Tajemnice szklanki z wodą

Promień leci spod wody. Pada pod kątem α na

powierzchnię rozgraniczającą

α

Wychodzi pod kątem β
większym niż α , bo reguła jest
taka, że tam gdzie jest większa
prędkość, tam jest większy kąt.

β

Przez to człowiek widzi stopy
wyżej niż są.

Problem 1. Dlaczego nogi tej
ślicznej długonogiej dziewczyny
wydają się gościowi patrzącemu
sponad wody bardzo krótkie?

Czy w oparciu o powyższe zjawisko potrafisz wyjaśnić
dlaczego pisak jakby się złamał ku górze?

A może wiesz już dlaczego część zanurzona wygląda na
cieńszą?

Bywa, że patrząc z brzegu widzimy dno rzeki. Czy jest ono na
takiej głębokości na jakiej na jakiej wydaje się być?

Problem 2

Dlaczego łyżeczkę
widzimy przeciętą na
powierzchni wody?

Szklanka z herbatą – widok z
góry.

Łyżeczka.

Pada pod kątem α
na powierzchnię
rozgraniczającą.

(Prosta prostopadła
wychodzi zawsze
ze środka szklanki,
bo promień koła
jest zawsze
prostopadły do
okręgu.)

Promień od
zanurzonej części
łyżeczki wędruje w
herbacie.

α

S

Odgina się od
prostej
prostopadłej, bo
kąt załamania β ma
być większy niż α,
skoro prędkość w
powietrzu jest
większa niż w
herbacie.

β

A człowiek widzi
łyżeczkę nie tam,
gdzie powinien,
tzn. wydaje się mu
przesunięta w
stronę krawędzi
szklanki.

Natomiast górną
część łyżeczki widzi
tam, gdzie ona
faktycznie jest.

Czy w oparciu o powyższe zjawisko potrafisz wyjaśnić
dlaczego łyżeczka po zanurzeniu w wodzie „poszerzyła
się”?

Przyjrzyj się uważnie dwu pierwszym zdjęciom przedstawiającym szklankę
pustą oraz po nalaniu wody. Czy możesz przez wodę dostrzec obraz, który jest
za szklanką? Jeśli wydaje ci się, że możesz, choć niewyraźnie, spójrz na na
zdjęcie trzecie, na którym pod szklankę podłożono kolorowy krążek, leżący
wcześniej obok. Kolorowy obraz rozlazł się po całej szklance i tu już bez
wątpienia całkowicie zasłonił stojące z tyłu pudełko!

Problem 3

Nieprzeźroczysta szklanka.

Na tym slajdzie tę samą szklankę obejmuje ręka. Palce przywierają do szkła, a mimo to ich nie widać.

Wyrzuciliśmy krążek. Nie pomogło. Dopiero po zmoczeniu ręki pojawiły się odciski linii papilarnych!

Kiedy promień wchodzi z powietrza
do wody prostopadle, nie zmienia
kierunku.

Gdy wchodzi ukośnie, załamuje się
do prostej prostopadłej tym bardziej
im bardziej płasko pada.

Choć promienie załamane leżą coraz
wyżej, odchylenie jest coraz
wyraźniejsze.

Jeśli puścimy go niemal poziomo,
tak płasko jak tylko damy radę,
ugnie się najmocniej.

Kąt załamania nazywamy wtedy
granicznym.

α

g

r

wyjaśnienie

Skierujmy promienie z powrotem. Zachowają się w sposób dość łatwy do przewidzenia - wrócą tymi samymi
drogami.

A jeśli puścimy promień spod wody pod kątem większym od
granicznego?

α

g

r

Wszystkie dotychczasowe trasy były już wykorzystane, więc
się odbił. Oczywiście nie jest to głębokie wytłumaczenie. Po
prostu tak czyni. To zjawisko nosi nazwę całkowitego
wewnętrznego odbicia.

Całkowite wewnętrzne odbicie następuje, gdy od
strony wody, a więc środowiska, gdzie światło ma
mniejszą prędkość, patrzymy odpowiednio płasko na
powierzchnię oddzielającą od środowiska, gdzie
prędkość światła jest większa( np. powietrza).

Problem 4

Dlaczego obiekty znajdujące się poza powierzchnią odbijającą zupełnie
przestają być widoczne (nie prześwitują przez nią)?

α

g

r

Załóżmy, że patrzymy na punkt A powierzchni wody, w
którym zaszło całkowite wewnętrzne odbicie, dzięki czemu
widzimy odbicie ryby.

A

Dorysujmy drogi promieni trafiających do punktu A znad wody.

Żaden z nich nie ma szans na dotarcie do oka.

Ale gdyby patrzyć bardziej spod spodu, nie dotarłby za to
promienie odbite, tylko te znad powierzchni, czyli
powierzchnia nie działałaby jak lustro. Doskonale byłoby
widać co jest za nią.

Na granicy woda-powietrze kąt graniczny wynosi 48 stopni. Wynika stąd, że patrząc na lustro wody od spodu nie
sposób dostrzec w nim siebie. Na środku jest „dziura” o rozwartości kąta 96 stopni, przez którą widać świat
zewnętrzny.

Te promienie trafiają do
oka ryby znad wody.

A te już spod wody.

Ryba widzi wszystko, co jest powyżej wody, tzn. to co mogłaby zobaczyć mając głowę na wierzchu. Nawet
promienie niemal ślizgające się po powierzchni jeziora wpadają do „dziury”. Obraz jest co prawda trochę
zdeformowany.

Obiektywy typu „rybie
oko” pozwalają uzyskać
podobne zniekształcenia.
Mają pole widzenia 180 a
nawet więcej stopni.

Mikipedia

Wikipedia

Copyright:

Wiesław Kruczała 2013