины — ослаблять (деструктивная интерференция). Условие усиления света (интерференционного максимума) для волны длиной $\lambda$ при почти нормальном падении выглядит так:

$2dn = (m + \frac{1}{2})\lambda$, где $\text{m}$ — целое число (0, 1, 2...).

Поскольку белый солнечный свет состоит из волн разной длины (всех цветов радуги), а толщина плёнки (например, мыльного пузыря) обычно непостоянна, в разных её точках условие максимума выполняется для разных длин волн. В итоге мы видим на плёнке цветные полосы — те участки, где толщина плёнки «подходящая» для усиления света того или иного цвета.

Ответ:

Радужная окраска тонких плёнок объясняется интерференцией световых волн, отражённых от её верхней и нижней поверхностей. Так как белый свет состоит из волн разной длины (разных цветов), а результат интерференции зависит от толщины плёнки и длины волны, в участках плёнки с разной толщиной усиливаются разные цвета, что и создаёт наблюдаемый радужный узор.