Номер 2, страница 58 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Самостоятельные работы. СР-41. Отражение света. Закон отражения света. Вариант 2 - номер 2, страница 58.

Условие.

2. Чем объяснить блеск драгоценных камней?

Решение.

Решение

Блеск драгоценных камней, особенно таких как алмаз, объясняется совокупностью нескольких физических явлений, связанных со взаимодействием света и вещества. Основными факторами являются:

1. Высокий показатель преломления. Драгоценные камни обладают значительно большим показателем преломления ($\text{n}$) по сравнению с воздухом ($n_{воздуха} \approx 1$). Например, у алмаза показатель преломления составляет около $n_{алмаза} \approx 2.42$. Когда свет переходит из оптически менее плотной среды (воздух) в более плотную (камень), он сильно преломляется, то есть изменяет свое направление. Это первый шаг к "игре света" внутри камня.

2. Полное внутреннее отражение. Это ключевое явление, обеспечивающее яркость и сверкание камня. Когда свет, находящийся внутри камня, пытается выйти обратно в воздух, он падает на границу раздела двух сред. Если угол падения луча на эту границу превышает определённое значение, называемое предельным углом полного внутреннего отражения ($\alpha_{пред}$), то свет не выходит из камня, а полностью отражается от внутренней грани, как от зеркала. Предельный угол связан с показателями преломления камня ($n_1$) и воздуха ($n_2$) соотношением:
$\sin(\alpha_{пред}) = \frac{n_2}{n_1}$
Для алмаза в воздухе этот угол очень мал:
$\sin(\alpha_{пред}) = \frac{1}{2.42} \approx 0.413$, что соответствует $\alpha_{пред} \approx 24.4^{\circ}$.
Малый предельный угол означает, что большая часть лучей света, попавших внутрь камня, будет испытывать многократные полные внутренние отражения от его граней, прежде чем найти выход.

3. Дисперсия света. Показатель преломления вещества зависит от длины волны (цвета) света. Это явление называется дисперсией. У драгоценных камней, особенно у алмаза, эта зависимость выражена довольно сильно. В результате белый свет, попадающий в камень, разлагается в спектр. Лучи разного цвета (красный, синий, зеленый) преломляются под немного разными углами и идут внутри камня по разным путям. Когда они выходят из камня, они попадают в глаз наблюдателя по отдельности, что создает эффект "игры цвета" или "огня" – яркие цветные вспышки.

4. Огранка. Сами по себе природные кристаллы не обладают таким сильным блеском. Чтобы максимально усилить описанные выше эффекты, камням придают специальную форму с множеством плоских граней (фацетов). Огранка рассчитывается таким образом, чтобы максимальное количество света, входящего через верхнюю часть камня (корону), испытало полное внутреннее отражение от нижних граней (павильона) и вышло обратно через корону в сторону наблюдателя. Это концентрирует свет и заставляет камень "сиять".

Таким образом, блеск драгоценных камней — это результат сложного взаимодействия света с материалом, усиленного специальной обработкой. Сочетание сильного преломления, полного внутреннего отражения и дисперсии, мастерски использованное при огранке, и создает неповторимое сияние и игру цвета.

Ответ: Блеск драгоценных камней объясняется их высоким показателем преломления, который приводит к явлению полного внутреннего отражения света от внутренних граней и явлению дисперсии (разложению белого света в спектр). Специальная огранка камня позволяет максимально усилить эти оптические эффекты, концентрируя отраженный и разложенный на цвета свет и направляя его к наблюдателю.