Номер 1033, страница 137 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

1033. Почему, сидя у горящего костра, мы видим предметы, расположенные по другую сторону костра, колеблющимися?

Решение

Данное явление связано с преломлением света в оптически неоднородной среде, которой является воздух над костром.

Костер нагревает находящиеся над ним слои воздуха. Из-за конвекции возникают восходящие потоки горячего воздуха, которые перемешиваются с окружающим более холодным воздухом. Горячий воздух имеет меньшую плотность, чем холодный.

Показатель преломления света $n$ в воздухе зависит от его плотности $\rho$. Для газов эта зависимость приблизительно линейна: $n - 1 \propto \rho$. Следовательно, у менее плотного горячего воздуха показатель преломления меньше, чем у более плотного холодного.

Таким образом, над костром образуется среда, состоящая из постоянно движущихся и перемешивающихся объемов воздуха с разной температурой, а значит, и с разным показателем преломления. Такая среда является оптически неоднородной.

Световые лучи, идущие от предметов за костром к глазу наблюдателя, проходят через эту турбулентную среду. При переходе из одного слоя воздуха в другой, с отличающимся показателем преломления, свет преломляется, то есть изменяет направление своего распространения.

Поскольку воздушные потоки над костром находятся в постоянном хаотичном движении, путь световых лучей непрерывно и случайным образом искривляется. Наш глаз воспринимает мнимое изображение предмета, которое постоянно смещается и дрожит, что и создает эффект колебания.

Ответ:

Предметы за костром кажутся колеблющимися из-за преломления света в неоднородных, постоянно движущихся потоках воздуха над огнем. Горячий воздух, поднимающийся от костра, менее плотный и имеет меньший показатель преломления, чем окружающий холодный воздух. Лучи света от предметов, проходя через эти перемешивающиеся слои, многократно и беспорядочно преломляются, из-за чего видимое положение предметов для наблюдателя постоянно меняется, что и воспринимается как их колебание.