Шешімі: Рефракция света в атмосфере
Мақала тапсырмағаОпыты Птолемея по преломлению света
Прочитайте текст и выполните тапсырмалар.
Опыты Птолемея по преломлению света
Два закона геометрической оптики – закон прямолинейного распространения света и закон отражения света – были описаны знаменитым греческим учёным Евклидом, жившим в III в. до н.э. С помощью этих законов Евклид объяснил целый ряд наблюдаемых явлений, и в частности, отражение света от плоских и сферических зеркал.
Греческий астроном Клавдий Птолемей (около 130 г. н.э.) – автор замечательной книги, которая в течение почти пятнадцати столетий служила основным учебником по астрономии, – написал также книгу «Оптика», в которой описал, в частности, явление преломления света. С явлением преломления света Птолемей столкнулся, наблюдая звёзды. Он заметил, что луч света, переходя из одной среды в другую, «ломается». Поэтому звёздный луч, проходя через земную атмосферу, доходит до поверхности Земли не по прямой, а по кривой линии, то есть происходит рефракция. Искривление хода луча происходит из-за того, что плотность воздуха меняется с высотой.
Чтобы изучить закон преломления, Птолемей провёл следующий эксперимент. Он взял круг и укрепил на оси линейки l₁ и l₂ так, чтобы они могли свободно вращаться вокруг неё (см. рисунок 1).
Рисунок 1
Птолемей погружал этот круг в воду до диаметра АВ и, поворачивая нижнюю линейку, добивался того, чтобы линейки лежали для глаза на одной прямой (если смотреть вдоль верхней линейки). После этого он вынимал круг из воды и сравнивал углы падения α и преломления β. Он измерял углы с точностью до 0,5°. Числа, полученные Птолемеем, представлены в таблице.
| № опыта | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Угол падения α, град. | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| Угол преломления β, град. | 8 | 15,5 | 22,5 | 28 | 35 | 40,5 | 45 | 50 |
Эксперимент Птолемея был поставлен правильно, учёный получил достаточно хорошие численные значения для углов падения и преломления, однако закона он установить не сумел.
В спокойной атмосфере наблюдают положение звёзд, не расположенных на перпендикуляре к поверхности Земли, в точке А, где находится наблюдатель. На рисунке схематично показано истинное и видимое положения для одной из звёзд. Какое положение $S_1$ или $S_2$ может соответствовать истинному положению звезды, а какое — видимому? Ответ поясните.
Шешім по шагам
3 қадамПлотность воздуха увеличивается при приближении к поверхности Земли, поэтому луч звезды, проходя через атмосферу, постепенно искривляется в сторону более плотных слоёв.
Глаз наблюдателя воспринимает свет как распространяющийся по прямой, являющейся продолжением направления луча вблизи наблюдателя.
Поэтому видимое положение звезды оказывается выше её истинного положения. На рисунке истинному положению соответствует $S_1$, а видимому — $S_2$.
Истинное положение — $S_1$, видимое положение — $S_2$: из-за преломления в атмосфере звезда кажется расположенной выше.
Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Путать истинное и видимое положения звезды.
Считать, что свет в атмосфере распространяется строго по прямой.
Не учитывать увеличение плотности воздуха при приближении к поверхности Земли.