Номер 2, страница 227 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 47. Оптические приборы. Обсуди с товарищами - номер 2, страница 227.

Условие.

2. Зеркала телескопов-рефлекторов шлифуют с очень высокой точностью: до долей микрометров. Подумайте и объясните, зачем нужна такая высокая точность шлифовки.

Решение.

Решение 2.

Высокая точность шлифовки зеркал телескопов-рефлекторов до долей микрометра необходима для получения качественного, четкого и яркого изображения удаленных астрономических объектов. Это связано с волновой природой света и принципами работы телескопа.

Основная задача главного зеркала телескопа-рефлектора — собрать как можно больше света от тусклого объекта и сфокусировать его в одной точке (фокусе). Чтобы это произошло, поверхность зеркала должна иметь строго определенную форму (как правило, параболическую) и быть чрезвычайно гладкой.

Свет представляет собой электромагнитную волну. Длина волны видимого света очень мала и составляет примерно от 400 до 700 нанометров, то есть от 0.4 до 0.7 микрометра (мкм). Любая неровность на поверхности зеркала (бугорок или впадина) будет взаимодействовать с падающей на нее световой волной.

Если размер этих неровностей сопоставим с длиной волны света или больше нее, происходит явление, называемое диффузным рассеянием. Свет отражается не в строго заданном направлении к фокусу, а хаотично, в разные стороны. Это приводит к тому, что значительная часть собранного света не попадает в фокус, из-за чего изображение становится тусклым и теряет контраст.

Даже если неровности меньше длины волны, они все равно вносят искажения. Отражаясь от разных по высоте точек неровной поверхности, световые волны проходят немного разный путь. Это приводит к сдвигу фаз между волнами. В результате интерференции этих волн в фокусе изображение искажается и размывается — возникают так называемые аберрации. Чтобы изображение было предельно четким (дифракционно-ограниченным), принято считать, что среднеквадратичное отклонение поверхности от идеальной формы не должно превышать $\lambda/20$, где $\lambda$ — длина волны света. Для середины видимого спектра ($\lambda \approx 550$ нм) это составляет всего около 27.5 нм, что является малой долей микрометра ($1$ мкм $= 1000$ нм).

Таким образом, чем точнее отшлифована поверхность зеркала и чем ближе ее форма к идеальной, тем меньше света рассеивается и тем точнее все лучи собираются в фокусе. Это позволяет достичь максимальной разрешающей способности телескопа и наблюдать очень слабые и далекие объекты Вселенной.

Ответ: Такая высокая точность шлифовки необходима для того, чтобы минимизировать рассеяние света и искажения (аберрации), вызванные неровностями на поверхности зеркала. Размер этих неровностей должен быть значительно меньше длины волны видимого света (которая составляет доли микрометра), иначе световые волны будут отражаться в неверных направлениях, что приведет к созданию размытого, тусклого и нечеткого изображения вместо сфокусированного и яркого.