Номер 1, страница 252 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Опустите ложку в стакан с водой. Почему на границе сред воздух — вода наблюдается излом ложки?

Решение

Кажущийся излом ложки, опущенной в стакан с водой, является оптической иллюзией. Эта иллюзия объясняется физическим явлением, которое называется преломлением света.

Суть явления заключается в том, что свет распространяется с разной скоростью в различных прозрачных средах. Среды с разной скоростью распространения света называют оптически разнородными. Воздух является оптически менее плотной средой, чем вода. Это означает, что скорость света в воздухе больше, чем в воде. Количественно эта разница характеризуется показателем преломления $n$. Для воздуха показатель преломления $n_{воздуха} \approx 1,0003$, а для воды $n_{воды} \approx 1,33$.

Мы видим предметы благодаря лучам света, которые отражаются от них и попадают в наши глаза. Лучи света, отраженные от той части ложки, которая находится под водой, проходят через воду, затем пересекают границу раздела «вода-воздух» и попадают в воздух, прежде чем достичь глаз наблюдателя.

При переходе из одной среды в другую (в данном случае из воды в воздух) световые лучи изменяют свое направление. Это и есть преломление. Закон преломления света (закон Снеллиуса) описывает это явление формулой: $n_1 \sin(\alpha) = n_2 \sin(\beta)$, где $n_1$ и $n_2$ – абсолютные показатели преломления первой и второй сред, $\alpha$ – угол падения луча на границу раздела, а $\beta$ – угол преломления.

Поскольку лучи света переходят из воды ($n_1 = n_{воды}$) в воздух ($n_2 = n_{воздуха}$), а $n_{воды} > n_{воздуха}$, угол преломления $\beta$ оказывается больше угла падения $\alpha$. Это значит, что лучи, выйдя из воды, отклоняются в сторону от перпендикуляра к поверхности.

Наш мозг не учитывает преломление и воспринимает свет так, как будто он всегда распространялся по прямой. Поэтому, когда преломленные лучи от подводной части ложки попадают в наши глаза, мозг строит их мнимое продолжение по прямой линии. В результате мы видим мнимое изображение подводной части ложки, которое кажется расположенным выше своего истинного положения и под другим углом. Именно это смещение мнимого изображения относительно реального положения надводной части ложки и создает впечатление «излома» на границе воды и воздуха.

Ответ: Излом ложки на границе сред «воздух — вода» наблюдается из-за явления преломления света. Лучи света, отраженные от подводной части ложки, при переходе из оптически более плотной среды (воды) в оптически менее плотную среду (воздух) изменяют свое направление. В результате наш мозг воспринимает подводную часть ложки как находящуюся выше, чем на самом деле, что и создает видимость излома.