Номер 52, страница 246 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

52. Как представляется точка, находящаяся над поверхностью воды, для глаза, смотрящего из воды, — приближённой к поверхности или удалённой? Ответ поясните чертежом.

Точка, находящаяся над поверхностью воды, для глаза, смотрящего из воды, будет казаться расположенной дальше от поверхности, чем на самом деле, то есть удалённой.

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

Решение

Свет от объекта (точки S), находящегося в воздухе, распространяется во все стороны. Лучи света, попадающие на поверхность воды, преломляются, то есть изменяют своё направление.

Воздух является оптически менее плотной средой, чем вода. Показатель преломления воздуха $n_1$ меньше показателя преломления воды $n_2$ ($n_1 \approx 1,00$, $n_2 \approx 1,33$). Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса), при переходе из менее плотной среды в более плотную, луч света отклоняется к нормали (перпендикуляру, проведённому к границе раздела сред в точке падения луча). Это означает, что угол преломления $β$ будет меньше угла падения $α$.

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

Глаз наблюдателя, находящийся в воде, воспринимает уже преломлённые лучи. Наш мозг, привыкший к прямолинейному распространению света, строит изображение объекта, продолжая эти преломлённые лучи в обратном направлении по прямой линии. Точка S', где пересекаются эти воображаемые прямые, и является видимым (мнимым) изображением объекта.

На представленном чертеже видно, как лучи от объекта S, преломляясь на границе вода-воздух, попадают в глаз наблюдателя. Если мысленно продолжить преломлённые лучи в обратном направлении (пунктирные линии), они пересекутся в точке S', расположенной выше реального объекта S. Таким образом, кажущаяся высота H' будет больше реальной высоты H.

Для лучей, падающих на поверхность воды под небольшим углом (почти перпендикулярно), кажущаяся высота H' связана с действительной высотой H соотношением:

$$ H' \approx n_2 \cdot H $$

Поскольку для воды $n_2 \approx 1,33$, то кажущаяся высота будет примерно в 1,33 раза больше действительной. $H' > H$.

Ответ: Точка, находящаяся над поверхностью воды, для глаза, смотрящего из воды, представляется удалённой от поверхности, так как из-за преломления света на границе воздух-вода её мнимое изображение формируется выше (дальше от поверхности), чем реальное положение объекта.