Номер 2, страница 185 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

2. Можно ли наблюдать полное внутреннее отражение света при переходе света из воздуха в воду? Почему?

Нет, наблюдать явление полного внутреннего отражения света при переходе из воздуха в воду невозможно. Разберем почему.

Явление полного внутреннего отражения возникает только при выполнении двух обязательных условий:

1. Свет должен распространяться из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то есть из среды с бóльшим показателем преломления ($n_1$) в среду с меньшим показателем преломления ($n_2$). Математически это условие выглядит так: $n_1 > n_2$.
2. Угол падения луча на границу раздела сред ($\alpha$) должен быть больше или равен определённому для этой пары сред предельному (критическому) углу падения ($\alpha_{пр}$).

Рассмотрим переход света из воздуха в воду.

Дано:

Среда 1: воздух, показатель преломления $n_1 = n_{воздуха} \approx 1,00$.

Среда 2: вода, показатель преломления $n_2 = n_{воды} \approx 1,33$.

Найти:

Возможность наблюдения полного внутреннего отражения.

Решение:

Проверим выполнение первого условия. В нашем случае свет переходит из воздуха в воду, то есть из среды с показателем преломления $n_1 \approx 1,00$ в среду с показателем преломления $n_2 \approx 1,33$.

Мы видим, что $n_1 < n_2$ ($1,00 < 1,33$). Это означает, что свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную. Таким образом, первое и основное условие для возникновения полного внутреннего отражения не выполняется.

Докажем это математически с помощью закона преломления света (закона Снеллиуса):

$n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$

где $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления.

Полное внутреннее отражение начинается с предельного угла падения $\alpha_{пр}$, при котором угол преломления $\beta$ становится равным $90^\circ$. Подставим $\beta = 90^\circ$ в закон Снеллиуса, чтобы найти условие существования предельного угла:

$n_1 \sin\alpha_{пр} = n_2 \sin(90^\circ)$

$n_1 \sin\alpha_{пр} = n_2 \cdot 1$

$\sin\alpha_{пр} = \frac{n_2}{n_1}$

Для того чтобы это уравнение имело решение (чтобы существовал реальный угол $\alpha_{пр}$), значение синуса не должно превышать 1. То есть должно выполняться условие:

$\frac{n_2}{n_1} \le 1$, что равносильно $n_2 \le n_1$.

Для перехода из воздуха в воду мы имеем $n_1 = n_{воздуха}$ и $n_2 = n_{воды}$. Отношение $\frac{n_2}{n_1} = \frac{1,33}{1,00} = 1,33$.

Так как $1,33 > 1$, уравнение $\sin\alpha_{пр} = 1,33$ не имеет решений. Это означает, что предельного угла для перехода света из воздуха в воду не существует, и, следовательно, полное внутреннее отражение в этом случае невозможно ни при каком угле падения.

При переходе из воздуха в воду луч света всегда будет преломляться и входить в воду, причём угол преломления будет всегда меньше угла падения ($\beta < \alpha$).

Ответ: Нет, наблюдать полное внутреннее отражение при переходе света из воздуха в воду нельзя, потому что это явление возникает только при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, в то время как воздух является оптически менее плотной средой, чем вода ($n_{воздуха} < n_{воды}$).