Номер 27.27, страница 139 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Оптические явления. 27. Преломление света - номер 27.27, страница 139.

Условие.

27.27. Если посмотреть вдоль палочки, погруженной в воду, палочка покажется изломанной. В какую сторону? Проверьте свое предположение на опыте и объясните явление, сделав схематический рисунок, показывающий ход лучей.

Решение.

В какую сторону?

Палочка, погруженная в воду, кажется изломанной вверх, в сторону поверхности воды. Погруженная в воду часть палочки будет казаться короче и расположенной ближе к поверхности, чем она есть на самом деле.

Ответ: Палочка покажется изломанной вверх, к поверхности воды.

Объяснение явления

Наблюдаемый эффект вызван физическим явлением — преломлением света. Свет распространяется с разной скоростью в разных средах. Вода является оптически более плотной средой, чем воздух. Когда лучи света, отраженные от погруженной части палочки, переходят из воды в воздух, они изменяют свое направление на границе раздела сред.

Этот процесс описывается законом преломления света (законом Снеллиуса):
$n_1 \sin{\alpha} = n_2 \sin{\beta}$
где $n_1$ и $n_2$ — абсолютные показатели преломления первой (вода) и второй (воздух) сред, $\alpha$ — угол падения (угол между падающим лучом и нормалью к поверхности), а $\beta$ — угол преломления (угол между преломленным лучом и нормалью).

Поскольку показатель преломления воды ($n_1 \approx 1,33$) больше показателя преломления воздуха ($n_2 \approx 1,0$), то для сохранения равенства угол преломления $\beta$ должен быть больше угла падения $\alpha$. Это значит, что световой луч, выходя из воды, отклоняется дальше от перпендикуляра к поверхности.

Человеческий глаз и мозг воспринимают свет так, будто он распространяется по прямой линии. Поэтому для наблюдателя кажется, что лучи исходят из точки, расположенной на продолжении преломленных лучей. Эта точка (мнимое изображение) находится выше (ближе к поверхности), чем реальное положение точки на палочке. В результате вся подводная часть палочки кажется приподнятой, и на границе воды и воздуха палочка выглядит изломанной.

Ответ: Явление объясняется преломлением света на границе вода-воздух. Лучи света от подводной части палочки, выходя в воздух, отклоняются так, что их мнимое продолжение создает изображение, которое кажется расположенным ближе к поверхности.

Схематический рисунок, показывающий ход лучей

Ответ: Схематический рисунок демонстрирует, как лучи света от точки P на подводной части палочки преломляются на границе вода-воздух, отклоняясь от нормали (угол преломления $\beta$ больше угла падения $\alpha$). Для наблюдателя, чей мозг продолжает лучи по прямой, кажется, что они исходят из мнимого изображения P', расположенного выше реальной точки P.