Чому шпажка "тікає"? Таємниця заломлення світла у склянці води

Ви напевно помічали цей дивний ефект: варто занурити олівець або дерев'яну шпажку у склянку з водою, як вони миттєво "переламуються" або зміщуються вбік. Чому наше око бачить те, чого насправді не існує? Давайте розберемося.

Світло - це "бігун", який змінює швидкість

Головна причина явища - рефракція, або заломлення світла. Світло поширюється з різною швидкістю залежно від того, через що воно проходить.

• Повітря - це "легка траса", де світло рухається дуже швидко.

• Вода - це "пісок" або "болото", де світло сповільнюється, бо середовище є оптично щільнішим.

Як виникає ілюзія зміщення?

Коли промені світла відбиваються від зануреної шпажки, вони спочатку йдуть крізь воду, а потім виходять у повітря, щоб потрапити до нашого ока. У цей момент відбувається наступне:

• Зміна кута: Коли світло переходить з води (більш щільне середовище) у повітря (менш щільне), воно прискорюється і відхиляється від перпендикуляра до поверхні води.

• Обман мозку: Наш мозок звик думати, що світло завжди поширюється по прямій лінії. Він не враховує вигин променя на межі води та повітря.

• Уявне зображення: Око "продовжує" промінь назад у воду по прямій лінії. Оскільки промінь заломився, ця уявна лінія вказує на точку, що знаходиться трохи вище або вбік від реального розташування шпажки.

Результат

Ми бачимо "уявне зображення" предмета. Шпажка здається зміщеною, хоча насправді вона залишається цілою та нерухомою.

Чому поверхня води залишається горизонтальною?

На поверхню води діє сила тяжіння, яка утримує її паралельно землі. Оскільки світло, що йде від самої поверхні води, практично не змінює напрямок (або ми дивимося на неї під іншим кутом), вона здається нам рівною. А от промені від об'єктів під водою змушені проходити крізь кордон двох середовищ під кутом, що і створює ефект "зламу".

Цікавий факт

Саме через заломлення світла дно басейну або річки завжди здається ближчим (мілкішим), ніж воно є насправді. Тому завжди будьте обережні, стрибаючи у воду!