Творческое задание, страница 212, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

Покройте монету сажей и опустите в воду. Осветите ее светом. Какого цвета будет монета и почему?

Монета, покрытая сажей и опущенная в воду, будет казаться блестящей, серебряного или зеркального цвета.

Это объясняется физическим явлением полного внутреннего отражения света. Вот как это работает:

1. Сажа является гидрофобным материалом с пористой структурой. Когда покрытую сажей монету опускают в воду, вода не смачивает сажу. В результате между частицами сажи на поверхности монеты задерживается тонкая плёнка воздуха.

2. Таким образом, на границе между водой и поверхностью монеты образуется тончайшая воздушная прослойка.

3. Свет, освещающий монету, распространяется в воде, которая является оптически более плотной средой (показатель преломления $n_{воды} \approx 1,33$), и падает на границу с воздушной плёнкой, которая является оптически менее плотной средой (показатель преломления $n_{воздуха} \approx 1,00$).

4. Когда свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную, при определённых углах падения он не преломляется (то есть не проходит в воздушную плёнку), а полностью отражается от границы раздела сред. Это явление называется полным внутренним отражением. Оно происходит, когда угол падения луча $\alpha$ превышает так называемый критический угол $\alpha_{кр}$. Критический угол для границы вода-воздух определяется формулой $\sin(\alpha_{кр}) = \frac{n_{воздуха}}{n_{воды}}$ и составляет примерно $48,6°$.

5. Так как наблюдатель смотрит на монету под разными углами, большинство световых лучей, идущих от источника света к монете через воду, будут падать на воздушную плёнку под углами, большими критического. Эти лучи полностью отразятся от плёнки, как от зеркала.

В результате, вместо того чтобы видеть чёрную сажу (до которой свет просто не доходит), наблюдатель видит яркое отражение окружающего пространства и источника света от воздушной плёнки. Это и создает эффект блестящей, серебряной поверхности.

Ответ: Монета будет казаться серебряной (зеркальной) из-за явления полного внутреннего отражения света на границе между водой и тонким слоем воздуха, который удерживается на несмачиваемой саже.