Если в лаборатории включить лампочку, расположенную в точке А (см рис.), то датчик освещенности D покажет, что ежесекундно на него падает E джоулей световой энергии от лампочки. Во сколько раз изменятся показания датчика, если поверхность пола PP′ в лаборатории покрыть зеркалом, отражающим 100% падающего света? Считать, что расстояния |AO| = |OD| = |DP|, размеры датчика и лампочки малы по сравнению с этими расстояниями. Датчик представляет собой площадку, расположенную вертикально, перпендикулярно плоскости рисунка. Считайте, что без зеркального покрытия пол поглощал весь падающий на него свет; интерференционные эффекты не учитывайте.
Обозначим расстояние АО через a, площадь пластинки датчика S, мощность лампочки W.
Рассмотрим сначала случай, когда зеркального покрытия нет. В этом случае на датчик падает только прямой свет от лампочки. Датчик находится на расстоянии от лампочки.
Окружим мысленно лампочку сферой радиуса с центром в точке А (см. рис. 1). Понятно, что мощность W, рассеиваемая лампочкой, равномерно распределяется во все стороны, так что все точки сферы будут освещены изнутри лампочкой одинаково. Площадь такой сферы значит, на единицу площади сферы попадает в секунду энергия
Свет распространяется прямолинейно, поэтому на датчик площадью S попадает столько же энергии, сколько на участок S′ рассмотренной сферы (S′ < S, S′ — проекция площадки S на нашу сферу). Размеры площадки S′ (как и площадка S) по условию малы (и угол на рис. мал), поэтому можно считать площадку S′ плоской, а угол между площадками S′ и S равным 45°. Поэтому
Итак, в первом случае на площадку S′ (и на датчик) ежесекундно попадает
Если же пол покрыть зеркалом, на датчик начинает светить отражённый свет. Это эквивалентно тому, как если бы в точку А′, симметричную А относительно зеркала, поместили ещё одну лампочку той же мощности (см. рис. 2). Изображение A′ находится от детектора D на расстоянии 3a по вертикали и a по горизонтали, то есть Также как и в первом случае, строим сферу такого радиуса вокруг точки А′. На единицу площади этой сферы приходится в секунду энергия изображения Находим на сфере площадку S′′, такую, что на неё попадает то же количество энергии от изображения лампочки, что и на детектор; понятно, что где указан на рисунке,
И на детектор, и на S′′ от изображения лампочки каждую секунду попадает энергия
Видно, что Значит, при добавлении зеркала количество энергии на детекторе станет равным
Множитель при E в последней формуле и является ответом.
Ответ: Количество падающей энергии увеличится в раз.