Номер 5.15, страница 28 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

V. Геометрическая оптика - номер 5.15, страница 28.

Условие.

5.15 Любой водоём с прозрачной водой всегда кажется мельче, чем есть на самом деле. Объясните, почему это происходит.

Решение.

5.15 Это оптическое явление объясняется преломлением света на границе двух сред с разными оптическими плотностями — воды и воздуха.

Мы видим дно водоёма благодаря лучам света, которые отражаются от него и попадают нам в глаза. Эти лучи света проходят из воды в воздух. Вода является оптически более плотной средой, чем воздух.

Согласно закону преломления света, при переходе из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (из воды в воздух), световой луч отклоняется от нормали (перпендикуляра, проведённого к границе раздела сред в точке падения луча). В результате угол преломления луча в воздухе становится больше, чем угол его падения в воде.

Наш глаз и мозг не воспринимают преломление лучей. Они строят изображение, исходя из предположения, что свет распространяется прямолинейно. Поэтому мозг продолжает преломлённые лучи, попавшие в глаз, в обратном направлении по прямой линии.

Точка, в которой эти воображаемые прямые пересекаются, и будет являться мнимым изображением точки на дне. Это мнимое изображение всегда находится выше, чем реальное положение дна. В результате создаётся иллюзия, что глубина водоёма меньше, чем она есть на самом деле.

Кажущаяся глубина $h$ связана с истинной глубиной $H$ и показателем преломления воды $n$ (показатель преломления воздуха принимается за 1) соотношением: $h = \frac{H}{n}$. Поскольку для воды $n \approx 1.33$, кажущаяся глубина составляет примерно три четверти от реальной.

Ответ: Водоём кажется мельче из-за преломления света на границе вода-воздух. Лучи света, отражённые от дна, при выходе из воды (оптически более плотной среды) в воздух (менее плотную среду) преломляются, отклоняясь от перпендикуляра к поверхности. Наш мозг воспринимает эти лучи так, как будто они шли по прямой, и формирует мнимое изображение дна на меньшей глубине, чем реальная.