Номер 18.13, страница 112 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Оптика. 18. Законы геометрической оптики - номер 18.13, страница 112.

Условие.

18.13*. Ранним утром Солнце, отраженное от поверхности спокойной воды, слепит глаза, а в полдень на изображение Солнца в воде можно смотреть даже без темных очков. Почему?

Решение.

Решение 2.

Решение

Это явление объясняется зависимостью отражательной способности (коэффициента отражения) поверхности воды от угла падения солнечных лучей. Чем больше угол падения (угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности), тем больше света отражается.

Ранним утром Солнце находится низко над горизонтом. Его лучи падают на поверхность воды под очень большим углом, близким к $90^\circ$ (так называемое скользящее падение). При таких углах коэффициент отражения от поверхности воды очень велик, и большая часть световой энергии отражается. Это яркое отражение и слепит глаза.

В полдень Солнце находится высоко в небе, почти в зените. Лучи падают на воду практически перпендикулярно, то есть угол падения близок к $0^\circ$. При нормальном (перпендикулярном) падении коэффициент отражения минимален. Его можно рассчитать по формуле Френеля для неполяризованного света:

$R = \left( \frac{n_2 - n_1}{n_2 + n_1} \right)^2$

где $n_1 \approx 1$ – показатель преломления воздуха, а $n_2 \approx 1,33$ – показатель преломления воды. Расчет дает:

$R = \left( \frac{1,33 - 1}{1,33 + 1} \right)^2 \approx 0,02$

Это означает, что в полдень от поверхности воды отражается лишь около 2% падающего солнечного света, а основная часть (98%) проходит в воду, преломляясь. Интенсивность такого слабого отражения недостаточна, чтобы ослепить, поэтому на него можно смотреть без темных очков.

Ответ: Разница в яркости отражения объясняется тем, что отражательная способность воды сильно зависит от угла падения солнечных лучей. Утром, когда Солнце низко, угол падения велик, и отражается большая часть света, создавая слепящий блик. В полдень, когда Солнце высоко, угол падения мал, и отражается лишь малая доля света (около 2%), поэтому отражение неяркое.