Номер 68.16, страница 232 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 68. Преломление света. Глава 9. Оптические явления - номер 68.16, страница 232.

Рис. IX-33

68.16* [1573*] Положение всплывающего пузырька воздуха S и глаза наблюдателя относительно поверхности воды в сосуде показано на рисунке IX-34. Выбрав два луча, начертите их примерный ход и укажите положение мнимого изображения пузырька, видимое глазом.

Рис. IX-34

Решение

Для определения положения мнимого изображения пузырька воздуха S, видимого глазом, необходимо построить ход как минимум двух световых лучей, исходящих из точки S и попадающих в глаз наблюдателя. Свет от пузырька распространяется в воде, а затем, выходя в воздух, попадает в глаз. При переходе из одной среды в другую (из воды в воздух) свет преломляется.

Показатель преломления воды (оптически более плотная среда, $n_1 \approx 1,33$) больше показателя преломления воздуха (оптически менее плотная среда, $n_2 \approx 1,00$). Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса):

$n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$

где $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления (углы отсчитываются от нормали к поверхности раздела сред). Так как $n_1 > n_2$, то из формулы следует, что $\sin \beta > \sin \alpha$, и, следовательно, угол преломления $\beta$ будет больше угла падения $\alpha$. Это означает, что луч света при выходе из воды в воздух отклоняется от перпендикуляра к поверхности.

Построим ход двух лучей:

1. Первый луч. Выберем луч, который идет от пузырька S вертикально вверх, перпендикулярно поверхности воды. Угол падения для этого луча равен нулю ($\alpha_1 = 0^\circ$). Следовательно, и угол преломления будет равен нулю ($\beta_1 = 0^\circ$). Этот луч не меняет своего направления при переходе из воды в воздух.
2. Второй луч. Выберем второй луч, идущий из точки S под некоторым произвольным углом к поверхности. В точке, где этот луч достигает границы "вода-воздух", он преломляется. Согласно закону преломления, преломленный луч отклонится от нормали (перпендикуляра к поверхности) на больший угол, чем угол падения ($\beta_2 > \alpha_2$).

Построение изображения

Два преломленных луча, вышедшие в воздух, являются расходящимися. Наш мозг и глаз воспринимают эти расходящиеся лучи так, как если бы они исходили из одной точки. Чтобы найти эту точку — мнимое изображение S' — необходимо мысленно продолжить преломленные лучи в обратном направлении (вглубь воды) до их пересечения.

Точка пересечения S' этих продолжений и будет являться мнимым изображением пузырька. Поскольку преломленные лучи отклоняются от нормали и расходятся сильнее, чем исходные, их продолжения пересекутся в точке S', которая расположена выше реального пузырька S, то есть ближе к поверхности. Таким образом, наблюдателю будет казаться, что глубина, на которой находится пузырек, меньше, чем на самом деле.

На рисунке ниже показан ход лучей и построение мнимого изображения S'.

Ответ:

Мнимое изображение пузырька воздуха S' будет находиться выше его реального положения S. Наблюдателю, смотрящему на пузырек из воздуха, будет казаться, что он расположен на меньшей глубине, чем есть на самом деле, из-за преломления света на границе раздела сред "вода-воздух".