Номер 1046, страница 138 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

1046. На дне пустого сосуда (рис. 111) лежит зеркало. Как будет изменяться ход отражённого луча по мере заполнения сосуда водой?

Ход отражённого луча будет изменяться по мере заполнения сосуда водой из-за явления преломления света. Рассмотрим процесс поэтапно.

1. В пустом сосуде

Когда сосуд пуст, световой луч распространяется в однородной среде (воздухе). Он падает на зеркало и отражается от него. Согласно закону отражения света, угол падения $α$ равен углу отражения $β$. Ход луча представляет собой простое отражение от зеркальной поверхности.

2. При заполнении сосуда водой

Когда в сосуде появляется вода, луч света, прежде чем отразиться, проходит через границу двух сред: воздух-вода. Это приводит к следующим эффектам:

• Преломление на входе в воду. При переходе из воздуха в воду (из оптически менее плотной среды в более плотную) луч света преломляется, то есть изменяет свое направление. Он отклоняется ближе к перпендикуляру (нормали), проведённому к поверхности воды. Угол преломления $γ$ будет меньше угла падения $α$, что описывается законом преломления Снеллиуса: $n_{воздуха} \cdot \sin{α} = n_{воды} \cdot \sin{γ}$.
• Отражение от зеркала. Преломлённый луч падает на зеркало под новым, меньшим углом $γ$ к нормали и отражается от него под таким же углом $γ$. Из-за преломления точка отражения луча на зеркале смещается по сравнению с первоначальным положением.
• Преломление на выходе из воды. После отражения луч движется вверх и выходит из воды в воздух. При переходе из воды в воздух (из оптически более плотной среды в менее плотную) он снова преломляется, но на этот раз отклоняется от нормали. По принципу обратимости световых лучей, угол, под которым луч выйдет в воздух, будет снова равен первоначальному углу падения $α$.

Вывод об изменении хода луча

В результате двух преломлений и одного отражения, итоговый отражённый луч, вышедший из воды, будет параллелен тому направлению, которое он имел бы в пустом сосуде. Однако из-за прохождения через слой воды его путь будет смещён в сторону. Величина этого бокового смещения прямо зависит от толщины слоя воды. Следовательно, по мере заполнения сосуда водой (увеличения её уровня) боковое смещение отражённого луча будет увеличиваться.

Ответ: По мере заполнения сосуда водой направление отражённого луча, выходящего из воды, не изменится (он будет параллелен отражённому лучу в пустом сосуде), но сам луч будет испытывать боковое смещение. Величина этого смещения будет увеличиваться с повышением уровня воды в сосуде.