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物理 · 光的折射

筷子插进水里,
为什么了?

捞出来一看,它明明是直的。弯折不在筷子上——在光走的路上,也在你的眼睛里。往下滚,把「看见」这件事拆开。

↓ 慢慢往下滚 ↓
侧面看:水、筷子,和你的眼睛。
筷子本身是直的——盯住水下那一截,它现在还是直的。

回放:我们拆出了哪三个零件?

「看见一根弯筷子」= 光 × 折射 × 虚像。

1

看见 = 光进入眼睛

筷尖自己不发光,它把照到它的光反射向四面八方,其中一小束恰好飞进你的眼睛。你看见的从来不是筷子本身,而是这束光。

2

在水面,光拐了个弯

光在水里的速度只有空气里的约四分之三。跨过水面的一瞬间速度变了,方向也跟着变——这就是折射。从水进入空气时,光会更偏离法线(法线:垂直于水面的那条假想线,量角度都以它为基准)。

3

大脑沿直线反推

眼睛只知道光进来时的方向,不知道它半路拐过弯。大脑默认光走直线,沿着这个方向反向延长——延长线交出来的位置,就是虚像:那里其实没有光出发,是大脑「脑补」出来的位置,它比真实的筷尖更浅

4

拼回去:无数虚像,连成一根弯筷子

水下的每一个点都被「抬高」了一截——浅处抬得少,深处抬得多。把所有虚像点连起来,筷子就在水面处向上一折。弯的不是筷子,是你对每个点位置的判断。

n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂

这就是折射定律(斯涅尔定律)。水的折射率 n≈1.33,空气 n≈1.00:光从水进空气,sin θ₂ = 1.33 × sin θ₁,所以折射角总比入射角大。顺手一算:从正上方看,水底的东西大约在真实深度的 3/4 处。

所以——叉鱼要往下叉

鱼反射的光同样在水面拐弯:你看到的那条鱼是虚像,真身在它下方更深处。想叉中它,就得瞄准「看到的位置」的下面。渔夫早就凭经验知道这件事——现在你能把它拆开讲清楚了。