Номер 18.28, страница 114 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Оптика. 18. Законы геометрической оптики - номер 18.28, страница 114.

Условие.

18.28**. Почему мокрый асфальт темнее сухого? Почему аналогичное явление не наблюдается для полированного гранита?

Решение.

Решение 2.

Почему мокрый асфальт темнее сухого?

Поверхность сухого асфальта является шероховатой и пористой. Когда свет падает на такую поверхность, он испытывает диффузное отражение, то есть рассеивается во всех направлениях. Значительная часть этого рассеянного света попадает в глаза наблюдателю, поэтому сухой асфальт выглядит относительно светлым, серого цвета.

Когда асфальт намокает, тонкая пленка воды заполняет все неровности и поры, делая поверхность более гладкой. Теперь свет взаимодействует в первую очередь с границей раздела воздух-вода. Часть света зеркально отражается от гладкой поверхности воды. Если наблюдатель не находится под углом, равным углу падения, этот зеркально отраженный свет не попадет ему в глаза.

Основная же часть света преломляется и входит в воду. Далее, на границе вода-асфальт, свет снова частично отражается и частично поглощается. Поскольку показатель преломления воды ($n_{воды} \approx 1.33$) ближе к показателю преломления компонентов асфальта, чем показатель преломления воздуха ($n_{воздуха} \approx 1.0$), то на границе вода-асфальт отражается меньшая доля света по сравнению с границей воздух-асфальт. Кроме того, свет, попавший в пленку воды, может испытывать многократные внутренние отражения, что увеличивает вероятность его поглощения темным материалом асфальта.

В результате, из-за уменьшения диффузного рассеяния и увеличения поглощения, до наблюдателя доходит значительно меньше света от мокрого асфальта, чем от сухого. Поэтому мокрый асфальт кажется нам темнее.

Ответ: Мокрый асфальт темнее сухого, потому что пленка воды сглаживает его шероховатую поверхность, уменьшая диффузное рассеяние света и увеличивая его поглощение. Вместо рассеивания во все стороны, свет либо зеркально отражается в одном направлении, либо поглощается асфальтом после прохождения через воду.

Почему аналогичное явление не наблюдается для полированного гранита?

Полированный гранит, в отличие от асфальта, изначально имеет очень гладкую, а не пористую поверхность. Падающий на него свет и в сухом состоянии отражается преимущественно зеркально, а не диффузно.

Когда на поверхность полированного гранита попадает вода, она лишь создает тонкую гладкую пленку на уже существующей гладкой поверхности. Характер отражения света при этом принципиально не меняется — оно остается преимущественно зеркальным. Основной эффект, делающий мокрый асфальт темнее, — это переход от диффузного отражения к зеркальному — для гранита отсутствует.

Из-за разницы в показателях преломления воды и воздуха может незначительно измениться коэффициент отражения, но это изменение не приводит к такому разительному потемнению, как в случае с асфальтом, где кардинально меняется сама структура отражающей поверхности.

Ответ: Для полированного гранита аналогичное явление не наблюдается, так как его поверхность изначально гладкая и отражает свет зеркально. Нанесение пленки воды не меняет кардинально характер отражения, в отличие от асфальта, где происходит переход от диффузного отражения к зеркальному.