сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 255
i

Толь­ко самые ма­лень­кие пу­зы­ри воз­ду­ха оста­ют­ся почти круг­лы­ми в про­цес­се всплы­ва­ния в воде. Если пу­зырь воз­ду­ха, всплы­ва­ю­щий в воде, имеет раз­ме­ры по­ряд­ка 10 см, то он при­ни­ма­ет ак­си­аль­но сим­мет­рич­ную форму шляп­ки гриба, см. ри­су­нок. Жук пла­ва­ет на ниж­ней по­верх­но­сти пу­зы­ря, пе­ре­ме­ща­ясь вверх вме­сте со всем пузырём. На какой глу­би­не уви­дит жука смот­ря­щий на него вер­ти­каль­но свер­ху, на­хо­дясь над по­верх­но­стью воды? Рас­сто­я­ние от верх­ней гра­ни­цы пу­зы­ря до по­верх­но­сти воды равно H, ра­ди­ус кри­виз­ны верх­ней гра­ни­цы пу­зы­ря равен R, ко­эф­фи­ци­ент пре­лом­ле­ния воды n  =  4/3. Раз­ме­ры жука малы по срав­не­нию с рас­сто­я­ни­ем h от него до верх­ней гра­ни­цы пу­зы­ря. Пре­не­бре­ги­те тем, что верх­няя по­верх­ность пу­зы­ря не плос­кая, а изо­гну­тая. На какой глу­би­не тогда уви­дит жука на­блю­да­тель, на­хо­дя­щий­ся над водой? При­ми­те во вни­ма­ние кри­виз­ну верх­ней по­верх­но­сти пу­зы­ря и по­лу­чи­те пол­ный ответ.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Если пред­мет на­хо­дит­ся за плос­кой пла­сти­ной тол­щи­ной H и име­ю­щей по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния n, то его мни­мое изоб­ра­же­ние сме­ща­ет­ся на рас­сто­я­ние

 дель­та H = дробь: чис­ли­тель: n минус 1, зна­ме­на­тель: n конец дроби H

к на­блю­да­те­лю. Иными сло­ва­ми, ка­жет­ся, что пла­сти­на имеет тол­щи­ну H в сте­пе­ни prime= дробь: чис­ли­тель: H, зна­ме­на­тель: n конец дроби . Дей­стви­тель­но, рас­смот­рим луч, вы­шед­ший от пред­ме­та (жука), ко­то­рый прошёл через пла­сти­ну, упав на неё под малым углом  альфа . Луч вый­дет из пла­сти­ны под тем же углом. Если бы пла­сти­ны не было, рас­сто­я­ние до пред­ме­та L было бы про­пор­ци­о­наль­но рас­сто­я­нию от луча до вер­ти­ка­ли x, x= альфа L. Од­на­ко когда луч про­хо­дил внут­ри пла­сти­ны, он был на­прав­лен под углом  дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: n конец дроби к вер­ти­ка­ли, т. е. уда­лил­ся от неё на  дробь: чис­ли­тель: альфа H, зна­ме­на­тель: n конец дроби . При­хо­дим к на­пи­сан­ным выше от­ве­там. Те­перь учтём то, что верх­няя по­верх­ность пу­зы­ря имеет ра­ди­ус кри­виз­ны рав­ный R. В этом слу­чае про­хож­де­ние луча от жука к на­блю­да­те­лю можно пред­ста­вить как про­хож­де­ние им оп­ти­че­ской си­сте­мы, со­сто­я­щей из по­сле­до­ва­тель­но со­став­лен­ных во­гну­то-плос­кой линзы и плос­кой пла­сти­ны тол­щи­ной H. Фо­кус­ное рас­сто­я­ние линзы по­лу­ча­ем по фор­му­ле линзы

F= минус дробь: чис­ли­тель: R, зна­ме­на­тель: n минус 1 конец дроби .

Знак минус озна­ча­ет, что речь идёт о во­гну­той линзе. Мни­мое изоб­ра­же­ние жука после про­хож­де­ния лу­ча­ми линзы будет на­хо­дить­ся на рас­сто­я­нии h`, ко­то­рое опре­де­ля­ет­ся урав­не­ни­ем

 дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: h конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: h в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: F конец дроби рав­но­силь­но h в сте­пе­ни prime = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: h конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: n минус 1, зна­ме­на­тель: R конец дроби конец дроби .

В ре­зуль­та­те по­лу­ча­ем, что пол­ное рас­сто­я­ние от мни­мо­го изоб­ра­же­ния жука до по­верх­но­сти (ка­жу­ща­я­ся глу­би­на по­гру­же­ния жука) равна

s= дробь: чис­ли­тель: H, зна­ме­на­тель: n конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: h конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: n минус 1, зна­ме­на­тель: R конец дроби конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 H, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 3 R h, зна­ме­на­тель: 3 R плюс h конец дроби .

Ответ: s= дробь: чис­ли­тель: 3 H, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 3 R h, зна­ме­на­тель: 3 R плюс h конец дроби .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии по за­да­ниюБаллы
По­стро­е­но мни­мое изоб­ра­же­ния для лучей, про­хо­дя­щих через пла­сти­ну4
Пра­виль­но уста­нов­ле­на ви­ди­мая тол­щи­на плос­ко­го слоя воды4
На­пи­са­но пра­виль­ное вы­ра­же­ние для фо­кус­но­го рас­сто­я­ния плос­ко­во­гну­той линзы4
Уста­нов­ле­но по­ло­же­ние мни­мо­го изоб­ра­же­ния за лин­зой4
Вы­пи­сан окон­ча­тель­ный ответ (ска­за­но о том, что оп­ти­че­ская си­сте­ма со­став­ная)4
Классификатор: Оп­ти­ка. Линзы. Ход лучей в лин­зах