Номер 68.15, страница 232 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 68. Преломление света. Глава 9. Оптические явления - номер 68.15, страница 232.

68.15* [1572*] Почему, оценивая на глаз глубину любого водоёма, мы всегда ошибаемся: глубина водоёма кажется нам меньшей, чем в действительности?

Решение

Это явление объясняется преломлением света на границе двух сред: воды и воздуха.

Свет, отраженный от объектов на дне водоема, распространяется из воды, которая является оптически более плотной средой, в воздух — оптически менее плотную среду. Согласно законам оптики, при переходе из более плотной среды в менее плотную световой луч преломляется, отклоняясь от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела сред.

Наш глаз и мозг устроены так, что они воспринимают распространение света как прямолинейное. Поэтому мозг строит изображение объекта, продолжая преломленные лучи, попавшие в глаз, в обратном направлении по прямой. Точка, где пересекаются эти воображаемые прямые, и есть то место, где нам видится объект.

Из-за того, что лучи света от дна на выходе из воды отклонились от нормали, их прямолинейные продолжения пересекаются на меньшей глубине, чем находится реальное дно. В результате создается мнимое изображение дна, которое расположено ближе к поверхности. Таким образом, кажущаяся глубина $h$ всегда оказывается меньше действительной глубины $H$.

Это соотношение можно описать математически. Для наблюдателя, смотрящего на дно под углом, близким к прямому, кажущаяся глубина связана с действительной через показатель преломления воды $n$ (для воды $n \approx 1.33$): $h \approx \frac{H}{n}$

Поскольку показатель преломления воды больше единицы ($n > 1$), то кажущаяся глубина $h$ всегда будет меньше действительной глубины $H$. Например, объект на глубине 1 метр будет казаться находящимся на глубине примерно $1 / 1.33 \approx 0.75$ метра.

Ответ: Глубина водоема кажется нам меньше действительной из-за явления преломления света на границе раздела вода-воздух. Лучи света, идущие от дна, выходя из воды в воздух, отклоняются от перпендикуляра к поверхности. Наш мозг воспринимает положение дна в точке пересечения мнимых продолжений этих преломленных лучей, которая находится выше, чем реальное дно, создавая оптическую иллюзию меньшей глубины.