Номер 746, страница 113 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитное поле. Интерференция и дифракция света. Электромагнитная природа света - номер 746, страница 113.

Условие.

746. Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих насекомых? Почему изменяется окраска крыльев насекомого, если его рассматривать под разными углами?

Решение.

Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих насекомых? Расцветка крыльев многих насекомых, таких как стрекозы и жуки, объясняется не наличием красящих веществ (пигментов), а физическими оптическими явлениями, в основном интерференцией и дифракцией света. Это явление носит название структурной окраски. Поверхность крыльев имеет микроскопическую структуру в виде тончайших прозрачных пленок или упорядоченных чешуек. Когда белый свет падает на такую структуру, он отражается от ее различных слоев (например, от верхней и нижней поверхности тонкой пленки). Отраженные световые волны накладываются друг на друга (интерферируют). В результате этого взаимодействия световые волны определенных длин (цветов) усиливаются, а другие — ослабляются. В итоге мы видим яркий, переливающийся цвет, соответствующий усиленным длинам волн. Ответ: Расцветка крыльев насекомых объясняется оптическими явлениями интерференции и дифракции света на микроскопических структурах их поверхности (структурная окраска), а не пигментами.

Почему изменяется окраска крыльев насекомого, если его рассматривать под разными углами? Изменение окраски крыльев при смене угла зрения — характерное свойство структурной окраски, называемое иризацией. Оно напрямую связано с условиями возникновения интерференционных максимумов (усиления света). Условие, при котором наблюдается усиление света определённого цвета, зависит от оптической разности хода между интерферирующими лучами. Эта разность хода, в свою очередь, зависит от угла, под которым мы смотрим на крыло. Для тонкой плёнки условие максимума имеет вид $2nd \cos\theta \approx m\lambda$, где $d$ — толщина плёнки, $n$ — показатель преломления, $\lambda$ — длина волны, а $\theta$ — угол, зависящий от угла наблюдения. При изменении угла наблюдения меняется значение $\cos\theta$, и, следовательно, изменяется длина волны $\lambda$, для которой выполняется условие усиления. Таким образом, под разными углами мы видим разные цвета. Аналогично, если структура крыла действует как дифракционная решетка, то угол, под которым виден определенный цвет, определяется формулой $d \sin\theta = m\lambda$. Ответ: Окраска изменяется с углом зрения, так как условия интерференции и дифракции света, создающие цвет, зависят от угла, под которым свет падает на крыло и отражается от него к наблюдателю. Для каждого угла зрения усиливаются световые волны своей, определённой длины (цвета).