ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p216.2: Дифракция. Принцип Гюйгенса—Френеля

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо вспомнить условия наблюдения дифракции и сравнить типичные длины волн механических волн (например, звука) и световых волн с размерами препятствий или отверстий в окружающей нас среде.

Вычисление и обоснование:

Дифракция — это огибание волнами препятствий. Заметная дифракция наблюдается тогда, когда размеры препятствия d или отверстия сопоставимы с длиной волны λ, то есть выполняется условие d≈λ. Если d≫λ, то волна распространяется практически прямолинейно, и эффект огибания становится незаметным.

Рассмотрим механические волны, например, звуковые. Длина слышимого звука лежит в диапазоне от примерно 17 м до 1,7 см (λ_зв ∼10^-2-10¹ м). В быту мы часто встречаемся с объектами таких размеров: дверные проемы, углы зданий, деревья, столбы. Поэтому звук легко огибает эти препятствия, и мы можем слышать говорящего человека за углом дома.

Теперь обратимся к свету. Видимый свет имеет очень малую длину волны: λ_св ≈400-700 нм, что составляет порядка 5·10^-7 м. Размеры обычных предметов (окна, двери, люди) на много порядков больше этой величины (d≫λ_св). Из-за этого свет ведет себя как поток частиц, создавая резкие тени, и дифракция не видна невооруженным глазом. Чтобы наблюдать дифракцию света, нужно искусственно создать препятствия размером в доли миллиметра (щели, острые края лезвий) или использовать специальные оптические приборы.

Проверка:

Сравним результаты. Для звука типичное препятствие (дверь шириной 1 м) удовлетворяет условию d≈λ, так как длина волны низких частот близка к этому размеру. Для света та же дверь имеет размер d=1 м, а λ≈5·10^-7 м, отношение d/λ=2·10⁶, что означает отсутствие заметной дифракции. Следовательно, вывод верен: механические волны имеют большие длины волн, соизмеримые с макроскопическими объектами, поэтому их дифракцию наблюдать легче.