Номер 68.17, страница 232 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 68. Преломление света. Глава 9. Оптические явления - номер 68.17, страница 232.

68.17° [1574°] Почему мнимое изображение предмета (например, карандаша) при одном и том же освещении в воде получается менее ярким, чем в зеркале?

Решение

Яркость мнимого изображения напрямую зависит от интенсивности световых лучей, которые формируют это изображение и достигают глаз наблюдателя. Сравним процессы формирования изображения в зеркале и на поверхности воды.

В случае с обычным плоским зеркалом свет от предмета падает на специально подготовленную отражающую поверхность. Как правило, это тонкий слой металла (например, серебра или алюминия), нанесенный на стекло. Такая поверхность обладает очень высоким коэффициентом отражения — она отражает более 90% падающего на нее света. Благодаря этому почти весь свет, идущий от предмета к зеркалу, участвует в построении мнимого изображения, делая его ярким и четким.

Когда же мы смотрим на отражение предмета в воде, роль зеркала выполняет граница раздела двух прозрачных сред: воздуха и воды. На этой границе световые лучи от предмета разделяются на две части. Одна, меньшая часть, отражается от поверхности, а другая, большая часть, преломляется и уходит вглубь воды. Мнимое изображение создается только отраженными лучами.

Доля отраженного света от поверхности воды несравненно меньше, чем от зеркала. Для света, падающего на воду из воздуха почти перпендикулярно, коэффициент отражения $R$ можно рассчитать по формуле, связывающей показатели преломления воздуха ($n_1 \approx 1,0$) и воды ($n_2 \approx 1,33$):

$R = \left( \frac{n_1 - n_2}{n_1 + n_2} \right)^2 = \left( \frac{1,0 - 1,33}{1,0 + 1,33} \right)^2 \approx 0,02$

Таким образом, от гладкой поверхности воды отражается всего около 2% световой энергии, в то время как зеркало отражает более 90%. Поскольку в глаз наблюдателя от поверхности воды попадает значительно меньше света, чем от зеркала, мнимое изображение в воде и получается менее ярким.

Ответ: Мнимое изображение предмета, создаваемое отражением от поверхности воды, получается менее ярким, чем в зеркале, так как поверхность воды отражает лишь малую часть падающего на нее света (около 2% при нормальном падении), в то время как большая часть света преломляется и уходит в воду. Зеркало же отражает более 90% света, что создает значительно более яркое изображение.