為什麼有時候夏天看到路上好像有「一層水」,走近的時候又沒了? | No.109

2021-02-15 中科院物理所

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高速公路上比較寬闊,如果不颳風的話則空氣的流動會相對比較穩定,越接近地面的空氣溫度越高,密度越小,即從上到下空氣的密度在逐漸減小。

光在不同折射率的介質中傳播時會發生折射。

(圖片來自百度百科)

水的折射率比空氣要大,所以在水中光線與法線的夾角比空氣中要小。光路是可逆的,從水中給空氣中傳播的光將沿圖中箭頭所示的方向傳播。如圖所示,隨著入射光與法線的夾角增大,出射光與法線的夾角也在增大。出射光會比入射光更快地與水面平行,如3號箭頭所示,此時入射光與法線的夾角為臨界角,在入射光角度大於臨界角時光將不再透射,而發生全反射。

只有在從折射率大的介質給折射率小的介質傳播時光才能發生全反射。

光在給地面傳播的時候越靠近地面空氣的折射率越小,因此將不停地發生折射,當角度達到臨界角時便發生了全反射。此時地面上發生全反射的空氣層就相當於是一面鏡子,可以反射光,因此其亮度將比沒有發生全反射的地面亮的多(沒有發生全反射的地面吸收了大部分光,反射出的只是少數),並且還能看到倒影。視覺上就像是一灘水。

地表附近的空氣密度變化並不大,所以折射率的差異遠沒有水和空氣的差異大,因此臨界角比較大。也就是說發生全反射時入射光和反射光與地面的夾角很小,如圖所示,O點為發生全反射的位置。

藍色曲線代表光的傳播方向,黑色直線代表發生全反射的界面。要觀察到全反射則觀察者必須要在藍色曲線與黑色直線之間,因為在這之間的入射角大於臨界角。

當你離O點遠時,你處於兩條線之間,隨著你接近O點,你與O點的連線與黑色直線的夾角將越來越大,因此就觀察不到全反射了。所以遠處看像是有水,離得近了就是普通的路面。

By Patwf

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