Номер 7.85, страница 157 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 7. Геометрическая оптика. Преломление света. Полное внутреннее отражение - номер 7.85, страница 157.

Условие.

7.85. Если поверхность воды не совсем спокойна, то предметы, лежащие на дне, кажутся колеблющимися. Объясните явление.

Решение.

Это явление объясняется преломлением света на границе раздела двух сред: воды и воздуха. Свет, отраженный от предметов, лежащих на дне, проходит из оптически более плотной среды (воды) в оптически менее плотную среду (воздух) и при этом меняет свое направление.

Когда поверхность воды идеально гладкая и спокойная, она представляет собой плоскую границу. Лучи света от каждой точки предмета преломляются под определенным, постоянным углом. В результате мы видим мнимое изображение предмета, которое кажется расположенным ближе к поверхности, чем сам предмет, но остается неподвижным.

Если же на поверхности воды есть рябь или волны, то граница раздела сред постоянно изгибается и движется. Каждый небольшой участок волнующейся поверхности в данный момент времени можно рассматривать как маленькую линзу или призму, наклон которой постоянно меняется.

Из-за этого лучи света, идущие от одной и той же точки на дне, падают на разные участки поверхности под постоянно меняющимися углами. Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса), $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$, изменение угла падения $ \alpha $ ведет к изменению угла преломления $ \beta $. Следовательно, направление преломленных лучей, выходящих из воды, непрерывно изменяется.

Наш мозг для определения положения объекта продолжает пришедшие в глаз лучи по прямой линии. Поскольку направления этих лучей постоянно меняются, мнимое изображение предмета, которое строит мозг, непрерывно смещается в пространстве. Это быстрое и хаотичное смещение мнимого изображения и воспринимается нами как дрожание или колебание самого предмета.

Ответ: Кажущееся колебание предметов на дне водоема с неспокойной поверхностью вызвано явлением преломления света. Из-за волн и ряби на поверхности постоянно меняется угол наклона границы раздела вода-воздух. Это приводит к непрерывному изменению направления световых лучей, идущих от предметов к наблюдателю, и, как следствие, к постоянному смещению их мнимых изображений, что и создает иллюзию колебания.