сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 3046
i

Во­прос. Какую ми­ни­маль­ную вы­со­ту долж­но иметь плос­кое зер­ка­ло, ви­ся­щее вер­ти­каль­но, чтобы че­ло­век ро­стом 160 см уви­дел себя в нем с го­ло­вы до ног? Ответ обос­но­вать.

За­да­ча. Элек­трон­ная мышка (ЭМ) ис­пус­ка­ет свет во все сто­ро­ны. Глаза элек­трон­ной кошки (ЭК)  — фо­то­эле­мен­ты, на­стро­ен­ные на этот свет. ЭМ и ЭК на­хо­дят­ся в про­ти­во­по­лож­ных углах зала раз­ме­ром D умно­жить на L=8 умно­жить на 12 м. По­се­ре­ди­не зал раз­го­ро­жен не­про­зрач­ной шир­мой ши­ри­ной d  =  6 м, и по­ло­ви­на стены в той части зала, где на­хо­дит­ся ЭК, зер­каль­ная (см. схему). В не­ко­то­рый мо­мент вре­ме­ни ЭМ на­чи­на­ет дви­гать­ся из сво­е­го угла по диа­го­на­ли своей части зала с по­сто­ян­ной ско­ро­стью v  =  2,5 м/с. Через какое время после этого ЭК уви­дит ЭМ? В те­че­ние ка­ко­го ин­тер­ва­ла вре­ме­ни ЭК будет ви­деть ЭМ, если не сдви­нет­ся с места?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Ответ на во­прос. Для того, чтобы че­ло­век видел себя в зер­ка­ле це­ли­ком, све­то­вые лучи, вы­хо­дя­щие из любой точки на его по­верх­но­сти, об­ра­щен­ной к зер­ка­лу, долж­ны по­па­дать ему в глаза после от­ра­же­ния от зер­ка­ла. Из по­стро­е­ния видно (точ­кой А от­ме­че­но по­ло­же­ние глаз), что для этого верх­ний край зер­ка­ла дол­жен на­хо­дит­ся выше го­ри­зон­та­ли, про­хо­дя­щей через глаза, на рас­сто­я­ние, рав­ное по­ло­ви­не вы­со­ты ма­куш­ки, а ниж­ний край  — ниже этой го­ри­зон­та­ли на рас­сто­я­ние, рав­ное по­ло­ви­не рас­сто­я­ния от глаз до стоп. Зна­чит, вы­со­та зер­ка­ла долж­на быть не мень­ше по­ло­ви­ны роста че­ло­ве­ка, то есть

h_\min = дробь: чис­ли­тель: H, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =80 см.

Ре­ше­ние за­да­чи. Уже при по­стро­е­нии от­ве­та на во­прос можно было об­ра­тить вни­ма­ние на сле­ду­ю­щее об­сто­я­тель­ство: чтобы луч попал в точку А после от­ра­же­ния от зер­ка­ла, он дол­жен до от­ра­же­ния идти в точку, рас­по­ло­жен­ную «зер­каль­но сим­мет­рич­но» А по от­но­ше­нию к плос­ко­сти зер­ка­ла, то есть на таком же рас­сто­я­нии за зер­ка­лом, что и А от зер­ка­ла, на пер­пен­ди­ку­ля­ре к его по­верх­но­сти, опу­щен­ном из А. В со­от­вет­ствии с этим, удоб­но для ре­ше­ния за­да­чи по­сту­пить сле­ду­ю­щим об­ра­зом: по­стро­ить точку  K в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка , рас­по­ло­жен­ную зер­каль­но сим­мет­рич­но по­ло­же­нию ЭК (точка К) и про­ве­сти лучи, иду­щие из по­ло­ви­ны зала, где на­хо­дит­ся ЭМ в точку  K в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка и по­па­да­ю­щие на по­верх­ность зер­ка­ла (два край­них таких луча по­ка­за­ны на ри­сун­ке). Ясно, что ЭК будет ви­деть ЭМ толь­ко из тех точек ее пря­мо­ли­ней­ной тра­ек­то­рии, ко­то­рые лежат между этими лу­ча­ми (на участ­ке CD). Точка C центр по­ло­ви­ны зала с ЭМ, по­это­му

|M C|= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та плюс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: D, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка =5 м

и ЭМ до­стиг­нет ее, дви­га­ясь от на­чаль­но­го по­ло­же­ния (точка М), за время

t_1= дробь: чис­ли­тель: |M C|, зна­ме­на­тель: v конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: L в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та плюс 4 D в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 4 v конец дроби =2 с.

Ин­тер­вал вре­ме­ни, в те­че­ние ко­то­ро­го ЭК будет ви­деть ЭМ, равен t= дробь: чис­ли­тель: |C D|, зна­ме­на­тель: v конец дроби . Для на­хож­де­ния |C D| обо­зна­чим сме­ще­ние на этом от­рез­ке вдоль «ши­ри­ны» зала x м (см. рис.). С уче­том со­от­но­ше­ния D и L сме­ще­ние вдоль «длины» зала со­ста­вит  дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби x, при­чем

 дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби x плюс |M A| плюс \mid D B=L.

Учтем, что |M A|= дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби =3 м, а из по­до­бия тре­уголь­ни­ков К'FE и К'BD сле­ду­ет, что

 |D B|= дробь: чис­ли­тель: \left|K в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка B|, зна­ме­на­тель: \left|K в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка F| конец дроби \mid F E= дробь: чис­ли­тель: 12 плюс x, зна­ме­на­тель: 10 конец дроби 6

(все рас­сто­я­ния за­пи­са­ны в мет­рах). Зна­чит,

 дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби x плюс дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби x плюс дробь: чис­ли­тель: 36, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби =9 \Rightarrow x= дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби м.

По­сколь­ку  дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби x=1, то

|C D|= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та плюс 1 м пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби м.

Сле­до­ва­тель­но, t= дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби c .

 

Ответ: ЭК «уви­дит» ЭМ через время t_1=2 с после на­ча­ла дви­же­ния и будет ее ви­деть в те­че­ние вре­ме­ни t= дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби с .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Мак­си­маль­ная оцен­ка за во­прос: 5 тех­ни­че­ских балов.

Мак­си­маль­ная оцен­ка за ре­ше­ние за­да­чи: 20 тех­ни­че­ских балов.

Классификатор: Оп­ти­ка. Плос­кое зер­ка­ло