сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 4607
i

Юный экс­пе­ри­мен­та­тор Алек­сей решил по­чув­ство­вать себя пер­во­от­кры­ва­те­лем фо­то­гра­фии: в ку­би­че­ской ко­роб­ке с дли­ной сто­ро­ны около 30 см он про­де­лал не­боль­шое от­вер­стия диа­мет­ра d, по­ме­стил чув­стви­тель­ную к свету фо­то­плёнку на про­ти­во­по­лож­ную от­вер­стию внут­рен­нюю стен­ку ка­ме­ры и решил сфо­то­гра­фи­ро­вать свой пя­ти­этаж­ный дом, см. рис. Фо­то­плёнка за­сло­ня­ет собой почти всю стен­ку. Оце­ни­те, ка­ко­го раз­ме­ра d от­вер­стие в стен­ке ка­ме­ры Алек­сей дол­жен про­из­ве­сти и на каком рас­сто­я­нии L сле­ду­ет по­ме­стить ка­ме­ру от дома, чтобы по­лу­чи­лась его ка­че­ствен­ная фо­то­гра­фия? Пред­ла­га­ем вам опре­де­лить па­ра­метр ка­че­ства фо­то­гра­фии са­мо­сто­я­тель­но  — и обя­за­тель­но под­счи­тать его при ваших вы­бран­ных па­ра­мет­рах. В ре­ше­нии опи­ши­те все, на ваш взгляд, не­об­хо­ди­мые рас­суж­де­ния и до­пу­ще­ния, а также пре­иму­ще­ства и не­до­стат­ки вы­бран­ных вами па­ра­мет­ров. Раз­ре­ше­ние ис­поль­зу­е­мой Алек­се­ем фо­то­плёнки со­став­ля­ет около 100 мкм.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Рас­смот­рим ход лучей от дома и опре­де­лим раз­мер изоб­ра­же­ния на фо­то­гра­фии. Пусть вы­со­та дома равна h, а вы­со­та изоб­ра­же­ния равна b. Тогда из по­до­бия тре­уголь­ни­ков по­лу­ча­ет­ся со­от­но­ше­ние:

 дробь: чис­ли­тель: b, зна­ме­на­тель: h конец дроби = дробь: чис­ли­тель: a, зна­ме­на­тель: L конец дроби . \qquad левая круг­лая скоб­ка 1 пра­вая круг­лая скоб­ка

Для по­лу­че­ния са­мо­го боль­шо­го раз­ме­ра изоб­ра­же­ния сле­до­ва­ло бы вы­брать  L=h . Но при таком вы­бо­ре рас­сто­я­ний может ока­зать­ся, что раз­ре­ше­ние фо­то­гра­фии будет пло­хим. Ка­че­ство изоб­ра­же­ния будет за­ви­сеть от раз­ме­ра от­вер­стия: чем оно боль­ше, тем боль­ше будет раз­мы­тие изоб­ра­же­ния. Рас­смот­рим какую-ни­будь точку дома и по­смот­рим, в какое пятно раз­ме­ра c оно будет про­еци­ро­вать­ся на фо­то­плёнку. Снова из по­до­бия по­лу­чим урав­не­ние, свя­зы­ва­ю­щее по­ряд­ки рас­сто­я­ний:

Под­ста­вим в урав­не­ние (2) вы­со­ту изоб­ра­же­ния, най­ден­ную из урав­не­ния (1):

 c= дробь: чис­ли­тель: d левая круг­лая скоб­ка a плюс L пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: L конец дроби . \qquad левая круг­лая скоб­ка 3 пра­вая круг­лая скоб­ка

Чтобы две точки дома были раз­ли­чи­мы, они долж­ны пе­рей­ти в две точки изоб­ра­же­ния, от­сто­я­щие друг от друга на рас­сто­я­нии ми­ни­мум c. Если рас­сто­я­ние между точ­ка­ми дома по­ряд­ка \Delta h, то на изоб­ра­же­нии они будут на рас­сто­я­нии \Delta b, опре­де­ля­е­мом из по­до­бия:

 дробь: чис­ли­тель: \Delta h, зна­ме­на­тель: h конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \Delta b, зна­ме­на­тель: b конец дроби . \qquad левая круг­лая скоб­ка 4 пра­вая круг­лая скоб­ка

Тогда ми­ни­маль­но раз­ли­чи­мые де­та­ли на фа­са­де дома опре­де­ля­ют­ся со­от­но­ше­ни­ем \Delta b= c, от­ку­да, под­став­ляя зна­че­ния \Delta b и с из урав­не­ние (3) и (4) по­лу­ча­ем

 \Delta h=h дробь: чис­ли­тель: d , зна­ме­на­тель: b конец дроби дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка a плюс L пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: L конец дроби . \qquad левая круг­лая скоб­ка 5 пра­вая круг­лая скоб­ка

Пре­не­брежём раз­ме­ром ка­ме­ры по срав­не­нию с рас­сто­я­ни­ем от от­вер­стия до дома. Тогда урав­не­ние (5) пе­ре­пи­шет­ся как

 \Delta h=h дробь: чис­ли­тель: d , зна­ме­на­тель: b конец дроби . \qquad левая круг­лая скоб­ка 6 пра­вая круг­лая скоб­ка

Из урав­не­ния (5) видно: чем боль­ше раз­мер изоб­ра­же­ния, тем хуже его ка­че­ство, то есть ко­ли­че­ство де­та­лей, раз­ли­чи­мых на фото. Оце­ним ве­ли­чи­ны урав­не­ния (5).

За при­ем­ле­мый раз­мер фо­то­гра­фии возьмём раз­мер по­ряд­ка b=5 см. За раз­мер от­вер­стия возьмём  d =1 мм  — такой его раз­мер не­слож­но по­лу­чить под­руч­ны­ми сред­ства­ми. За вы­со­ту дома возьмём h=5 эта­жей умно­жить на 4 м =20м. Тогда рас­сто­я­ние между раз­ли­чи­мы­ми де­та­ля­ми на доме со­ста­вит \Delta h=40 см. При этом рас­сто­я­ние между этими де­та­ля­ми на изоб­ра­же­нии со­ста­вит \Delta b =1  м, а рас­сто­я­ние от ка­ме­ры до дома  L =120 м. Раз­ре­ше­ние плёнки, таким об­ра­зом, поз­во­ля­ет улуч­шить ка­че­ство ито­го­во­го изоб­ра­же­ния. Этого можно до­бить­ся пре­ци­зи­он­ным про­из­вод­ством от­вер­стия: если сде­лать его раз­мер по­ряд­ка 100 мкм, то раз­ре­ше­ние изоб­ра­же­ния будет пре­дель­ным, а раз­мер раз­ли­чи­мых на доме де­та­лей со­ста­вит при про­чих вы­бран­ных дан­ных около 20 см.

 

Ответ:  d =1мм;  L =120м.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Пра­виль­но опи­сан про­цесс про­ек­ции объ­ек­та на фо­то­плёнку (опи­са­но сло­ва­ми или при­сут­ству­ет ри­су­нок хода лучей от зда­ния)2 балла
По­лу­че­на за­ви­си­мость (1) 3 балла
Опи­сан пре­дел раз­ре­ше­ния ка­ме­ры об­ску­ра, вы­зван­ный раз­мы­ти­ем изоб­ра­же­ния вслед­ствие ко­неч­но­сти раз­ме­ра от­вер­стия2 балла
По­лу­че­но со­от­но­ше­ние (2)3 балла
Опре­делён па­ра­метр ка­че­ства изоб­ра­же­ние (на­при­мер, ми­ни­маль­ный раз­мер раз­ли­чи­мых на изоб­ра­же­нии де­та­лей)3 балла
По­лу­че­на ма­те­ма­ти­че­ская оцен­ка ка­че­ства изоб­ра­же­ния (на­при­мер, урав­не­ние (6)) 3 балла
При­ве­де­на оцен­ка раз­ме­ра от­вер­стия и рас­сто­я­ния до дома с обос­но­ва­ни­ем вы­бо­ра ве­ли­чин4 балла
Классификатор: Оп­ти­ка. Рас­про­стра­не­ние света в од­но­род­ной среде