Краткий ответ: компакт-диск действует как отражательная дифракционная решётка. В отражённом свете видны радужные дуги, примерно симметричные относительно центрального белого отражения. Обычно наблюдаются спектры 1-го и 2-го порядков.
1. а) Расположение диска
Компакт-диск располагают на уровне глаз и направляют на источник белого света.
2. б) Зарисовка наблюдаемой картины
Условная схема:
[спектр 2-го] [спектр 1-го] ● [спектр 1-го] [спектр 2-го]
0-й порядок
белое отражение
На самом диске спектры имеют вид цветных дуг или полос, расположенных вокруг центра. Фиолетовый цвет находится ближе к центральному отражению, а красный — дальше.
3. в) Описание наблюдаемых явлений
Наблюдаем разложение белого света в радужные спектры: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий и фиолетовый цвета.
Картина получается примерно симметричной: спектры одинаковых порядков расположены по разные стороны от центрального отражения. Полная симметрия может нарушаться из-за наклона диска и положения источника света.
Обычно хорошо видны спектры 1-го и 2-го порядков: \[ +1,\ -1,\ +2,\ -2. \] Центральное белое отражение соответствует нулевому порядку. При ярком освещении иногда заметен слабый спектр 3-го порядка.
При наклоне или повороте диска относительно источника света и глаза спектры перемещаются и меняют своё положение. Цветовая последовательность сохраняется. Если вращать идеальный диск строго вокруг оси, перпендикулярной его поверхности, картина почти не изменяется.
4. г) Почему компакт-диск даёт дифракционную картину
На поверхности компакт-диска находятся очень близко расположенные спиральные дорожки. Расстояние между ними примерно
\[ d \approx 1{,}6\ \text{мкм}, \]
что сравнимо с длиной волны видимого света:
\[ \lambda \approx 0{,}4-0{,}7\ \text{мкм}. \]
Поэтому отражённые от соседних дорожек световые волны интерферируют. Максимумы света возникают под определёнными углами:
\[ d\sin\theta=m\lambda, \]
где \(m\) — порядок спектра.
Для разных цветов длина волны различна, поэтому они отклоняются на разные углы. Красный цвет отклоняется сильнее фиолетового и находится дальше от центрального отражения.
Проверка: формула объясняет наличие спектров разных порядков, их примерную симметрию и разложение белого света в цвета.
