Оптика — Задание 19 ОГЭ по физике №00003889

Дано:

Аквалангист под водой наблюдает солнечный луч, составляющий угол $\beta$ с вертикалью.

Найти:

Как соотносится угол $\alpha$, который измерит наблюдатель на берегу, с углом $\beta$. ⠀

Решение:

Солнечный луч идёт из воздуха в воду и на границе раздела преломляется. При переходе из менее плотной среды (воздух) в более плотную (вода) луч приближается к нормали, то есть угол в воде меньше угла в воздухе: $$n_{\text{воды}} \cdot \sin\beta = n_{\text{воздуха}} \cdot \sin\alpha \quad \Rightarrow \quad \sin\beta \lt \sin\alpha \quad \Rightarrow \quad \beta \lt \alpha$$ Мозг аквалангиста достраивает подводный луч по прямой (без учёта преломления) и воспринимает Солнце как находящееся выше реального положения, то есть под меньшим углом к вертикали $\beta$. Наблюдатель на берегу видит Солнце под реальным углом $\alpha$ (без преломления). Поскольку $\beta \lt \alpha$, наблюдатель на берегу получит больший угол с вертикалью, то есть будет считать Солнце ниже над горизонтом по сравнению с тем, что видит аквалангист. Вывод: аквалангист воспринимает угол $\beta$ (меньший), наблюдатель на берегу — угол $\alpha$ (больший). Причина — преломление света на границе вода–воздух.