Номер 27.22, страница 139 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Оптические явления. 27. Преломление света - номер 27.22, страница 139.

Условие.

27.22. Объясните с помощью схематического рисунка, почему при взгляде сверху глубина озера кажется меньшей, чем она есть на самом деле.

Решение.

Глубина озера кажется меньшей, чем она есть на самом деле, из-за явления преломления света на границе двух сред: воды и воздуха. Свет, отраженный от дна озера, переходит из воды (оптически более плотной среды) в воздух (оптически менее плотную среду), прежде чем попасть в глаза наблюдателю.

Рассмотрим ход лучей света от некоторой точки O (объект) на дне озера. Когда луч света выходит из воды в воздух, он преломляется, изменяя свое направление. Согласно закону преломления, луч отклоняется от перпендикуляра (нормали) к поверхности раздела сред. Это означает, что угол преломления $β$ (в воздухе) становится больше угла падения $α$ (в воде).

Человеческий мозг не воспринимает искривление лучей света и предполагает, что они распространялись по прямой. Поэтому для наблюдателя кажется, что преломленные лучи исходят из точки I, которая является мнимым изображением объекта O. Эта точка находится на пересечении продолжений преломленных лучей. Как показано на схематическом рисунке ниже, это мнимое изображение I расположено на меньшей глубине, чем реальный объект O.

Таким образом, кажущаяся глубина $\text{h}$ всегда меньше реальной глубины $\text{H}$.

Схематический рисунок явления:

Математически, для наблюдателя, смотрящего почти вертикально вниз, связь между реальной глубиной $\text{H}$, кажущейся глубиной $\text{h}$ и абсолютным показателем преломления воды $\text{n}$ выражается формулой:

$h = \frac{H}{n}$

Поскольку показатель преломления воды $n \approx 1.33$ (то есть $n > 1$), то кажущаяся глубина $\text{h}$ всегда будет меньше реальной глубины $\text{H}$.

Ответ: Глубина озера кажется меньшей из-за преломления света на границе вода-воздух. Лучи света, идущие от дна, при выходе из воды в воздух отклоняются от нормали. В результате их мнимые продолжения пересекаются на меньшей глубине, чем реальное дно, создавая его изображение, которое и видит наблюдатель.