Номер 1, страница 226 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

ПРОЕКТЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ

1. «Алмазы на траве, или почему роса сверкает» (возможная форма: презентация, реферат, опыты).

Сверкание капель росы, поэтично сравниваемое с алмазами на траве, является результатом сложного взаимодействия солнечного света с водой и объясняется фундаментальными законами оптики. Рассмотрим это явление по шагам.

1. Образование и форма капель росы

Для начала разберемся, что такое роса и почему её капли имеют характерную форму. Роса образуется, когда водяной пар в воздухе конденсируется на поверхностях (траве, листьях, паутине), температура которых опустилась ниже точки росы. Это обычно происходит прохладными, безветренными ночами.

Форму капель определяет явление поверхностного натяжения. Молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам воздуха. Эти силы стремятся минимизировать площадь поверхности жидкости. При заданном объеме минимальную площадь поверхности имеет шар. Поэтому маленькие капли росы принимают почти идеальную сферическую форму, которая является ключом к их оптическим свойствам.

Ответ: Роса — это вода, сконденсировавшаяся из воздуха на остывших поверхностях. Силы поверхностного натяжения придают каплям росы сферическую форму.

2. Оптические явления, вызывающие сверкание

Каждая капля росы работает как крошечная оптическая система, в которой свет претерпевает несколько преобразований:

• Преломление (Рефракция): Когда солнечный луч входит из воздуха в каплю воды (оптически более плотную среду), он преломляется, то есть изменяет свое направление. Поскольку поверхность капли выпуклая, она действует как собирающая линза, фокусируя свет внутри себя.
• Полное внутреннее отражение (ПВО): Достигнув задней стенки капли (границы вода-воздух), свет может либо выйти наружу, либо отразиться обратно внутрь. Если угол падения луча на эту границу превышает так называемый критический угол, происходит полное внутреннее отражение. Для границы вода-воздух критический угол $\theta_c$ составляет около $48.8^\circ$. Свет, испытавший ПВО, отражается от внутренней поверхности капли как от идеального зеркала и направляется обратно, к наблюдателю. Именно этот отраженный свет создает яркий, сверкающий блик.
• Дисперсия: Белый свет Солнца состоит из волн разной длины, которые мы воспринимаем как разные цвета. Показатель преломления воды немного зависит от длины волны: для фиолетового света он чуть больше, чем для красного. Из-за этого при преломлении на входе в каплю и выходе из нее белый свет расщепляется на спектр. Это явление называется дисперсией. Поэтому, если присмотреться, сверкание росы может переливаться всеми цветами радуги, что и роднит его с игрой света в ограненном алмазе.

Таким образом, капля росы, освещенная солнцем, собирает свет, отражает его от своей задней поверхности и посылает обратно в виде яркого, часто разноцветного луча.

Ответ: Сверкание росы обусловлено тремя оптическими явлениями в каплях-сферах: преломлением света на входе, полным внутренним отражением от задней стенки капли и дисперсией, которая разлагает белый свет на цвета радуги.

3. Эффект «алмазного ковра»

Почему же сверкает не вся трава одновременно, а мы видим отдельные мерцающие точки? Яркий блик от капли виден только тогда, когда Солнце, капля и глаз наблюдателя выстраиваются под определенным углом. Для каждой капли этот угол свой. Когда мы двигаемся, наше положение относительно Солнца и мириадов капель постоянно меняется. Поэтому мы последовательно попадаем в «зону блеска» то одних, то других капель. Это создает динамичную картину сверкающего и переливающегося поля, усыпанного «алмазами».

Ответ: Мы видим россыпь сверкающих «алмазов», потому что каждая отдельная капля сверкает только под определённым углом к наблюдателю и Солнцу. При нашем движении этот угол постоянно достигается для разных капель, создавая эффект мерцания по всей поверхности.

4. Простые опыты для демонстрации

Понять описанные явления можно с помощью простых опытов, которые легко провести самостоятельно.

• Эффект линзы: Возьмите пипетку и капните каплю воды на газетный текст. Вы увидите, что буквы под каплей увеличатся — капля работает как лупа, демонстрируя преломление света.
• Полное внутреннее отражение: Налейте воду в прозрачный стакан. Посмотрите снизу вверх на поверхность воды под углом. Вы увидите, что поверхность воды блестит как зеркало — это и есть ПВО. Более наглядно можно направить луч лазерной указки снизу вверх на поверхность воды под большим углом. Луч не выйдет из воды, а отразится от поверхности.
• Дисперсия: В солнечный день можно направить струю воды из пульверизатора или шланга с мелким распылителем против солнца. В облаке водяной пыли вы увидите радугу — это результат дисперсии света в мириадах капель.

Ответ: Явления преломления, полного внутреннего отражения и дисперсии, объясняющие сверкание росы, можно наблюдать в простых опытах с водой, стаканом и источником света.