Номер 27.34, страница 141 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Оптические явления. 27. Преломление света - номер 27.34, страница 141.

Условие.

27.34. В жарких пустынях иногда наблюдают мираж: вдалеке «возникает» поверхность водоема. Какими физическими явлениями обусловлен такой мираж?

От микроба до Вселенной — краткий путь, Надо в линзы лишь другие заглянуть! Э. Г. Братута

Решение.

Решение

Мираж в жарких пустынях, который выглядит как поверхность водоема, является оптическим явлением, обусловленным совокупностью нескольких физических процессов.

1. Неоднородность атмосферы. Поверхность пустыни, например, песок или асфальт, сильно нагревается солнечными лучами. Вследствие этого нижние слои воздуха, контактирующие с горячей поверхностью, становятся очень горячими, в то время как верхние слои остаются значительно холоднее. Это создает резкий вертикальный градиент температуры: температура воздуха уменьшается с увеличением высоты над землей.

2. Зависимость показателя преломления от температуры. Оптическая плотность воздуха, а следовательно, и его показатель преломления ($\text{n}$), напрямую зависит от его физической плотности. Горячий воздух менее плотный, чем холодный. Поэтому у поверхности земли образуется слой воздуха с меньшим показателем преломления, а с высотой показатель преломления плавно увеличивается. Воздух становится оптически неоднородной средой.

3. Искривление световых лучей (атмосферная рефракция). Световые лучи, идущие от удаленных объектов (например, от неба или верхушек деревьев) к наблюдателю, проходят через эти слои воздуха с разным показателем преломления. Согласно закону преломления света, при переходе из среды с большим показателем преломления (более холодный воздух) в среду с меньшим показателем преломления (более горячий воздух) лучи света отклоняются. В данном случае они изгибаются по дуге вверх, удаляясь от поверхности земли.

4. Полное внутреннее отражение. Для лучей света, идущих от неба под достаточно малым углом к горизонту, угол падения на условную границу между слоями воздуха может превысить так называемый предельный угол. В этом случае происходит явление полного внутреннего отражения. Свет не достигает поверхности земли, а отражается от более горячего и разреженного слоя воздуха, как от зеркала, и направляется вверх, к глазам наблюдателя.

В результате этих явлений наблюдатель видит два изображения объекта: одно прямое (сформированное лучами, идущими напрямую) и второе — перевернутое мнимое изображение, созданное лучами, которые отразились от нижних слоев воздуха. Мозг человека воспринимает отраженные лучи так, как будто они исходят от точки, расположенной под землей. Таким образом, изображение голубого неба проецируется на землю, создавая иллюзию водной поверхности. Колебания и турбулентные потоки горячего воздуха заставляют это "отражение" мерцать и дрожать, что еще больше усиливает сходство с рябью на воде.

Ответ:

Такой мираж обусловлен искривлением световых лучей в неоднородно нагретых слоях атмосферы у поверхности земли. Из-за сильного нагрева земли нижние слои воздуха становятся менее плотными и имеют меньший показатель преломления, чем верхние. Лучи света от неба или далеких объектов, проходя через эти слои, изгибаются вверх и испытывают полное внутреннее отражение. В результате наблюдатель видит на земле мнимое изображение неба, которое воспринимается как поверхность водоема.