Номер 18.24, страница 114 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Оптика. 18. Законы геометрической оптики - номер 18.24, страница 114.

Условие.

18.24*. В жарких пустынях иногда наблюдается мираж: вдалеке «возникает» поверхность водоема. Какими физическими явлениями обусловлен такой мираж?

Решение.

Решение 2.

Мираж в виде водоема в пустыне — это оптическое явление, вызванное искривлением световых лучей в неоднородной атмосфере. В основе этого явления лежат рефракция света и полное внутреннее отражение.

В жаркий день поверхность земли (песок) сильно нагревается и передает тепло прилегающему слою воздуха. В результате у самой земли воздух оказывается очень горячим и, следовательно, менее плотным. Вышележащие слои воздуха остаются более прохладными и плотными. Показатель преломления света $\text{n}$ в воздухе напрямую зависит от его плотности: чем плотнее воздух, тем выше его показатель преломления. Таким образом, у поверхности земли создается градиент показателя преломления — он плавно уменьшается по мере приближения к земле.

Лучи света от удаленных объектов, например, от голубого неба, распространяются во всех направлениях. Те лучи, что идут к наблюдателю под небольшим углом к горизонту, входят в слои все более горячего и менее плотного воздуха. При переходе из оптически более плотной среды (холодный воздух) в оптически менее плотную (горячий воздух) свет преломляется, изгибаясь вверх, в сторону от земли. Траектория луча становится криволинейной.

При определенном угле падения на очередной слой воздуха происходит явление полного внутреннего отражения: луч не проходит дальше вниз, а полностью отражается и начинает двигаться вверх, снова проходя через слои воздуха, но уже в обратном порядке (от менее плотных к более плотным). В результате изогнутый луч света от неба попадает в глаз наблюдателя снизу.

Поскольку человеческий мозг воспринимает свет как распространяющийся прямолинейно, он проецирует источник этого луча по прямой линии. В итоге наблюдателю кажется, что он видит отражение неба от поверхности, расположенной на земле. Это мнимое изображение неба и создает иллюзию водной глади. Дрожание и переливы "воды" вызваны турбулентностью и постоянным движением нагретых воздушных масс.

Ответ:

Мираж в жарких пустынях обусловлен двумя основными физическими явлениями: рефракцией (преломлением) света в неоднородно нагретых слоях атмосферы и полным внутренним отражением. Из-за сильного нагрева от поверхности земли нижние слои воздуха становятся менее плотными, и их оптическая плотность (показатель преломления) уменьшается. Лучи света от неба, проходя под малым углом к горизонту через эти слои, искривляются и отражаются вверх, попадая в глаз наблюдателя. Мозг воспринимает это как отражение неба от поверхности воды на земле.