Номер 68.20, страница 232 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 68. Преломление света. Глава 9. Оптические явления - номер 68.20, страница 232.

68.20 [1578] Не делая построений, объясните, почему мы видим изображения предметов (например, камней), лежащих на дне водоёма, слегка колеблющимися, если поверхность воды немного волнистая.

Решение

Мы видим предметы, такие как камни на дне водоёма, потому что световые лучи, отраженные от них, достигают наших глаз. На своем пути от камня к глазу наблюдателя свет проходит из одной оптической среды (воды) в другую (воздух).

При переходе из одной среды в другую на границе их раздела свет меняет свое направление — это явление называется преломлением света. Угол, под которым преломляется луч, зависит от угла падения и показателей преломления двух сред. Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса), $n_1 \sin{\alpha} = n_2 \sin{\beta}$, где $n_1$ и $n_2$ — показатели преломления сред, а $\alpha$ и $\beta$ — углы падения и преломления соответственно. Важно, что эти углы отсчитываются от нормали, то есть перпендикуляра, восстановленного к поверхности раздела сред в точке падения луча.

Когда поверхность воды спокойна и абсолютно плоская, нормаль к ней в любой точке направлена строго вертикально. Все лучи от неподвижного камня преломляются на такой поверхности одинаково, и мы видим четкое, неподвижное мнимое изображение камня (которое кажется расположенным ближе к поверхности, чем сам камень).

Однако, если на поверхности воды есть даже небольшие волны (рябь), то эта поверхность перестает быть плоской. Она представляет собой совокупность множества небольших участков, постоянно меняющих свой наклон. Следовательно, нормаль к поверхности в точке, где луч света выходит из воды, непрерывно изменяет свое направление.

Из-за этого постоянного изменения ориентации нормали угол падения лучей на границу раздела сред, а значит и угол преломления, также непрерывно меняются. Лучи, идущие от одной и той же точки камня, после преломления на волнистой поверхности попадают в глаз наблюдателя под разными углами в разные моменты времени. Наш мозг, проецируя эти лучи обратно по прямой, формирует мнимое изображение, положение которого постоянно смещается. Это смещение мы и воспринимаем как колебание или дрожание изображения.

Ответ: Изображения предметов на дне водоёма кажутся колеблющимися, потому что волнистая поверхность воды непрерывно изменяет свой наклон. Это приводит к постоянному изменению направления нормали к поверхности, из-за чего лучи света от предметов преломляются под постоянно меняющимися углами. В результате мнимое изображение, воспринимаемое глазом, постоянно смещается, что и создает эффект колебания.