Номер 6, страница 210, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

6. Что такое истинная и кажущаяся глубина водоема? Почему они не равны?

Что такое истинная и кажущаяся глубина водоема?

Истинная глубина (обозначается как $\text{H}$) — это реальное, физическое расстояние от поверхности воды до дна водоема, измеренное строго по вертикали. Это та глубина, которую можно измерить, например, с помощью опущенной на дно веревки с грузом (лота).

Кажущаяся глубина (обозначается как $\text{h}$) — это глубина, на которой наблюдатель, смотрящий из воздуха, видит дно водоема. Из-за оптических явлений эта глубина всегда кажется меньше истинной. То есть, дно водоема визуально воспринимается как расположенное ближе к поверхности, чем в действительности.

Почему они не равны?

Решение

Истинная и кажущаяся глубины не равны из-за явления преломления света. Это происходит, когда свет переходит из одной среды в другую с иной оптической плотностью (в нашем случае, из воды в воздух).

Процесс можно описать по шагам:

1. Лучи света отражаются от любой точки на дне водоема и распространяются во все стороны, в том числе вверх, к поверхности.

2. Когда эти лучи достигают границы раздела "вода-воздух", они переходят из оптически более плотной среды (воды) в оптически менее плотную (воздух). Согласно законам оптики, при таком переходе лучи света преломляются, то есть изменяют свое направление, отклоняясь от перпендикуляра (нормали) к поверхности воды.

3. Наш глаз, воспринимая эти преломленные лучи, и мозг, обрабатывая информацию, не учитывают это преломление. Мозг строит изображение, предполагая, что лучи света распространялись по прямой линии. Он продолжает преломленные лучи в обратном направлении (внутрь воды) до их мнимого пересечения.

4. Точка, где эти мнимые продолжения лучей пересекаются, и есть то место, где мы видим изображение дна. Эта точка всегда находится выше реального дна, то есть на меньшей глубине.

Для наблюдателя, который смотрит на дно почти отвесно, связь между истинной глубиной $\text{H}$ и кажущейся глубиной $\text{h}$ описывается формулой:

$h = \frac{H}{n}$

где $\text{n}$ — это показатель преломления второй среды (воды) относительно первой (воздуха). Для воды $n \approx 1,33$.

Так как показатель преломления воды $\text{n}$ больше 1, то кажущаяся глубина $\text{h}$ всегда будет меньше истинной глубины $\text{H}$. Например, если истинная глубина $H = 4$ м, то кажущаяся глубина будет $h = 4 / 1,33 \approx 3$ м.

Ответ: Истинная глубина — это реальное расстояние до дна, а кажущаяся — воспринимаемая визуально. Они не равны из-за преломления световых лучей на границе воды и воздуха. Лучи, идущие от дна, отклоняются, и из-за этого человеческому глазу кажется, что дно находится ближе к поверхности, чем на самом деле. Кажущаяся глубина меньше истинной примерно в 1,33 раза.