Широкий непрозрачный сосуд доверху наполнен жидкостью с показателем преломления n = 1,25. Поверхность жидкости закрыта тонкой непрозрачной пластиной, в центре которой имеется отверстие радиусом R = 10 см. Сосуд освещается рассеянным светом, падающим под различными углами на поверхность жидкости. Определите диаметр светлого пятна на дне сосуда, если толщина слоя жидкости h = 12 см.
от

1 Ответ

дано:  
показатель преломления жидкости n = 1,25,  
радиус отверстия R = 10 см = 0,1 м,  
толщина слоя жидкости h = 12 см = 0,12 м.

найти:  
диаметр светлого пятна D на дне сосуда.

решение:  
1. Рассмотрим световые лучи, которые проходят через отверстие в пластине и попадают на дно сосуда.

2. При прохождении света из воздуха в жидкость происходит преломление. Углы падения и преломления связаны законом Снеллиуса:

sin(α) / sin(β) = n,

где α – угол падения, β – угол преломления.

3. Для максимального угла преломления (когда свет только начинает выходить из отверстия) имеет место следующее:

sin(β) = R / h.

4. Максимальный угол падения α соответствует углу преломления β, который можно выразить через радиус отверстия и толщину жидкости:

tan(β) = R / h.

5. Подставляя значение для β, получаем:

D = 2 * R * (h / (h * n)),

где D – диаметр светлого пятна.

6. Поскольку h = 0,12 м и R = 0,1 м, подставляем:

D = 2 * 0,1 м * (0,12 м / (0,12 м * 1,25)).

7. Вычисляем:

D = 2 * 0,1 * (0,12 / 0,15) = 2 * 0,1 * 0,8 = 0,16 м.

ответ:  
диаметр светлого пятна на дне сосуда составляет D = 16 см.
от