Свая высотой H, установленная перпендикулярно к плоскости горизонтального дна водоема, наполовину выступает над водой. Определите длину тени от сваи на дне водоема при освещении ее солнечным светом, если известно, что световые лучи, отраженные от поверхности воды, перпендикулярны преломленным. Абсолютный показатель преломления воды равен n.
от

1 Ответ

дано:  
высота сваи H, из которой половина высоты находится над водой (h = H/2),  
абсолютный показатель преломления воды n.

найти:  
длину тени от сваи на дне водоема L.

решение:  
1. Поскольку свая наполовину выступает над водой, высота сваи над водой равна:

h = H / 2.

2. Высота сваи, находящаяся под водой, равна:

H_water = H - h = H - H/2 = H/2.

3. Угол падения света α будем считать таким, что световые лучи, отраженные от поверхности воды, перпендикулярны преломленным. Это означает, что угол падения α равен углу преломления β, где β – угол в воде.

4. По закону Снеллиуса для случаев, когда свет идет из воздуха в воду, имеем:

n_air * sin(α) = n_water * sin(β).

При этом, если световые лучи перпендикулярны, то α = β. Так как n_air = 1 и n_water = n, можем записать:

sin(α) = n * sin(β) = n * sin(α).

5. Угол β можно найти через формулу:

sin(α) = n * sin(α),

что является условием для соответствия углов. В данном случае нам нужно учитывать, что длина тени L будет зависеть от высоты подводной части сваи и угла падения солнечного света.

6. Длина тени L на дне водоема может быть найдена по формуле:

L = H_water * tan(β).

7. Так как β = arcsin(sin(α)/n), подставляем и находим:

tan(β) = sin(β)/sqrt(1 - sin^2(β)).

8. Таким образом, окончательно:

L = (H/2) * tan(β).

9. Если предположить, что α и β совпадают, можем непосредственно использовать значения:

L = (H/2) * tan(α/n).

ответ:  
длина тени от сваи на дне водоема составляет L = (H/2) * tan(α/n).
от