Номер 6, страница 122, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Геометрическая оптика. Параграф 90. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 6, страница 122.

Условие.

• Миражи.

Решение.

Мираж — это оптическое явление в атмосфере, при котором из-за преломления световых лучей в неоднородных по температуре слоях воздуха возникают мнимые изображения удаленных объектов. Мозг человека воспринимает преломленные лучи как прямые, что приводит к появлению изображения объекта там, где его на самом деле нет, или к его искажению.

Основная причина возникновения миражей — это аномальное распределение температуры воздуха по вертикали, что создает слои с разной плотностью и, следовательно, разным показателем преломления. Свет, проходя через границу таких слоев, искривляется. Этот процесс в своей основе подчиняется закону преломления света (закону Снеллиуса): $n_1 \sin \alpha_1 = n_2 \sin \alpha_2$, где $n_1$ и $n_2$ — показатели преломления двух сред, а $\alpha_1$ и $\alpha_2$ — углы падения и преломления луча. В атмосфере показатель преломления меняется плавно, поэтому траектория луча представляет собой кривую. Существует несколько основных видов миражей.

Нижний (озёрный) мираж

Этот вид миража является наиболее распространенным. Он наблюдается над сильно нагретой поверхностью, например, над раскаленным асфальтом, пустыней или водной гладью в жаркий день. Слой воздуха у самой поверхности оказывается очень горячим и менее плотным, чем вышележащие слои. Показатель преломления у горячего воздуха меньше.

Лучи света от удаленных объектов (например, от неба), идущие к наблюдателю под небольшим углом к горизонту, попадая в приземный слой горячего воздуха, испытывают полное внутреннее отражение и изгибаются вверх. В результате наблюдателю кажется, что он видит объект и его отражение в воде. На самом деле «водная гладь» — это мнимое изображение неба. Это создает иллюзию лужи на дороге или оазиса в пустыне.

Ответ: Нижний мираж возникает над горячей поверхностью, когда лучи света от неба изгибаются вверх, создавая иллюзию отражения в воде.

Верхний мираж

Верхний мираж возникает в условиях температурной инверсии, когда холодный слой воздуха находится у поверхности земли или воды, а над ним — более теплый слой. Такая ситуация часто встречается в полярных регионах или над холодными морями. Показатель преломления в нижнем, холодном слое воздуха выше, чем в верхнем, теплом.

Лучи света от объекта, находящегося за горизонтом или у его кромки (например, корабля), идя вверх, искривляются вниз, огибая кривизну Земли. Таким образом, наблюдатель может видеть объекты, которые на самом деле находятся за линией горизонта. Изображение объекта появляется над его истинным положением и может быть прямым или перевернутым.

Ответ: Верхний мираж возникает над холодной поверхностью при температурной инверсии, позволяя видеть объекты за горизонтом и заставляя их казаться выше, чем они есть на самом деле.

Фата-моргана

Фата-моргана — это сложный и редко встречающийся вид верхнего миража, при котором удаленные объекты видны с многократными и разнообразными искажениями. Это явление возникает, когда в атмосфере образуется несколько чередующихся слоев воздуха с разной температурой (сложная температурная инверсия).

Эти воздушные слои действуют как сложная система линз, которая сжимает, растягивает и переворачивает изображения удаленных объектов. В результате корабль может выглядеть как сказочный замок, а береговая линия — как отвесные скалы или летающие острова. Изображения при фата-моргане очень изменчивы и быстро меняют свою форму.

Ответ: Фата-моргана — это комплексный верхний мираж, возникающий из-за слоистой структуры атмосферы и создающий сильно искаженные, фантастические и быстро меняющиеся изображения удаленных объектов.

Боковой мираж

Боковой мираж может наблюдаться, когда существует резкий горизонтальный градиент температуры. Например, рядом с сильно нагретой солнцем стеной здания или скалой. Воздух у самой стены горячее и менее плотный, чем воздух на некотором расстоянии от нее.

Лучи света от объекта, расположенного за стеной или рядом с ней, преломляются в горизонтальном направлении, изгибаясь от стены. Наблюдателю кажется, что он видит отражение объекта в стене, как в зеркале.

Ответ: Боковой мираж возникает у вертикальных нагретых поверхностей из-за горизонтального перепада температур и создает иллюзию зеркального отражения.