把筷子斜插进装水的玻璃杯,水面下那一截像被折断或挪开了位;站在岸边看清澈的池塘,又总觉得水浅得能一眼见底。这两件事常被当成两个谜,其实是同一条规律在起作用。看到的深浅和位置,并不是物体真实所在的深浅和位置。
先说结论:光从一种透明介质斜着进入另一种透明介质,比如从水进到空气,传播方向会在交界面发生改变,这叫光的折射。不是物体变了形,也不是眼睛出了毛病。科普中国与中国科普网的公开科普,把筷子像折断、池底显浅、水下鱼的位置偏移、隔着厚玻璃看笔杆错位,都归到同一条原理。判断依据是光路在界面拐了弯,不是筷子或水底真挪了位置。
水的光密程度比空气大,光从水里进入空气会偏离垂直于水面的方向。人眼察觉不到光线弯折,只习惯沿进入眼睛的最后一段光线按直线往回反推,反推的交点落在实际物体上方,形成虚像:水底被抬高,鱼也被抬到比真实位置更浅处。有经验的渔民叉鱼要朝看见的鱼的下方下手,瞄的是虚像而非实物。眼睛默认光走直线,折射恰恰打破了这个默认。斜着看错位更明显,正对水面往下看偏差就小得多。
最要紧的是别用眼睛估水深。应急管理部在汛期安全知识发布会上提示,不能准确判断水深时宁可绕行也不涉水;科普中国转载的水利科普也明确写过,水有折射作用,从岸上看到的水位比实际水位浅,以为的浅水区可能就是深水区。到正规游泳场所,看池边标注的水深和现场警示,别凭池水清亮就往里走;在野外水边,先看有没有禁止游泳的标识和护栏。想验证这条规律,一杯水加一根筷子换个角度看看就够,不必真下水去试。看标识、看管理、保持距离,比一句我看着不深可靠得多。
一是把水清当成水浅。清澈只说明能看见水底,不代表水底近;水色还受水深、悬浮物和光线影响,凭颜色下结论并不可靠。清澈见底反而最容易让人低估深度,这正是野外水域需要提防的一种错觉。
二是觉得折射把筷子掰弯了,或者认为深水看着浅只是心理作用。物体和光路都没变,变的是人眼反推位置的方式,这是能用一杯水重复验证的稳定现象,不是猜测。反过来,也没有哪条国家标准规定看到的水深等于真实水深,这类判断本就不该交给目测。
三是和别的光学现象、别的涉水话题混为一谈。日晕和彩虹是高空冰晶或水滴把阳光拆成色带的大气光象,平面镜与后视镜是反射成像,月亮跟着人走是参照物造成的视差,雨天开车估积水深浅则是行车涉水问题,都不是水与空气交界面让位置显浅这件事。
筷子像折断、池水显浅,都是光出水时拐了弯、眼睛仍按直线反推造成的虚像;看到的位置比实际更浅,判断水深要看标识、别看水色,更别凭目测贸然下水。
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