Страница 210 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. В чём состоит явление преломления света? Приведите примеры.

В чём состоит явление преломления света?

Явление преломления света — это изменение направления распространения светового луча при его переходе из одной прозрачной среды в другую. Это происходит на границе раздела двух сред, обладающих разными оптическими свойствами.

Причиной преломления является то, что скорость распространения света в разных средах различна. Скорость света в любой среде ($v$) всегда меньше, чем его скорость в вакууме ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с). Физическая величина, характеризующая оптические свойства среды, называется абсолютным показателем преломления ($n$). Она показывает, во сколько раз скорость света в среде меньше, чем в вакууме:

$n = \frac{c}{v}$

Чем больше показатель преломления, тем среда считается оптически более плотной, и тем медленнее в ней распространяется свет.

Закон преломления света (закон Снеллиуса) устанавливает точное соотношение между углами и показателями преломления:

1. Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр (нормаль), восстановленный к границе раздела сред в точке падения, лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения ($ \alpha $) к синусу угла преломления ($ \gamma $) есть величина постоянная для этих двух сред и равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой:

$ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = \frac{n_2}{n_1} $

Здесь $n_1$ и $n_2$ — это абсолютные показатели преломления первой и второй сред, а углы $ \alpha $ (угол падения) и $ \gamma $ (угол преломления) отсчитываются от перпендикуляра к границе раздела.

Таким образом, при переходе из оптически менее плотной среды в более плотную (например, из воздуха в стекло, где $n_{воздуха} < n_{стекла}$), световой луч отклоняется, приближаясь к перпендикуляру ($ \gamma < \alpha $). При переходе в оптически менее плотную среду (из воды в воздух, где $n_{воды} > n_{воздуха}$) — луч отклоняется, удаляясь от перпендикуляра ($ \gamma > \alpha $).

Приведите примеры.

Примеры явления преломления света, которые можно наблюдать в природе и использовать в технике:

Кажущийся "излом" ложки в стакане с водой: Часть ложки, находящаяся в воде, выглядит приподнятой и изогнутой у поверхности воды. Это происходит потому, что лучи света, отраженные от подводной части ложки, преломляются на границе вода-воздух, изменяя свое направление перед тем, как попасть в наши глаза.

Уменьшение видимой глубины водоема: Дно бассейна или реки кажется расположенным ближе к поверхности, чем на самом деле. Это также объясняется преломлением света на выходе из воды в воздух. Наш мозг воспринимает идущие от дна лучи так, будто они распространялись прямолинейно, что и создает иллюзию меньшей глубины.

Работа линз: Все оптические приборы, использующие линзы (очки, лупы, микроскопы, телескопы, объективы фото- и видеокамер), основаны на явлении преломления. Линзы имеют специально рассчитанную кривизну поверхностей, чтобы преломлять лучи света и собирать их в фокусе (собирающие линзы) или рассеивать (рассеивающие линзы) для формирования необходимого изображения.

Радуга: Это красивое атмосферное оптическое явление возникает, когда солнечный свет преломляется и разлагается в спектр (это явление называется дисперсией) в каплях воды (дождя или тумана). Поскольку показатель преломления воды немного зависит от длины волны света, лучи разных цветов (от красного до фиолетового) преломляются под немного разными углами, создавая видимую цветную дугу на небе.

Миражи: Иллюзия "озера" на горячем асфальте или в пустыне — это результат преломления света в неоднородно нагретых слоях воздуха. Свет от неба или удаленных объектов изгибается, проходя через слои воздуха с разной температурой (и, следовательно, разной оптической плотностью), и приходит к глазу наблюдателя снизу, создавая мнимое изображение, похожее на отражение в воде.

Ответ: Явление преломления света заключается в изменении направления светового луча при его прохождении через границу раздела двух сред с разными оптическими плотностями. Это явление обусловлено разницей в скорости распространения света в этих средах. Примерами служат: кажущийся изгиб предметов на границе воды и воздуха (ложка в стакане), уменьшение видимой глубины водоёмов, функционирование линз в оптических приборах (очки, фотоаппараты), образование радуги в результате преломления света в каплях дождя и возникновение миражей.

2. Сформулируйте закон преломления света.

2. Закон преломления света (также известный как закон Снеллиуса или закон Снелла) описывает изменение направления распространения светового луча при его переходе через границу раздела двух различных по оптической плотности прозрачных сред. Закон формулируется в виде двух положений.

Первое положение: падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр (нормаль) к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

Второе положение: отношение синуса угла падения $ \alpha $ к синусу угла преломления $ \gamma $ есть величина постоянная для двух данных сред.

Математически второе положение закона преломления света выражается следующей формулой:

$ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21} $

Здесь $ n_{21} $ — это относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Он показывает, во сколько раз скорость света в первой среде ($ v_1 $) отличается от скорости света во второй среде ($ v_2 $).

Относительный показатель преломления также можно выразить через абсолютные показатели преломления первой ($ n_1 $) и второй ($ n_2 $) сред:

$ n_{21} = \frac{n_2}{n_1} $

Абсолютный показатель преломления среды $ n $ — это физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме $ c $ к скорости света в данной среде $ v $: $ n = \frac{c}{v} $.

Таким образом, закон преломления света можно записать в наиболее общем виде, связывающем углы и абсолютные показатели преломления:

$ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = \frac{n_2}{n_1} $

Эту формулу часто представляют в симметричной форме, известной как закон Снелла:

$ n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \gamma $

где:

$ \alpha $ – угол падения (угол между падающим лучом и нормалью к границе раздела);

$ \gamma $ – угол преломления (угол между преломленным лучом и нормалью);

$ n_1 $ – абсолютный показатель преломления среды, из которой свет падает;

$ n_2 $ – абсолютный показатель преломления среды, в которую свет переходит.

Ответ: Закон преломления света утверждает, что падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред есть величина постоянная, равная отношению абсолютных показателей преломления второй и первой сред. Математически это выражается формулой: $ n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \gamma $.

3. Как преломление света на границе раздела двух сред зависит от относительного показателя преломления?

2. Сформулируйте закон преломления света.

Закон преломления света (также известный как закон Снеллиуса или закон Снелля) описывает изменение направления светового луча при его переходе через границу раздела двух прозрачных сред с разными показателями преломления. Закон состоит из двух положений:

1. Луч падающий, луч преломлённый и перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2. Отношение синуса угла падения $ \alpha $ к синусу угла преломления $ \gamma $ есть величина постоянная для двух данных сред, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой ($ n_{21} $).

Математически второе положение выражается формулой:

$$ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21} $$

где $ \alpha $ – угол падения (угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела), $ \gamma $ – угол преломления (угол между преломлённым лучом и перпендикуляром).

Относительный показатель преломления $ n_{21} $ показывает, во сколько раз скорость света в первой среде ($ v_1 $) отличается от скорости света во второй среде ($ v_2 $):

$$ n_{21} = \frac{v_1}{v_2} $$

Закон преломления также можно записать через абсолютные показатели преломления сред $ n_1 $ и $ n_2 $ (показатели преломления относительно вакуума):

$$ n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \gamma $$

где $ n_{21} = \frac{n_2}{n_1} $.

Ответ: Закон преломления света гласит, что падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе раздела сред в точке падения лежат в одной плоскости, а отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является постоянной величиной для данных двух сред: $ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21} $.

3. Как преломление света на границе раздела двух сред зависит от относительного показателя преломления?

Преломление света на границе раздела двух сред напрямую зависит от их относительного показателя преломления $ n_{21} = \frac{n_2}{n_1} $, где $ n_1 $ и $ n_2 $ — абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно. Этот показатель определяет, насколько сильно световой луч отклонится от своего первоначального направления.

Можно выделить три случая:

• Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то $ n_2 > n_1 $, и относительный показатель преломления $ n_{21} > 1 $. Из закона преломления $ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21} > 1 $ следует, что $ \sin \alpha > \sin \gamma $, а значит, угол падения больше угла преломления ($ \alpha > \gamma $). В этом случае преломлённый луч приближается к перпендикуляру.
• Если свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то $ n_1 > n_2 $, и относительный показатель преломления $ n_{21} < 1 $. Из закона преломления $ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21} < 1 $ следует, что $ \sin \alpha < \sin \gamma $, а значит, угол падения меньше угла преломления ($ \alpha < \gamma $). В этом случае преломлённый луч удаляется от перпендикуляра.
• Если оптические плотности сред одинаковы, то $ n_1 = n_2 $, и относительный показатель преломления $ n_{21} = 1 $. В этом случае $ \alpha = \gamma $, и преломления не происходит — луч проходит через границу, не меняя своего направления.

Таким образом, чем больше относительный показатель преломления отличается от единицы, тем сильнее преломляется свет.

Ответ: Относительный показатель преломления $ n_{21} $ определяет направление и степень преломления света. Если $ n_{21} > 1 $ (переход в более плотную среду), луч преломляется к перпендикуляру ($ \gamma < \alpha $). Если $ n_{21} < 1 $ (переход в менее плотную среду), луч преломляется от перпендикуляра ($ \gamma > \alpha $). Если $ n_{21} = 1 $, преломление отсутствует.

4. В чём состоит явление полного внутреннего отражения?

Полное внутреннее отражение — это явление, при котором световой луч, распространяющийся в оптически более плотной среде, полностью отражается от границы с оптически менее плотной средой, не проникая во вторую среду.

Для возникновения этого явления необходимо выполнение двух условий:

1. Свет должен переходить из среды с большим показателем преломления $ n_1 $ в среду с меньшим показателем преломления $ n_2 $ (т. е. $ n_1 > n_2 $).
2. Угол падения луча $ \alpha $ на границу раздела сред должен превышать некоторое критическое значение, называемое предельным (или критическим) углом полного внутреннего отражения $ \alpha_{пред} $.

При переходе света из более плотной среды в менее плотную угол преломления $ \gamma $ больше угла падения $ \alpha $. С увеличением угла падения $ \alpha $ угол преломления $ \gamma $ также увеличивается, и при некотором значении угла падения, равном предельному углу $ \alpha_{пред} $, угол преломления достигает $ 90^\circ $. Преломленный луч в этом случае скользит вдоль границы раздела сред.

Значение предельного угла можно найти из закона преломления, подставив $ \gamma = 90^\circ $ ($ \sin \gamma = 1 $):

$$ n_1 \sin \alpha_{пред} = n_2 \sin 90^\circ $$

$$ \sin \alpha_{пред} = \frac{n_2}{n_1} $$

Если угол падения $ \alpha $ становится больше предельного угла ($ \alpha > \alpha_{пред} $), преломление света прекращается, и весь падающий световой поток полностью отражается обратно в первую (более плотную) среду в соответствии с законами отражения. Это и есть полное внутреннее отражение.

Ответ: Явление полного внутреннего отражения состоит в том, что при падении света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную под углом, превышающим предельный угол ($ \alpha > \alpha_{пред} $), свет не преломляется, а полностью отражается от границы раздела обратно в первую среду.

4. В чём состоит явление полного внутреннего отражения?

4. В чём состоит явление полного внутреннего отражения?

Решение

Явление полного внутреннего отражения — это явление отражения света от границы раздела двух сред, при котором преломление отсутствует, и вся энергия падающего светового пучка полностью возвращается в первую среду.

Это явление наблюдается только при выполнении двух условий:

1. Свет должен переходить из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. Это означает, что показатель преломления первой среды ($n_1$) должен быть больше показателя преломления второй среды ($n_2$), то есть $n_1 > n_2$. Например, свет переходит из стекла в воздух или из воды в воздух.
2. Угол падения света ($\alpha$) на границу раздела сред должен превышать определённое критическое значение, называемое предельным (или критическим) углом полного внутреннего отражения ($\alpha_0$).

Предельный угол полного внутреннего отражения — это такой угол падения, при котором угол преломления равен $90^\circ$. Свет в этом случае распространяется вдоль границы раздела сред. Значение этого угла можно найти из закона преломления света (закона Снеллиуса): $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$

При $\alpha = \alpha_0$, угол преломления $\beta = 90^\circ$. Тогда $\sin \beta = \sin 90^\circ = 1$. Формула принимает вид: $n_1 \sin \alpha_0 = n_2 \cdot 1$

Отсюда формула для синуса предельного угла: $\sin \alpha_0 = \frac{n_2}{n_1}$

Если угол падения $\alpha$ становится больше предельного угла $\alpha_0$, то преломлённый луч исчезает, и весь падающий свет отражается от границы раздела так же, как от зеркала.

Ответ: Явление полного внутреннего отражения заключается в том, что при переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную под углом падения, превышающим предельный угол, свет не преломляется, а полностью отражается от границы раздела сред.

5. Где применяются световоды?

Решение

Световоды (или оптоволокно) — это тонкие нити из оптически прозрачного материала (стекла или пластика), предназначенные для передачи света на большие расстояния с минимальными потерями. Принцип их работы основан на явлении полного внутреннего отражения. Световоды имеют очень широкое применение в различных областях:

• Связь и телекоммуникации: Это основная область применения. Оптоволоконные кабели используются для создания высокоскоростных линий передачи данных — интернета, кабельного телевидения, телефонной связи. Они обеспечивают огромную пропускную способность, низкие потери сигнала и защиту от электромагнитных помех.
• Медицина: В медицинских приборах, называемых эндоскопами (например, гастроскоп, бронхоскоп), световоды используются для освещения внутренних органов и передачи их изображения для диагностики без хирургического вмешательства. Также оптоволокно применяется для доставки мощного лазерного излучения к оперируемому участку (лазерная хирургия).
• Освещение и дизайн: Световоды применяются для декоративной подсветки (например, эффект «звездного неба»), для освещения экспонатов в музеях (поскольку не излучают тепло и ультрафиолет), а также для освещения труднодоступных или опасных мест (например, в бассейнах или взрывоопасных средах).
• Датчики (сенсоры): На основе оптоволокна создают датчики для измерения температуры, давления, деформации, вибрации и других физических величин. Такие датчики нечувствительны к электромагнитным помехам, имеют малый размер и могут работать в агрессивных средах.
• Промышленность и техника: В промышленности световоды используются в бороскопах для визуального контроля состояния внутренних частей двигателей, турбин, трубопроводов и других сложных механизмов без их разборки.
• Военная и аэрокосмическая отрасли: Применяются для создания защищенных линий связи, в системах навигации и в качестве датчиков на борту самолетов и космических аппаратов.

Ответ: Световоды применяются в телекоммуникациях (интернет, ТВ), медицине (эндоскопия, лазерная хирургия), декоративном и техническом освещении, в качестве датчиков физических величин, а также в военной и аэрокосмической технике.

5. Где применяются световоды?

Световоды, также известные как оптоволокно или волоконно-оптические кабели, нашли широкое применение в различных областях науки и техники благодаря своей способности передавать свет и информацию на большие расстояния с минимальными потерями и высокой скоростью. Основной принцип их работы основан на явлении полного внутреннего отражения света.

Основные сферы применения световодов:

• Связь и телекоммуникации: Это самая обширная область применения. Световоды являются основой современных сетей передачи данных.
  • Интернет и телефонная связь: Магистральные линии связи, соединяющие города, страны и континенты (в том числе подводные кабели), используют оптоволокно для передачи огромных объемов данных. Технологии «оптоволокно до дома» (FTTH) обеспечивают высокоскоростной доступ в интернет для конечных пользователей.
  • Кабельное телевидение: Передача телевизионных сигналов высокого качества на большие расстояния без помех.
  • Локальные вычислительные сети (ЛВС): В крупных офисах и центрах обработки данных оптоволокно используется для создания высокоскоростных и защищенных от помех сетей.
• Медицина:
  • Эндоскопия: Гибкие эндоскопы, используемые для визуального обследования внутренних органов (желудка, бронхов, кишечника), состоят из двух жгутов световодов. Один жгут доставляет свет для освещения, а второй передает изображение обратно к окуляру или камере.
  • Лазерная хирургия: Световоды используются для точной доставки мощного лазерного излучения к оперируемому участку, что позволяет проводить малоинвазивные операции в офтальмологии, дерматологии, урологии и других областях.
  • Диагностические датчики: Создание миниатюрных датчиков для измерения температуры, давления, химического состава крови прямо внутри организма.
• Датчики и измерительные системы: Волоконно-оптические датчики применяются для измерения различных физических величин: температуры, давления, деформации, вибрации. Они отличаются высокой чувствительностью, малыми размерами и невосприимчивостью к электромагнитным полям. Их используют для:
  • Мониторинга состояния инженерных сооружений (мостов, плотин, зданий, крыльев самолетов).
  • Контроля температуры и давления в нефтегазовых скважинах.
  • Создания волоконно-оптических гироскопов для навигационных систем.
• Освещение и декор: Световоды позволяют «транспортировать» свет от одного источника в несколько точек. Это используется:
  • В декоративной подсветке интерьеров (например, эффект «звездного неба» на потолке), ландшафтном дизайне, подсветке бассейнов.
  • В музейном деле для освещения экспонатов, чувствительных к теплу и ультрафиолету, так как источник света вынесен за пределы витрины, и по световоду передается только видимый свет.
• Промышленность и военная техника:
  • Техническая эндоскопия (бороскопия): Для визуального контроля состояния труднодоступных узлов и агрегатов (двигателей, турбин, трубопроводов) без их разборки.
  • Военная техника и авиация: Для создания легких, помехозащищенных и безопасных линий связи и передачи данных на борту самолетов, кораблей и другой техники. Также используются в системах наведения управляемых ракет.

Ответ: Световоды применяются в телекоммуникациях (интернет, телефония, телевидение), медицине (эндоскопия, лазерная хирургия), в качестве датчиков для измерения температуры и давления, в системах освещения и декора, а также в промышленности и военной технике для визуального контроля и создания защищенных линий связи.

1. Если поверхность воды не совсем спокойна, то предметы, лежащие на дне, кажутся колеблющимися. Объясните явление.

1. Это явление объясняется преломлением света на границе двух сред: воды и воздуха.

Мы видим предметы, потому что лучи света, отраженные от них, попадают в наши глаза. Когда свет переходит из одной оптически более плотной среды в менее плотную (в данном случае из воды в воздух), он изменяет свое направление. Это явление называется преломлением света и подчиняется закону Снеллиуса: $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$ где $n_1$ и $n_2$ — показатели преломления воды и воздуха, а $\alpha$ и $\beta$ — углы падения и преломления луча относительно перпендикуляра к границе раздела сред.

Когда поверхность воды спокойна, она представляет собой плоскую горизонтальную границу. Лучи света от предмета на дне преломляются на этой поверхности, и из-за этого нам кажется, что предмет находится на меньшей глубине, чем на самом деле. Его видимое положение постоянно.

Если же на поверхности воды есть рябь или волны, то граница раздела "вода-воздух" постоянно изгибается и меняет свой наклон в разных точках. Каждый небольшой участок колеблющейся поверхности можно рассматривать как маленькую плоскую грань, но ориентация этих граней (а значит, и перпендикуляра к ним) непрерывно изменяется во времени.

Вследствие этого угол падения лучей света, идущих от неподвижного предмета на дне, на границу раздела постоянно меняется для глаза наблюдателя. Согласно закону преломления, это приводит к постоянному изменению угла преломления. В результате преломленные лучи, попадающие в глаз, приходят как бы из разных точек. Наш мозг, воспринимая эти лучи и продолжая их по прямой, строит мнимое изображение предмета, которое постоянно смещается. Это и создает иллюзию того, что предмет на дне колеблется.

Ответ: Кажущееся колебание предметов на дне при неспокойной поверхности воды вызвано явлением преломления света. Из-за волн на поверхности постоянно меняется угол наклона границы раздела "вода-воздух". Это приводит к непрерывному изменению направления преломленных лучей света, идущих от предмета к наблюдателю. В результате мнимое изображение предмета постоянно смещается, создавая эффект колебания.

2. Почему истинная продолжительность дня больше промежутка времени между восходом и заходом Солнца?

2. Истинная продолжительность светового дня, то есть период времени, в течение которого наблюдатель на Земле видит хотя бы часть солнечного диска, больше, чем промежуток времени, за который центр Солнца пересекает математический (истинный) горизонт. Это явление объясняется двумя основными причинами.

Первая причина — атмосферная рефракция. Земная атмосфера неоднородна по плотности: у поверхности она плотнее, чем на высоте. Из-за этого световые лучи, проходя сквозь нее, преломляются (искривляются). Когда Солнце находится низко над горизонтом, его лучи проходят длинный путь в атмосфере, и эффект преломления становится особенно заметным. Он заключается в том, что видимое положение Солнца оказывается выше его истинного, геометрического положения. У самого горизонта эта разница, называемая рефракцией, достигает примерно $34$ угловых минут ($34'$). Таким образом, мы видим Солнце на линии горизонта в тот момент, когда оно на самом деле уже опустилось под него (при заходе) или еще не поднялось над ним (при восходе).

Вторая причина — угловой размер Солнца и определение восхода/захода. Восход и заход Солнца определяются не по его центру, а по верхнему краю. Восход — это момент появления верхнего края солнечного диска над горизонтом, а заход — момент его исчезновения. Угловой диаметр Солнца составляет в среднем $32'$, значит, его радиус — около $16'$. Следовательно, в момент, когда мы наблюдаем появление самого верхнего края Солнца, его центр все еще находится под горизонтом на высоте, равной его радиусу ($16'$).

Оба эти эффекта складываются. В результате мы начинаем видеть Солнце, когда его центр находится под горизонтом на общую угловую величину примерно $34' + 16' = 50'$. Аналогичная ситуация происходит и при заходе. Это приводит к тому, что общая продолжительность светового дня увеличивается на несколько минут по сравнению с чисто геометрическим расчетом (без учета атмосферы и размера диска Солнца).

Ответ: Истинная продолжительность дня (светового времени суток) больше промежутка времени между восходом и заходом Солнца из-за двух факторов: атмосферной рефракции, которая «приподнимает» видимое положение Солнца над его истинным положением, и того, что моменты восхода и захода определяются по верхнему краю солнечного диска, а не по его центру. Оба эти явления приводят к тому, что мы видим Солнце над горизонтом дольше, чем оно находится там геометрически.

УПРАЖНЕНИЕ 48

Почему, находясь в лодке, трудно попасть копьём (острогой) в рыбу, плавающую невдалеке?

Решение

Попасть копьём в рыбу, находясь в лодке, трудно из-за физического явления — преломления света на границе двух сред с разной оптической плотностью (воды и воздуха).

Человек видит рыбу благодаря световым лучам, которые отражаются от неё, проходят сквозь воду, выходят в воздух и попадают в глаза наблюдателя. При переходе из воды (более плотная оптическая среда) в воздух (менее плотная среда) световые лучи преломляются, то есть изменяют своё направление, отклоняясь от перпендикуляра к поверхности воды. Этот процесс описывается законом преломления света (законом Снеллиуса):

$n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$

где $n_1$ — показатель преломления воды, $n_2$ — показатель преломления воздуха ($n_1 > n_2$), $\alpha$ — угол падения, $\beta$ — угол преломления.

Наш мозг не анализирует преломление и воспринимает свет так, как будто он распространяется по прямой линии. В результате мозг строит мнимое изображение рыбы, продолжая преломлённые лучи в обратном направлении. Это мнимое изображение оказывается расположенным на меньшей глубине, чем находится рыба на самом деле. Иными словами, рыба кажется нам ближе к поверхности, чем она есть.

Поэтому, когда человек целится копьём прямо в то место, где видит рыбу, он на самом деле метит в её мнимое изображение. Чтобы поразить цель, необходимо целиться ниже видимого положения рыбы, делая поправку на оптический обман.

Ответ: Трудность заключается в явлении преломления света на границе вода-воздух. Из-за этого явления наблюдателю в лодке кажется, что рыба находится на меньшей глубине, чем её реальное положение. Целясь в видимое (мнимое) изображение рыбы, человек промахнётся, так как настоящее положение рыбы — глубже.