Номер 4, страница 90, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Геометрическая оптика. Параграф 84. Полное отражение света. Вопросы и задания - номер 4, страница 90.

Условие.

4. Если насаженный на палочку шарик для пинг-понга хорошенько закоптить и опустить в воду, то можно наблюдать любопытное явление: шарик в воде будет окружён прозрачной серебряной оболочкой. Почему это происходит?

Решение.

Это явление объясняется двумя физическими эффектами: плохой смачиваемостью сажи и полным внутренним отражением света.

1. Плохая смачиваемость. Поверхность, покрытая сажей (мелкими частицами углерода), является гидрофобной, то есть она отталкивает воду и не смачивается ею. Когда закопчённый шарик погружают в воду, между поверхностью шарика и водой образуется и удерживается очень тонкий слой воздуха.

2. Полное внутреннее отражение. Появившаяся вокруг шарика воздушная прослойка имеет показатель преломления ($n_{воздуха} \approx 1$) меньший, чем у воды ($n_{воды} \approx 1.33$). Световые лучи, распространяясь в воде (оптически более плотной среде) и падая на границу раздела «вода-воздух» под достаточно большими углами (больше критического угла), не проходят в воздух, а полностью отражаются от этой границы, как от зеркала. Этот эффект называется полным внутренним отражением.

Таким образом, то, что мы видим как «серебряную оболочку», — это на самом деле зеркальное отражение окружающих предметов и света от тонкого слоя воздуха, который удерживается на поверхности шарика. Эта воздушная плёнка действует как идеальное зеркало, создавая блестящий, серебристый вид.

Ответ: Происходит это потому, что закопчённая поверхность не смачивается водой, и при погружении шарика между ним и водой остаётся тонкий слой воздуха. На границе этого воздушного слоя и воды происходит явление полного внутреннего отражения света, из-за которого поверхность шарика под водой кажется блестящей и серебряной, как зеркало.