Номер 18.14, страница 112 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Оптика. 18. Законы геометрической оптики - номер 18.14, страница 112.

Условие.

18.14*. Почему толченое стекло непрозрачно? Почему оно становится прозрачным, если погрузить его в воду?

Решение.

Решение 2.

Почему толченое стекло непрозрачно?

Каждый отдельный осколок толченого стекла является прозрачным. Однако, когда они собраны вместе в виде порошка или мелких частиц, свет, проходя через них, встречает множество границ раздела сред "стекло-воздух". Показатели преломления стекла ($n_{стекла} \approx 1.5$) и воздуха ($n_{воздуха} \approx 1.0$) сильно различаются. Из-за этого на каждой границе, которую встречает световой луч, происходит и преломление, и частичное отражение. Поскольку осколки имеют неправильную форму и их грани расположены хаотично, свет многократно преломляется и отражается в самых разных направлениях. Этот процесс называется диффузным рассеянием. В результате свет, прошедший через слой толченого стекла, оказывается рассеянным во все стороны, а не идет направленным пучком. Это и создает эффект непрозрачности, подобно тому, как непрозрачным кажется снег, состоящий из прозрачных ледяных кристалликов.

Ответ: Толченое стекло непрозрачно из-за многократного хаотичного преломления и отражения света на многочисленных границах "стекло-воздух", что приводит к сильному рассеиванию света.

Почему оно становится прозрачным, если погрузить его в воду?

Когда толченое стекло погружают в воду, она заполняет пустоты между осколками, вытесняя воздух. Теперь световой луч проходит через границы раздела "стекло-вода". Показатель преломления воды ($n_{воды} \approx 1.33$) гораздо ближе к показателю преломления стекла ($n_{стекла} \approx 1.5$), чем показатель преломления воздуха. Чем меньше разница в показателях преломления двух сред, тем слабее свет отражается и преломляется на их границе. В случае с водой и стеклом свет отклоняется от своего первоначального направления гораздо меньше. Рассеивание света значительно уменьшается, и вся система (вода + осколки стекла) становится оптически более однородной. В результате толченое стекло в воде начинает пропускать свет почти так же, как и цельный кусок стекла, то есть становится прозрачным.

Ответ: При погружении в воду воздух между осколками заменяется водой, показатель преломления которой ($n_{воды} \approx 1.33$) близок к показателю преломления стекла ($n_{стекла} \approx 1.5$). Это резко уменьшает степень отражения и преломления света на границах раздела, свет рассеивается намного слабее, и толченое стекло становится прозрачным.