海市蜃楼_从筷子变弯谈海市蜃楼
时间：2019-01-07 03:23:15 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
斜插入水中的筷子,你会发现筷子似乎是被水折断了。 要解答这个问题,我们先来了解相关的物理知识:光线在穿过密度均匀的物质(介质)时,其传播方向和速度一般保持不变;当光线倾斜地穿过密度不同的两种介质时,在两种介质接触的地方,或者叫界面,不仅传播速度发生改变,而且行进的方向也发生偏折,这就是物理学中的光折射现象。当光线由密度较小的物质中射入密度较大的物质中,也就是说,从疏介质进入密介质时,要向垂直于界面的法线方向偏折,即折射角小于入射角。反之,折射角会大于入射角。这就是光的折射规律。
我们来看筷子在水中部分出现弯折的图片,再画出水中筷子变弯的光路示意图(如右图)。
从图中我们可以看到,水下的筷子反射向我们眼睛的光线在通过水和空气的分界面的时候,发生偏折,水的密度大于空气,所以折射角小于入射角。因此我们逆着光的来向所看到的A点的虚像就处于实物的上方A′了――所以看起来筷子水面以下的部分折向水面。用鱼叉捕鱼的人将鱼叉刺向鱼的下方才能把鱼刺中也是这个道理。
现在,我们再来看海市蜃楼的原理就清楚多了。它是光线在垂直方向密度不同的大气层中传播,经过多次折射造成的结果。
上现蜃楼:因为夏天天气炎热,被暴晒了一天的空气温度很高而海水的温度变化相对较小,那么从海面向上的一定高度内,海面附近的空气温度较低密度较大,而越向上气温越高空气密度越小即较稀薄,故空气的折射率就形成下层大而上层小的连续变化;远处的山峰、船舶、楼台等发出的光线从(折射率较大)密度大的空气连续不断地传播到密度小的上层空气,由于不断被折射而使光线越来越偏离法线,故进入上层空气的光线的入射角不断增大,当反射光线进入人的眼睛时,人们逆着光线看去就感觉到远方的山峰、船舶、楼台、树木等景物悬在空中,这就是“上现蜃楼”。如人们比较熟悉的山东省烟台市蓬莱县的“蓬莱仙岛”很大程度上是看到海峡对岸大连市的局部影像。
下现蜃楼:夏日的正午烈日当头,沙漠表面被晒得非常热使其温度很快上升,由于沙漠地表处温度很高,故下层空气密度小而上层空气密度逐渐增大,那么从沙漠地面向上空气的折射率则从小到大连续变化,故从远处物体或蓝色天空斜射向地面的光线,进入折射率逐渐减小的热空气层被折射后,其折射角大于入射角且折射角与入射角均逐渐增大,使传播方向总要向上偏一些,而且入射光线可能在沙漠地面附近发生全反射;由于人眼不能看到光线的曲折,而是按直线追溯射入眼中的光线射来的方向看到物体的,所以人看到这些光线好像是由他的前方射来的,于是人们就看到前方远处物体的倒影或者感觉到前方的沙漠中出现了一片蔚蓝发光的湖面(由于被太阳晒热的沙漠表面的空气不断地向上流动、晃动,也由于空气折射率的变化,故人们还会感觉到这蔚蓝的湖面晃动不止,波浪起伏);但由于上面所形成的是远处物体或蓝色天空的倒立虚像,故人们看到前方的物体或水源在沙漠中实际是没有的。这种情况在城市里也可看到,夏天烈日照耀在柏油路面上,坐在车内的人会发现前方被晒热的路面显得格外明亮光滑,似有一潭清水或被水淋过一样,但实际上路面非常干燥。
