Оптика

Задание №21. Качественная Задача

№2. Задание 21

ID: 00017564

Длительность светового дня — это время, в течение которого из-за горизонта «высовывается» хотя бы малая часть солнечного диска. Эта величина рассчитывается для каждой точки на поверхности Земли и приводится в астрономических справочниках и календарях. Однако наблюдаемая длительность светового дня немного превышает теоретическую — табличную. Объясните, руководствуясь известными физическими законами и закономерностями, почему это происходит.

Источник: ФИПИ

Решение

Идея

Табличную длительность дня считают так, будто свет идёт строго по прямой и Солнце «появляется», когда его край пересекает горизонт. Но воздух — это не пустота, а среда с показателем преломления, и на самом деле лучи идут не по прямой. Значит, надо вспомнить, как свет ведёт себя в неоднородной среде.

Закон и почему он работает

1) Преломление света. Атмосфера у поверхности Земли плотнее и имеет чуть больший показатель преломления, чем разреженный воздух наверху. Получается среда, плотность которой плавно растёт книзу.

2) Луч в такой среде искривляется. Когда свет переходит из менее плотных слоёв в более плотные, он каждый раз чуть-чуть поворачивает к нормали. Складывая эти повороты по всей толще воздуха, луч плавно загибается вниз, повторяя кривизну Земли. Это явление называют атмосферной рефракцией.

Вывод

Из-за искривления лучей мы видим Солнце приподнятым над его истинным положением. Поэтому утром край диска становится виден, когда геометрически Солнце ещё под горизонтом, а вечером диск виден ещё некоторое время после того, как он реально зашёл. С обеих сторон день «прибавляется».

Эффект сильнее всего у самого горизонта (там луч идёт через самую толстую косую «подушку» воздуха) — поэтому рефракция заметно растягивает именно восход и закат.

Итог: наблюдаемый световой день длиннее табличного из-за атмосферной рефракции — преломления и искривления солнечных лучей в атмосфере.

Ответ

Из-за атмосферной рефракции: солнечные лучи, проходя через атмосферу, преломляются и искривляются, поэтому диск Солнца виден ещё тогда, когда геометрически он уже (или ещё) находится под горизонтом. Это удлиняет световой день по сравнению с табличным значением.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Оптика» (8)