Номер 7.112, страница 160 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 7. Геометрическая оптика. Преломление света. Полное внутреннее отражение - номер 7.112, страница 160.

Условие.

7.112. Почему блестят капельки росы; пузырьки воздуха в воде?

Решение.

Капельки росы

Капельки росы блестят, потому что они действуют как маленькие сферические линзы, которые отражают и преломляют свет. Основная причина их яркого блеска — это явление полного внутреннего отражения света. Когда луч света от источника (например, Солнца) попадает на каплю росы, он сначала преломляется на границе воздух-вода. Затем, проходя через каплю, он достигает её задней поверхности. Из-за сферической формы капли многие лучи падают на эту внутреннюю границу раздела вода-воздух под большим углом. Если угол падения $ \alpha $ превышает так называемый предельный (или критический) угол $ \alpha_{пред} $, свет не выходит из капли, а полностью отражается обратно внутрь, как от зеркала. Для границы вода-воздух предельный угол составляет примерно $ 48.8^\circ $. Этот полностью отражённый свет затем выходит из капли с передней стороны, снова преломляясь, и попадает в глаз наблюдателя. Именно этот эффективно отражённый свет и создаёт яркий блеск капель.

Ответ: Капельки росы блестят из-за явления полного внутреннего отражения света на их внутренней поверхности. Они работают как крошечные зеркала, отражая свет обратно к наблюдателю.

Пузырьки воздуха в воде

Блеск пузырьков воздуха в воде объясняется тем же физическим явлением, что и блеск капель росы, — полным внутренним отражением. В этом случае свет распространяется в воде (оптически более плотной среде) и падает на границу раздела вода-воздух, которой является поверхность пузырька. Поскольку свет пытается перейти из более плотной среды (вода с показателем преломления $ n_1 \approx 1.33 $) в менее плотную (воздух с $ n_2 \approx 1.00 $), при определённых углах падения происходит полное внутреннее отражение. Условие для этого явления: угол падения $ \alpha $ должен быть больше предельного угла $ \alpha_{пред} $, который определяется формулой $ \sin \alpha_{пред} = \frac{n_2}{n_1} $. Для границы вода-воздух $ \alpha_{пред} \approx 48.8^\circ $. Из-за сферической формы пузырька свет, идущий с разных направлений, падает на его поверхность под различными углами. Те лучи, для которых угол падения больше критического, полностью отражаются. В результате поверхность пузырька действует как идеальное сферическое зеркало, и он кажется наблюдателю серебристым и блестящим.

Ответ: Пузырьки воздуха в воде блестят из-за полного внутреннего отражения света на границе вода-воздух. Свет, идущий из воды, отражается от поверхности пузырька, как от зеркала, не проходя внутрь.