Номер 1343, страница 147 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

8 класс. Световые явления. 49. Преломление света. Закон преломления света - номер 1343, страница 147.

Решение.

Решение

Явление, из-за которого пустая пробирка в воде кажется зеркальной, называется полным внутренним отражением света. Это явление наблюдается, когда свет пытается перейти из оптически более плотной среды в оптически менее плотную под углом, превышающим определённое значение, называемое критическим углом.

В данном случае луч света проходит из воды в стеклянную стенку пробирки, а затем пытается выйти из стекла в воздух, который находится внутри пустой пробирки. Среды в данном случае — это стекло и воздух. Показатель преломления стекла ($n_{стекла} \approx 1.5$) больше, чем показатель преломления воздуха ($n_{воздуха} \approx 1.0$). Таким образом, свет переходит из оптически более плотной среды (стекло) в оптически менее плотную (воздух), что является необходимым условием для полного внутреннего отражения.

Из-за цилиндрической формы пробирки и её наклонного положения лучи света, падающие сверху, ударяются о внутреннюю стенку пробирки (границу стекло-воздух) под большими углами падения $ \alpha $. Эти углы оказываются больше критического угла $ \alpha_{кр} $ для пары сред "стекло-воздух".

Критический угол полного внутреннего отражения определяется соотношением: $ \sin(\alpha_{кр}) = \frac{n_{воздуха}}{n_{стекла}} $

Подставляя числовые значения, получаем: $ \sin(\alpha_{кр}) \approx \frac{1.0}{1.5} \approx 0.667 $

Отсюда критический угол составляет $ \alpha_{кр} = \arcsin(0.667) \approx 42^{\circ} $.

Поскольку лучи света падают на внутреннюю поверхность под углом $ \alpha > \alpha_{кр} $, они не преломляются, то есть не выходят в воздух, а полностью отражаются от этой границы обратно в стекло, а затем в воду и к глазу наблюдателя. Эта поверхность работает как идеальное зеркало, поэтому пробирка кажется блестящей, зеркальной.

Ответ: Пробирка кажется зеркальной из-за явления полного внутреннего отражения света на границе между стеклом и воздухом внутри пробирки. Свет, переходя из оптически более плотной среды (стекло) в менее плотную (воздух), падает на границу раздела под углом, превышающим критический, и полностью отражается, создавая зеркальный эффект.