Номер 68.21, страница 232 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 68. Преломление света. Глава 9. Оптические явления - номер 68.21, страница 232.

68.21° [1579°] Если глаз расположить сверху и сбоку над чашкой так, чтобы кусочек сахара в ней был не виден (рис. IX-35), и, не меняя положение глаза, налить в чашку воды, то кусочек сахара станет видимым. Объясните почему.

Рис. IX-35

Решение

Данное явление объясняется законами распространения и преломления света.

1. Чашка без воды. Когда чашка пуста, между кусочком сахара и глазом наблюдателя находится только воздух. Свет в однородной среде, такой как воздух, распространяется прямолинейно. Луч света, идущий от сахара в направлении глаза, перекрывается непрозрачным краем чашки. Поэтому мы не видим сахар.

2. Чашка с водой. Когда в чашку наливают воду, путь светового луча от сахара к глазу проходит через две среды: воду и воздух. Вода является оптически более плотной средой, чем воздух (показатель преломления воды $n_{воды} \approx 1,33$, а воздуха $n_{воздуха} \approx 1,00$).

На границе раздела "вода-воздух" луч света преломляется, то есть изменяет свое направление. Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса), при переходе из оптически более плотной среды в менее плотную, угол преломления $\beta$ (угол между преломленным лучом и нормалью к поверхности) оказывается больше угла падения $\alpha$ (угла между падающим лучом и нормалью). Математически это выражается как $n_{воды} \sin \alpha = n_{воздуха} \sin \beta$.

Из-за этого "изгиба" световой луч, который раньше упирался в край чашки, теперь огибает его и попадает в глаз наблюдателя. Наш мозг, обрабатывая информацию от глаза, воспринимает лучи света как прямые линии. Поэтому он строит мнимое изображение сахара там, откуда, как ему кажется, пришел прямой луч — то есть выше и ближе, чем сахар находится на самом деле. Именно это мнимое изображение сахара и становится видимым для наблюдателя.

Ответ: Кусочек сахара становится видимым благодаря явлению преломления света на границе вода-воздух. При переходе из воды (оптически более плотной среды) в воздух (менее плотную среду) световые лучи от сахара отклоняются (преломляются) таким образом, что могут обогнуть край чашки и попасть в глаз наблюдателя. В результате наблюдатель видит мнимое изображение сахара, которое кажется расположенным выше его истинного положения.