Номер 7.86, страница 157 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 7. Геометрическая оптика. Преломление света. Полное внутреннее отражение - номер 7.86, страница 157.

Условие.

7.86. Чем ближе к поверхности Земли, тем больше оптическая плотность воздуха. Как скажется это на ходе луча, падающего в атмосферу Земли из космоса?

Решение.

Решение

Данное явление связано с преломлением света в неоднородной среде. Оптическая плотность среды напрямую связана с ее показателем преломления $\text{n}$: чем больше оптическая плотность, тем больше показатель преломления.

Космическое пространство является оптически менее плотной средой (показатель преломления близок к 1), чем атмосфера Земли. Согласно условию задачи, оптическая плотность воздуха, а значит и его показатель преломления $\text{n}$, увеличивается по мере приближения к поверхности Земли. Таким образом, атмосфера представляет собой среду с плавно изменяющимся (растущим) показателем преломления по направлению к Земле.

Атмосферу можно мысленно разделить на множество очень тонких горизонтальных слоев, у каждого из которых показатель преломления немного больше, чем у слоя, расположенного выше. Когда световой луч из космоса попадает в атмосферу, он переходит из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим. В соответствии с законом преломления света (законом Снеллиуса), $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$, при переходе луча в оптически более плотную среду ($n_2 > n_1$) угол преломления $\beta$ будет меньше угла падения $\alpha$. Это означает, что луч будет отклоняться к нормали (перпендикуляру), проведенной к границе раздела слоев.

Так как показатель преломления в атмосфере меняется непрерывно, световой луч будет не преломляться один раз, а плавно искривляться на всем своем пути. Его траектория будет представлять собой кривую, вогнутую в сторону области с большим показателем преломления, то есть в сторону поверхности Земли. Это явление носит название атмосферной рефракции.

Ответ: Луч света, падающий из космоса в атмосферу Земли, будет искривлять свою траекторию. Он будет двигаться по плавной кривой, вогнутой в сторону земной поверхности.