Номер 37.6, страница 258 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Электродинамика. Электромагнитные колебания и волны. 37. Геометрическая оптика. Упражнения - номер 37.6, страница 258.

Условие.

37.6. В романе писателя-фантаста Герберта Уэллса описаны приключения человека-невидимки, который мог безнаказанно совершать дерзкие преступления. В чем состоит физическая ошибка фантаста?

Решение. Чтобы человек стал невидимым, показатель преломления всех тканей его тела должен стать равным единице. Следовательно, глаз такого человека не будет преломлять свет и не сможет фокусировать его на сетчатке.

Кроме того, свет будет попадать на сетчатку со всех сторон, а не только через зрачок. И наконец, невидимая сетчатка не будет поглощать свет. Любой из перечисленных причин достаточно, чтобы невидимка оказался слепым.

Решение.

Решение

Физическая ошибка писателя-фантаста Герберта Уэллса заключается в том, что его персонаж, человек-невидимка, должен быть слепым. Это следует из фундаментальных принципов оптики и физиологии зрения.

Чтобы тело стало невидимым, оно не должно ни отражать, ни поглощать, ни рассеивать свет. Свет должен проходить сквозь него без каких-либо искажений. Такое условие выполняется, если показатель преломления $n$ всех тканей тела становится равным показателю преломления окружающей среды, то есть воздуха. Показатель преломления воздуха практически равен единице ($n_{воздуха} \approx 1$).

Однако человеческое зрение основано именно на взаимодействии света со структурами глаза, которые имеют показатели преломления, отличные от воздуха:

1. Преломление света для фокусировки. Оптическая система глаза (роговица и хрусталик) функционирует как линза, которая преломляет световые лучи и фокусирует их на сетчатке для создания четкого изображения. Если бы показатель преломления хрусталика и других частей глаза стал равен единице, они бы потеряли способность преломлять свет. В этом случае свет проходил бы сквозь глаз, не фокусируясь, и формирование изображения было бы невозможно.

2. Поглощение света для восприятия. Сетчатка глаза содержит светочувствительные клетки (палочки и колбочки), которые поглощают фотоны света. Это поглощение запускает химические реакции, которые создают нервные импульсы, передаваемые в мозг. Если бы сетчатка стала невидимой, она, по определению, не могла бы поглощать свет. Следовательно, она не могла бы регистрировать световые сигналы, что делает зрение невозможным.

Таким образом, для того чтобы человек-невидимка мог видеть, его глаза должны были бы оставаться видимыми, по крайней мере, их хрусталик и сетчатка. Полная невидимость тела несовместима со способностью видеть.

Ответ: Физическая ошибка заключается в том, что человек-невидимка не мог бы видеть. Чтобы быть невидимым, все части его тела, включая глаза, должны пропускать свет, не преломляя и не поглощая его. Однако зрение требует, чтобы хрусталик глаза преломлял свет для фокусировки, а сетчатка — поглощала его для восприятия. Невидимый глаз не способен выполнять эти функции, поэтому человек-невидимка был бы слеп.