Номер 10, страница 23 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-11. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 10, страница 23.

Условие.

10. a) Почему ложка, опущенная в стакан с водой, кажется изогнутой?

б) Чтобы попасть в предмет, находящийся в воде, следует целиться не в предмет, а ниже его. Почему? Ответ обоснуйте.

в) Любой водоём, дно которого при спокойной и прозрачной воде хорошо видно с берега, всегда кажется более мелким, чем в действительности. Почему?

Решение.

а) Почему ложка, опущенная в стакан с водой, кажется изогнутой?

Эффект кажущегося изгиба ложки, опущенной в стакан с водой, объясняется явлением преломления света. Свет распространяется в разных средах (например, в воздухе и в воде) с разной скоростью. При переходе из одной среды в другую на границе их раздела световой луч меняет свое направление. Это явление и называется преломлением.

Мы видим предметы благодаря световым лучам, которые отражаются от них и попадают в наши глаза. Лучи от той части ложки, что находится над водой, идут к нам по прямой через воздух. Лучи же от подводной части ложки, прежде чем попасть в наши глаза, проходят из воды в воздух. Так как вода является оптически более плотной средой, чем воздух (показатель преломления воды $n_{воды} \approx 1.33$, а воздуха $n_{воздуха} \approx 1$), то при выходе из воды в воздух лучи света преломляются, отклоняясь от перпендикуляра к поверхности воды.

Наш мозг не учитывает преломление и воспринимает лучи так, будто они распространялись по прямой. В результате, продолжения преломленных лучей пересекаются в точке, расположенной выше реального положения подводной части ложки. Поэтому подводная часть ложки кажется нам приподнятой и более короткой, а вся ложка в целом — изогнутой на границе воды и воздуха.

Ответ: Ложка кажется изогнутой из-за преломления света на границе раздела двух сред — воды и воздуха. Лучи света, идущие от подводной части ложки, меняют направление, и нашему глазу кажется, что эта часть расположена выше, чем на самом деле.

б) Чтобы попасть в предмет, находящийся в воде, следует целиться не в предмет, а ниже его. Почему? Ответ обоснуйте.

Этот совет основан на том же явлении преломления света, что и в предыдущем вопросе. Когда мы смотрим на предмет, находящийся в воде (например, рыбу), мы видим его мнимое изображение, а не сам предмет в его истинном положении.

Лучи света, отраженные от предмета, выходят из воды в воздух, преломляясь на границе раздела. При переходе из оптически более плотной среды (воды) в менее плотную (воздух) лучи отклоняются от нормали (перпендикуляра к поверхности). Наш глаз и мозг воспринимают эти лучи так, как если бы они шли по прямой от мнимого источника, который находится выше и ближе к поверхности, чем реальный предмет. То есть, видимая глубина предмета всегда меньше реальной.

Поэтому, если целиться прямо в видимое изображение предмета, то копье, стрела или камень пройдут над его реальным положением. Чтобы попасть в предмет, необходимо делать поправку на это оптическое искажение и целиться ниже того места, где мы его видим.

Ответ: Из-за преломления света на границе воды и воздуха предмет, находящийся в воде, кажется расположенным на меньшей глубине, чем в действительности. Чтобы попасть в него, нужно целиться в его реальное положение, то есть ниже видимого мнимого изображения.

в) Любой водоём, дно которого при спокойной и прозрачной воде хорошо видно с берега, всегда кажется более мелким, чем в действительности. Почему?

Явление, из-за которого водоём кажется мельче, чем он есть на самом деле, также объясняется преломлением света. Каждая точка дна водоёма, которую мы видим с берега, является источником отраженных световых лучей.

Эти лучи, распространяясь от дна к поверхности, переходят из воды в воздух. На границе этих двух сред с разными оптическими плотностями происходит преломление света. Лучи отклоняются таким образом, что угол преломления (в воздухе) становится больше угла падения (в воде). В результате наблюдателю, находящемуся в воздухе, кажется, что лучи исходят из точек, расположенных на меньшей глубине. Видимая глубина $h'$ связана с реальной глубиной $\text{h}$ и показателем преломления воды $\text{n}$ примерным соотношением $h' \approx h/n$. Поскольку для воды $n \approx 1.33$, видимая глубина составляет примерно три четверти от реальной.

Этот эффект распространяется на все видимые точки дна, поэтому весь водоём в целом кажется наблюдателю более мелким.

Ответ: Водоём кажется более мелким из-за преломления света, идущего от дна к глазу наблюдателя. При переходе из воды в воздух световые лучи отклоняются, и в результате мнимое изображение дна оказывается расположенным выше его реального положения.