Почему под водой предметы кажутся больше? Клуб почемучек

Здравствуйте, дорогие читатели! Снова пятница, и снова у меня в блоге  “Клуб почемучек“.  

В сегодняшнем выпуске я буду отвечать на вопрос мамы  Риты и ее дочки Ани: “Почему абрикосы в банке кажутся большими?”

Во время закатки абрикос на зиму, Рита с Аней заметили, что в банке размеры фруктов значительно увеличились. Думаю, многие дети во время купания в ванной или на море тоже замечали, что размеры под водой кажутся больше, чем на самом деле. Кроме того, те, кто хоть раз пытался что-нибудь достать из-под воды замечал, что расстояния в воде обманчивы. Почему так происходит, я и расскажу в сегодняшнем занятии.

Давайте проведем опыт и проверим, действительно ли предметы увеличиваются? Абрикосового компота дома у нас не нашлось, поэтому мы взяли вместо них небольшие мячики.

Материалы для опыта

Измеряем линейкой видимую ширину мячика (чтобы плоской линейкой измерить выпуклый шарик, надо во время измерения зажмурить один глаз)

Если малыш еще не умеет измерять по линейке, можно для наглядности взять бумажную полоску и отмечать ширину маркером)

Кладем мячик в пустую банку и сравниваем его ширину с отметкой на бумажке. Его размер остался практически тем же, что и  был. Значит, сама банка тут не важна.

Доливаем в банку воду и снова проверяем ширину. Видимый размер мячика значительно увеличился! Он “вырос” где-то на четвертинку. И все благодаря тому, что мы смотрим на него через воду.

Да и без измерений видно, что шарики в банке стали выглядеть гораздо больше

Виновато во всем преломление света. Хотя выпуклый бок банки тоже вносит свой вклад. Он дополнительно увеличивает и к тому же искривляет изображения предметов, расположенных внутри банки. Но как мы узнали, это вклад не так значителен, как то, что дает преломление света в воде.
Что же такое это самое “преломление”?

Преломление света – это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред. А если сказать проще, то происходит следующее. Лучи солнечного света, падая на банку и абрикосы в ней, отражаются, и часть этих отраженных лучей попадает нам в глаз. Под воздействием света сетчатка глаза (специальный светочувствительный слой) посылает сигналы в мозг, и там формируется изображение банки с абрикосами. А мы говорим “глаз видит”. Лучи света обычно попадают к нам в глаз по воздуху. Без всяких отклонений. Поэтому мы видим предметы такими, какие они есть. Но если лучик проходит через разные среды (т.е. разные вещества: например, воздух и воду, воду и стекло и т.д.), то он отклоняется от своего пути. И попадает на сетчатку глаза не там, где должен быть, а чуть-чуть в стороне. Вот и получается, что мы видим предмет чуть-чуть больше (или меньше, это уже от сред зависит), чем он есть на самом деле.

Давайте познакомимся поближе с преломлением света в разных средах и проведем несколько простых и эффектных опытов. демонстрирующих его свойства.

Опыт 1. Палочка сломалась?

Самое простое – это опустить в стакан с водой палочку или ложку и посмотреть, что с ней случилось. Она сломалась? Нет, это и есть “преломление”. Лучи света от той части соломинки, которая находится над водой формируют изображение соломинки в глазу немного дальше, чем те, которые идут от подводной части. Вот и получается, что эти две части перестали совпадать.

Демонстрация преломления света

Опыт 2. Как сделать видимым дно чашки?

Второй опыт даже не опыт, а фокус. Попросите малыша приклеить кусочек пластилина ко дну чашки (1). Пусть он сядет так, чтобы дно чашки и приклеенный кусочек ему не были видны (2). И объявите ему, что вы сможете с помощью волшебной воды сделать так, что он увидит кусочек пластилина не сходя с места. Раз-два-три, наливаем воды. Кусочек пластилина и вправду стал виден! Спросите малыша, понял ли он, как это произошло? Все дело опять в преломлении света на границе воздух-вода. Сначала лучи света от пластилина в глаз не попадали, им мешал бортик чашки. А когда мы налили воду, они стали отклонятся и проходить выше бортика чашки. Поэтому и пластилин стал виден.

Как сделать видимым дно чашки при помощи преломления

Опыт 3. Преломление в разных средах

Преломление может происходить не только на границе вода-воздух, но и масло-воздух. например. Давайте посмотрим, одинаково ли это происходит? Нальем в один стаканчик воду, в другую растительное масло и положим в стаканчики одинаковые палочки.

В разных жидкостях преломление разное

Если присмотреться, то мы увидим, что в масле палочка “искривилась” сильнее, чем в воде. Значит, на границе  масло-воздух свет преломляется сильнее, чем на границе  вода-воздух. Физики в таких случаях говорят, что у масла коэффициент преломления выше, чем у воды. Посмотрим в специальных таблицах, то увидим, что так оно и есть. У воды коэффициент преломления – 1,334, а у подсолнечного масла – 1,47. У воздуха коэффициент преломления практически равен единице (а точнее, 1,000292), у стекла 1,5 – 1,6.

Мы видим прозрачные предметы только благодаря тому, что коэффициенты преломления воздуха и материала из которого они состоят (стекло, пластик, вода) различаются. Если бы мы сделали прозрачный материал, коэффициент преломления которого такой же как у воздуха, то он стал бы полностью невидимым!
В одном детективном романе преступник так спрятал бриллиант, что его не могли найти полицейские сыщики. И только частный детектив догадался, что бриллиант лежит в аквариуме, где он совершенно не виден. Это могло произойти, если бриллиант был такой чистоты, что его коэффициент преломления совпал с коэффициентом преломления воды. Если у вас дома есть бриллианты, то можете попробовать сами провести такой опыт ? У нас нашелся только пластмассовый прозрачный кристалл, но при опускании его в воду он был прекрасно виден.
Но если взять более подходящие среды, то может получиться очень интересный опыт.

Опыт 4. Фокус с исчезающим стаканом.

Нам понадобится:
Прозрачные стаканы – большой и маленький (маленький должен помещаться в большом)
Подсолнечное масло.

Демонстрация:
1. Берем маленький стакан, наполняем маслом и ставим его в большой. Стакан прекрасно видно, не правда ли?
2. А теперь под слова заклинания начинаем доливать масло, пока оно не заполнит и большой стакан и не накроет маленький
3. Мы видим, что маленький стакан полностью исчез, растворился в большом стакане с маслом. Как такое может быть?!

Фокус с исчезновением стакана

Объяснение опыта:
Конечно, никуда маленький стакан не исчез. Просто он стал невидимым в масле. Спросите малыша, почему? Правильно, потому что коэффициент преломления стекла и подсолнечного масла почти одинаковые.

Надеюсь, Рите с Аней понравятся эти опыты и фокусы ?
А на следующей неделе я буду отвечать на вопрос “Что быстрее, машина или поезд?“. Не пропустите очередной выпуск “Клуба почемучек”!

Другие опыты и эксперименты, которые можно делать прямо на кухне, можно посмотреть здесь: Откуда пенка на молоке?, Почему масло тает? (опыты с агрегатным состоянием и температурой плавления), Почему вода в море соленая (опыты с солью),  Почему молоко белое (6 опытов с молоком),  Почему фрукты в банке кажутся большими, чем на самом деле (опыты с преломлением), Почему оладьи получаются круглыми (опыты с поверхностным натяжением жидкостей)?, На каком хлебе плесень растет быстрее? (сравнительный эксперимент по выращиванию плесени), Что горячее: горячий чай с холодным молоком или холодный чай с горячим молоком?, Как люди научились печь хлеб (повторяем древний технологический процесс),  Опыты с куриным яйцом

Материалы по теме:

• Показатель преломления (http://fotoatelier.ru/p/1342-pokazatel-prelomleniya.html)
• Преломление. Википедия (//ru.wikipedia.org/wiki/Преломление)
• Свет в воде (http://sub.bestnet.ua/magazin/magazin_3/theor.html)