Номер 68.18, страница 232 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 68. Преломление света. Глава 9. Оптические явления - номер 68.18, страница 232.

68.18 [1576] Почему участки ткани, смоченные водой, кажутся нам более тёмными, чем сухие участки?

68.18 [1576]

Участки ткани, смоченные водой, кажутся нам более тёмными по сравнению с сухими участками из-за изменения характера отражения света от поверхности ткани. Это явление объясняется законами оптики, в частности, отражением и преломлением света на границе двух сред.

Во-первых, наше восприятие яркости объекта зависит от количества света, которое отражается от его поверхности и попадает в наши глаза. Чем больше света отражается, тем светлее кажется объект.

Сухая ткань состоит из множества тонких волокон, между которыми находятся воздушные промежутки. На микроскопическом уровне это очень неровная, шероховатая поверхность. Когда свет падает на сухую ткань, он испытывает сильное диффузное (рассеянное) отражение. Лучи света многократно отражаются от границ раздела «волокно-воздух» в самых разных направлениях. Значительная часть этого рассеянного света достигает глаз наблюдателя, поэтому сухая ткань выглядит относительно светлой.

Когда ткань смачивается, вода заполняет воздушные промежутки между волокнами. Теперь свет взаимодействует не с границей «волокно-воздух», а с границей «волокно-вода». Ключевую роль здесь играет различие в показателях преломления. Показатель преломления воздуха $n_{воздуха} \approx 1$, воды $n_{воды} \approx 1,33$, а волокон ткани (например, целлюлозы) $n_{волокна} \approx 1,55$.

Разница показателей преломления на границе «волокно-вода» ($1,55 - 1,33 = 0,22$) значительно меньше, чем на границе «волокно-воздух» ($1,55 - 1 = 0,55$). Чем меньше разница в показателях преломления двух сред, тем меньшая доля света отражается от их границы и, соответственно, большая доля света проходит сквозь границу (преломляется).

Таким образом, с поверхности мокрой ткани отражается и рассеивается гораздо меньше света. Основная часть световых лучей проникает вглубь структуры, в толщу воды и волокон. Там свет испытывает многократные внутренние переотражения и преломления, и с каждым таким взаимодействием часть его энергии поглощается материалом волокон. В результате свет оказывается «пойманным» внутри мокрой ткани, и лишь небольшая его часть возвращается обратно и попадает в наши глаза.

Поскольку от мокрого участка отражается значительно меньше света, чем от сухого, он и воспринимается нами как более тёмный.

Ответ: Участки ткани, смоченные водой, кажутся темнее, потому что вода, заполняя промежутки между волокнами, уменьшает долю рассеянного света, отраженного от поверхности. Это происходит из-за того, что показатель преломления воды ближе к показателю преломления волокон, чем у воздуха. В результате больше света проникает вглубь ткани, где он многократно переотражается и поглощается, и лишь малая часть света отражается обратно к наблюдателю.