Номер 1, страница 269 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 55. Развитие взглядов на природу света. Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 1, страница 269.

1. Каковы были представления учёных о природе света в начале XIX в.?

Каковы были представления учёных о природе света в начале XIX в.?

В начале XIX века в научном сообществе существовали и конкурировали две основные теории о природе света: корпускулярная и волновая.

• Корпускулярная теория, главным сторонником которой был Исаак Ньютон, утверждала, что свет представляет собой поток мельчайших частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Эта теория хорошо объясняла прямолинейное распространение света и законы отражения, но сталкивалась с трудностями при объяснении явлений дифракции и интерференции. Благодаря огромному авторитету Ньютона эта теория была доминирующей вплоть до начала XIX века.
• Волновая теория, предложенная Христианом Гюйгенсом, рассматривала свет как волновой процесс, распространяющийся в особой гипотетической среде — светоносном эфире. Она успешно описывала отражение и преломление, но долгое время оставалась на втором плане.

Ключевым моментом, изменившим ситуацию, стали эксперименты английского учёного Томаса Юнга (1801 г.) и французского физика Огюстена Френеля (1815-1818 гг.). Опыты Юнга по интерференции и детальные математические расчёты Френеля, объясняющие дифракцию, предоставили неопровержимые доказательства в пользу волновой природы света. Френель также показал, что световые волны являются поперечными (а не продольными, как считалось ранее), что позволило объяснить явление поляризации света. Таким образом, в первой четверти XIX века произошел переход от доминирования корпускулярной теории к окончательному утверждению волновой теории света.

Ответ: В начале XIX века представления о природе света были переходными: корпускулярная теория Ньютона, доминировавшая ранее, уступала место волновой теории Гюйгенса благодаря решающим экспериментальным доказательствам явлений интерференции и дифракции, полученным Томасом Юнгом и Огюстеном Френелем.

2. Чем была вызвана необходимость выдвижения гипотезы (электромагнитной природы света)?

Несмотря на триумф волновой теории, она оставляла открытым фундаментальный вопрос: что именно представляет собой световая волна и в какой среде она распространяется? Гипотеза о существовании всепроникающего светоносного эфира обладала рядом внутренних противоречий: для объяснения огромной скорости распространения света эфир должен был быть чрезвычайно упругим и твёрдым, но при этом не оказывать никакого сопротивления движению планет и других тел.

Необходимость выдвижения новой, электромагнитной, гипотезы была вызвана несколькими ключевыми открытиями и теоретическими разработками в середине XIX века:

1. Объединение электричества и магнетизма. Работы Майкла Фарадея по исследованию электрических и магнитных полей были математически обобщены Джеймсом Клерком Максвеллом. Он создал единую теорию электромагнитного поля, выраженную системой из четырёх уравнений, которые полностью описывали все известные на тот момент электромагнитные явления.
2. Теоретическое предсказание электромагнитных волн. Из своих уравнений Максвелл чисто математически вывел, что должны существовать распространяющиеся в пространстве поперечные электромагнитные волны — периодические колебания векторов напряжённости электрического ($E$) и магнитной индукции ($B$) полей.
3. Совпадение скоростей. Самым поразительным результатом теории Максвелла стало вычисление скорости распространения этих гипотетических волн в вакууме. Скорость $c$ определялась через электрическую ($\varepsilon_0$) и магнитную ($\mu_0$) постоянные: $c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}}$. Рассчитанное значение этой скорости с высокой точностью совпало с экспериментально измеренной скоростью света.

Это удивительное совпадение позволило Максвеллу в 1865 году выдвинуть гипотезу о том, что свет и есть электромагнитная волна. Эта гипотеза элегантно решала проблему эфира (электромагнитным волнам не нужна специальная механическая среда для распространения, они могут распространяться в вакууме) и объединяла оптику, казавшуюся отдельной областью физики, с учением об электричестве и магнетизме в единую стройную теорию.

Ответ: Необходимость выдвижения гипотезы об электромагнитной природе света была вызвана, с одной стороны, нерешёнными проблемами механической волновой теории (противоречивая концепция эфира), а с другой — созданием Максвеллом единой теории электромагнетизма, из которой следовало существование электромагнитных волн, скорость распространения которых в вакууме оказалась равна скорости света.