пятница, 22 марта 2013 г.

Вопросы и ответы. Физика. Оптика.

№1: Дно водоёма всегда кажется расположенным ближе к поверхности воды для наблюдателя, находящегося в лодке. Объяснить это явление.
ОТВЕТ: Изображение дна озера формируется на сетчатке глаза от отражённых от дна лучей. При переходе лучей, отражённых от дна из воды в воздух, угол падения лучей на границу раздела сред меньше угла преломления. Поэтому лучи, попадающие на сетчатку глаза, пересекаются "ближе" от точки их выхода. Данное явление можно проверить построением изображения какой-либо точки дна.

№2: Почему изображение предмета находящегося в воде, всегда выглядит менее ярко, чем сам предмет находящийся в воздухе?
ОТВЕТ: Отражённые лучи от предмета, находящегося в воде всегда теряют часть энергии на границе раздела данных сред ( результате отражения) и прохождении некоторого расстояния в данной среде. В результате чего, интенсивность ( энергия ) лучей, попадающих в глаз наблюдателю -уменьшается.

№3: Возможен ли переход из одной среды в другую без преломления. Указать два возможных варианта.
ОТВЕТ: А) Луч света падает перпендикулярно поверхности границы раздела двух сред.
B) Абсолютные показатели преломления сред одинаковы, например глицерин и скипидар.

№4: В центре полого толстостенного стеклянного шара находится точечный источник света . Преломляются ли лучи света проходящие через стенки этого шара?
ОТВЕТ: Преломление не происходит, так как лучи падают перпендикулярно элементу поверхности шара т.е.по радиусу, который является перпендикуляром к данному элементу поверхности шара.

№5: Почему дно реки находящегося в близи моста для наблюдателя находящегося на мосте видна, а для наблюдателя находящегося на берегу та же область может быть и не видна?
ОТВЕТ: До глаз наблюдателя, находящегося на мосту, доходят лучи падающие отражённые от дна под углом , меньше предельного. Для наблюдателя , находящегося на берегу реки, лучи отражённые от дна лучи могут падать на границу раздела под углом больше предельного. В результате этого дно реки может быть и не видно.

№6: В каких случаях стеклянная призма отклоняет падающий на неё луч не к основанию призмы, а в сторону преломляющего угла ( угла при вершине призмы)?
ОТВЕТ: Абсолютный показатель преломления окружающей среды должен быть больше абсолютного показателя материала, из которого изготовлена призма.

№7: Почему пена образованная в воде ( из-за сильного напора) непрозрачна, хотя она представляет собой пузыри воды наполненных воздухом?
ОТВЕТ: Непрозрачность неоднородной среды обусловлена тем, что при каждом переходе из одной среды в другую помимо преломления наблюдается и отражение от пузырьков. В результате этого интенсивность лучей, попадающих в глаз от множества пузырьков , минимальна и они кажутся непрозрачными.

№8: Почему бриллиант блестит сильнее, чем его имитация из стекла при той же форме?
ОТВЕТ: Энергия отражённого света, помимо угла падения, зависит и от абсолютного показателя преломления ( чем больше показатель преломления, тем больше доля отражённой энергии) Различные углы падения на грани бриллианта создают на сетчатке глаза изображения меняющиеся с течением времени, что и обуславливает блеск.

№9: Почему предметы, находящиеся на дне водоёме, кажутся колеблющимися при порывах ветра?
ОТВЕТ: Угол падения лучей на поверхности воды (из-за колебаний) постоянно изменяется. Поэтому изменяется и угол преломления, соответственно меняется и угол отражения от предмета , находящегося на дне водоёма . B результате чего изображения предметов кажутся движущимся.

№10: Почему видимое положение звезды, не совпадает с его истинным положением?
ОТВЕТ: На различных высотах показатель преломления воздуха в атмосфере Земли различен. Bследствие этого траектория движения луча искривляется, потому в глаз попадает луч, на продолжении которого не находится данная звезда. Это явление называется атмосферная рефракция.

№11: Почему шарик густо покрытый сажей при опускании в воду и при освещении его светом кажется блестящим?
ОТВЕТ: На границе сажа-вода абсорбируется воздух, в результате чего происходит полное отражение от данного слоя, что приводит к максимальной интенсивности потока лучей, попадающих в глаз наблюдателю.

№12: При каких условиях прозрачный и бесцветный предмет становится невидимым в лучах проходящего света?
ОТВЕТ: Это возможно только в том случае, когда абсолютный показатель преломления окружающей среды равен абсолютному показателю преломления наблюдаемого объекта.

№13: Почему предметы наблюдаемые через толстые стеклянные витрины иногда кажутся искривлёнными?
ОТВЕТ: Оптическая плотность и толщина стекла в различных местах витрины может быть различной ( из-за большого размера ), что и создаёт некоторое смешение частей рассматриваемого предмета.

№14: Толчённое стекло является непрозрачным, но находясь в воде, оно вновь становится прозрачным. Объяснить это явление.
ОТВЕТ: Энергия отражённого луча зависит от относительного показателя преломления сред, т. к. стекло и вода имеют практически одинаковые абсолютные показатели преломления, то доля отражённой энергии от толчённого стекла резко уменьшается, что приводит к увеличению энергии проходящего луча.

№15: Днем в пустынях иногда наблюдается мираж - наблюдатель видит вдали поверхность водоёма. Объяснить данное явление.
ОТВЕТ: Нагретый слой воздуха, непосредственно прилегающий к асфальту имеет меньшую плотность, а следовательно и меньший абсолютный показатель преломления, чем у выше лежащих слоёв. В результате этого песок кажется столь же хорошо отражающим свет, как и поверхность воды.

№16: Чем отличается отражение света от прозрачной среды, от полного внутреннего отражения, при том же угле падения в туже среду? Указать как минимум два отличия.
ОТВЕТ: А) Тем, что в случае полного внутреннего отражения наблюдается и преломленный луч.
B) Интенсивность отражённого луча, в случае полного внутреннего отражения , всегда меньше, чем при отражении от прозрачной среды

№17: Аквалангист, ( достаточно далеко находящийся от берега ) всегда может видеть объект находящийся на берегу . Человек, находящийся на берегу может лишь в редких случаях, увидеть аквалангиста? Объяснить этот факт.
ОТВЕТ: В глаз аквалангисту попадают все лучи отражённые от объекта на берегу. Лучи света, отражённые от аквалангиста, в основном ( из-за большого расстояния ) падают под углами больше предельного, в результате чего , глаз человека на берегу воспринимает минимальное энергию света.

№18: Почему резкий изгиб световода ( светопровода ) приводит к резкому ослаблению энергии выходящему из него световому потоку?
ОТВЕТ: В месте изгиба, угол падения становится малым и свет уже не претерпевает полного отражения, а частично выходит из данной системы наружу.

№19: Почему при плавании под водой видно много лучше, если надеть маску?
ОТВЕТ: Глаз преломляет световые лучи . Если вода касается глаза, то световые лучи преломляются достаточно слабо, т.к. коэффициент преломления воды по своему значению близок к коэффициенту преломления хрусталика глаза. Находясь в маске , между глазом и стеклом находится воздух и лучи, попадающие в глаз , преломляются как обычно.

№20: Почему стёкла автомобильных фар делают рифлёными, т. е. состоящими из маленьких трёхгранных призм?
ОТВЕТ: Данный набор призм, преломляющий угол которых находится в верху, отклоняют лучи от источника света и отклоняет их вниз - на дорогу.

№21: Почему вода, образующая туман или облако кажется непрозрачной для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, хотя вода прозрачна для световых лучей?
ОТВЕТ: Непрозрачность обусловлена рассеянием света в неоднородной среде . При каждом переходе из одной среды в другую происходит отражение света, при этом "доля" отраженной энергии зависит от абсолютного показателя преломления среды и угла падения. Ввиду того, что облако расположено достаточно высоко, углы падения малы, следовательно и доля отражённой энергии мала. В случае тумана, который расположен на малой высоте из-за большой концентрации молекул воды падающие лучи света испытывают многократное отражение и не смотря на большие углы падения, здесь существенную роль играет абсолютный показатель преломления.

№22: Почему из самолёта, летящего над морем, пассажиру, смотрящему вниз, вода кажется темнее, чем в дали?
ОТВЕТ: Если наблюдатель смотрит вниз, то углы падения лучей малы, а следовательно малы и углы отражения. В результате этого в глаз пассажира попадает пучок лучей с малой энергией. Лучи, попадающие в глаз наблюдателю от более дальних областей моря , естественно попадают под большими углами, поэтому обладают большей энергией.

№23: Почему в солнечные дни водители машин , двигающихся по шоссе , видят на шоссе лужи воды?
ОТВЕТ: Нагретый слой воздуха, непосредственно прилегающий к асфальту, имеет показатель преломления меньший, чем у выше лежащих слоёв воздуха. В результате этого происходит полное отражение и асфальт, ( показатель преломления, которого близок к показателю преломления воды) кажется столь же хорошо отражающим свет, как и вода.

№24: Почему стёкла автомобильных фар с внутренней стороны имеют рифленую поверхность?
ОТВЕТ: Рифлёная поверхность стёкол фар является набором малых призмочек, собирающих лучи в нужном направлении.

№25: Почему одни ткани блестят, а другие нет?
ОТВЕТ: Ткань блестит, если нити в ней расположены в правильном порядке параллельно друг другу и как бы образуют на поверхности ткани бороздки. Под определенными углами такая ткань довольно сильно отражает падающий на нее свет. Под другими углами это отражение слабое. Поэтому, когда ткань поворачивается в лучах света, она отражает то лучше, то хуже - блестит.

№26: Почему облака в основном белые? Почему грозовые тучи черные?
ОТВЕТ: Размеры водяных капель в облаке достаточно большие, и свет отражается от их внешней поверхности. При таком отражении свет не разлагается на составляющие цвета, а остается белым. Очень плотные облака кажутся черными потому, что они пропускают мало солнечного света - он либо поглощается каплями воды в облаке, либо отражается вверх.

№27: Почему цвета влажных предметов, после дождя, кажутся более глубокими, более насыщенными, чем сухих?
ОТВЕТ: Тонкая плёнка воды, покрывающая влажный предмет, отражает падающий белый свет по одному определённому направлению. Поверхность предмета уже не рассеивает белый свет во все стороны, и господствующим становится его собственный цвет. Рассеянный свет не налагается на отражённый от предмета, и поэтому цвет кажется более насыщенным.

№28: Укажите различие в освещении с помощью прожектора и с помощью автомобильной фары.
ОТВЕТ: Прожектор испускает параллельные лучи, поэтому освещает небольшую площадь, а в фаре есть рассеиватель, который расширяет световой пучок для освещения всей ширины дороги.

№29: Почему почва, картон, дерево и т.п. кажутся более тёмными, если их смочить?
ОТВЕТ: У сухого материала поверхность шероховатая, поэтому отражённый свет оказывается рассеянным. Если материал смочить, то от плёнки воды свет будет отражаться зеркально. Кроме того, пройдя сквозь эту плёнку, свет частично поглощается, частично опять же диффузно отражается от картона. Но часть лучей испытают полное отражение и не выйдут наружу.

№30: Можно ли два куска стекла склеить так, чтобы место склейки оказалось невидимым?
ОТВЕТ: Можно, если показатель преломления засохшего клея равен показателю преломления стекла.

№31: Почему сажа чёрная, хотя на неё падают лучи всего солнечного спектра?
ОТВЕТ: Сажа поглощает все лучи.

№32: Некоторые автомобили имеют дополнительные противотуманные фары жёлтого цвета. Зачем?
ОТВЕТ: Меньше всего капельки воды (туман) рассеивают красный, оранжевый и жёлтый свет.

№33: Какие светильники предпочтительнее устанавливать в магазинах, где продают ткани: лампы накаливания или дневного света?
ОТВЕТ: Лампы дневного света, т.к. их излучение по спектральному составу ближе к солнечному.

№34: При изготовлении искусственных перламутровых пуговиц на их поверхности делают мельчайшую штриховку. Почему после этого они приобретают радужную окраску?
ОТВЕТ: Штриховка играет роль дифракционной решётки, дающей спектр в отражённых лучах.

Комментариев нет:

Отправить комментарий