ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p211.3: Интерференция света. Кольца Ньютона. Томас Юнг

План решения:

Для наблюдения устойчивой интерференционной картины необходимо выполнение условия когерентности источников света. Когерентными называются волны, которые имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз в каждой точке пространства. Обычные источники света (лампы накаливания, газоразрядные лампы) излучают свет за счёт хаотичных процессов возбуждения и рекомбинации атомов, поэтому их излучение некогерентно или имеет очень малую длину когерентности. Лазеры же генерируют свет путём вынужденного излучения, что обеспечивает высокую степень монохроматичности и когерентности пучка.

Вычисление и обоснование:

В условии задачи сравнивается возможность наблюдения интерференции с помощью лазерной указки и обычного источника. Интерференция — это сложение двух или более волн, приводящее к перераспределению энергии в пространстве (образованию максимумов и минимумов). Чтобы эти полосы были видны глазом или прибором, они не должны «размываться» со временем. Это возможно только если разность хода лучей меньше длины когерентности L_coh.

где c — скорость света, τ_coh — время когерентности. У лазеров τ_coh велико, так как спектральная линия узкая (Δν мала), а связь между шириной спектра и временем когерентности обратно пропорциональна: τ_coh≈1/Δν. У обычных источников τ_coh крайне мало (порядка 10^-8 с), поэтому получить чёткую картину можно лишь в специальных опытах (например, кольца Ньютона или опыт Юнга с узкими щелями и фильтрами), но это сложно и требует высокой точности установки. Лазерный пучок уже является когерентным по своей природе, поэтому эксперимент становится тривиальным.

Проверка и вывод:

Таким образом, ключевым свойством лазерного излучения, облегчающим демонстрацию интерференции, является его когерентность . Также часто упоминают монохроматичность , которая является следствием высокой когерентности во времени. В контексте школьной физики и формулировки «пучок света...», наиболее полным и правильным термином, объясняющим устойчивость интерференционной картины, является именно когерентность. Без когерентности интерференционные максимумы и минимумы будут быстро менять своё положение, усредняясь до равномерного освещения.