Задача по геометрической оптике Точечный источник освещает матовое стекло диаметром 10 см, которое встраивается в подвесную лампу на расстоянии l=5 см от её основания (см. рисунок). Отверстие в лампе имеет тот же диаметр, что и матовое стекло. Лампа расположена на высоте L=35см над круглым столом. 1.Каков диаметр максимально освещённой области на столе? Ответ выразите в см, округлив до целого числа. 2.Какой минимальный диаметр стола необходим, чтобы весь свет от лампы падал на поверхность стола? Ответ выразите в см, округлив до целого числа.
Рассмотрим первую задачу — определение диаметра максимально освещённой области на столе.
Максимально освещённая область на столе:
Пусть высота от основания лампы до стола составляет ( L = 35 \, \text{см} ), а расстояние от матового стекла до основания лампы ( l = 5 \, \text{см} ). Тогда высота от матового стекла до стола составляет:
[ h = L - l = 35 \, \text{см} - 5 \, \text{см} = 30 \, \text{см}. ]
Поскольку матовое стекло имеет диаметр 10 см, радиус ( R ) матового стекла равен:
Теперь определим, как радиус светового конуса, формируемого светом, будет увеличиваться по мере того, как он движется вниз от матового стекла к поверхности стола. Для этого используем подобие треугольников:
[ \frac{x}{R} = \frac{h}{l}. ]
Где ( x ) – радиус максимальной освещённой области на столе, а ( l = 5 \, \text{см} ) – расстояние от матового стекла до лампы, и ( h = 30 \, \text{см} ) – высота от матового стекла до стола. Подставим значения в формулу:
[ \frac{x}{5} = \frac{30}{5}. ]
Упрощаем:
[ \frac{x}{5} = 6 \implies x = 30 \, \text{см}. ]
Теперь рассчитываем полный диаметр освещённой области:
[ D = 2x = 2 \times 30 = 60 \, \text{см}. ]
Таким образом, диаметр максимально освещённой области на столе составляет 60 см.
Минимальный диаметр стола:
Чтобы весь свет от матового стекла падал на поверхность стола, необходимо учитывать, что свет будет исходить из границы матового стекла, и его лучи будут расходиться.
Поскольку радиус матового стекла равен 5 см, и освещённая область на столе в конечном итоге будет до 30 см от центра света, минимальный диаметр стола должен быть равен двойному радиусу матового стекла:
Рассмотрим первую задачу — определение диаметра максимально освещённой области на столе.
Максимально освещённая область на столе:Пусть высота от основания лампы до стола составляет ( L = 35 \, \text{см} ), а расстояние от матового стекла до основания лампы ( l = 5 \, \text{см} ). Тогда высота от матового стекла до стола составляет:
[
h = L - l = 35 \, \text{см} - 5 \, \text{см} = 30 \, \text{см}.
]
Поскольку матовое стекло имеет диаметр 10 см, радиус ( R ) матового стекла равен:
[
R = \frac{10 \, \text{см}}{2} = 5 \, \text{см}.
]
Теперь определим, как радиус светового конуса, формируемого светом, будет увеличиваться по мере того, как он движется вниз от матового стекла к поверхности стола. Для этого используем подобие треугольников:
[
\frac{x}{R} = \frac{h}{l}.
]
Где ( x ) – радиус максимальной освещённой области на столе, а ( l = 5 \, \text{см} ) – расстояние от матового стекла до лампы, и ( h = 30 \, \text{см} ) – высота от матового стекла до стола. Подставим значения в формулу:
[
\frac{x}{5} = \frac{30}{5}.
]
Упрощаем:
[
\frac{x}{5} = 6 \implies x = 30 \, \text{см}.
]
Теперь рассчитываем полный диаметр освещённой области:
[
D = 2x = 2 \times 30 = 60 \, \text{см}.
]
Таким образом, диаметр максимально освещённой области на столе составляет 60 см.
Минимальный диаметр стола:Чтобы весь свет от матового стекла падал на поверхность стола, необходимо учитывать, что свет будет исходить из границы матового стекла, и его лучи будут расходиться.
Поскольку радиус матового стекла равен 5 см, и освещённая область на столе в конечном итоге будет до 30 см от центра света, минимальный диаметр стола должен быть равен двойному радиусу матового стекла:
[
D_{min} = 2R = 2 \times 5 \, \text{см} = 10 \, \text{см}.
]
Таким образом, минимальный диаметр стола, необходимый для того, чтобы весь свет от лампы падал на его поверхность, составляет 10 см.
Ответы:
60 см,10 см.