Искусственный спутник движется по круговой орбите на высоте 120 км над поверхностью Земли. Со спутника ведётся фотосъёмка поверхности Земли фотоаппаратом с фокусным расстоянием 12 см. Расстояние между соседними светочувствительными элементами на светочувствительной матрице фотоаппарата равно 2 мкм. Изображение будет чётким, если за время экспозиции (пока объектив фотоаппарата открыт) оно сместится не более чем на один светочувствительный элемент.
а) Чему равен размер предмета, изображение которого попало на 10 соседних светочувствительных элементов?
б) С какой скоростью движется спутник?
в) Чему равна скорость движения изображения по матрице?
г) Каким должно быть время экспозиции, чтобы изображения предметов были четкими?
от

1 Ответ

дано:
- Высота спутника над поверхностью Земли: h = 120 км = 120000 м.
- Фокусное расстояние фотоаппарата: f = 12 см = 0.12 м.
- Расстояние между соседними светочувствительными элементами: d = 2 мкм = 2 * 10^(-6) м.
- Количество соседних элементов: n = 10.

найти:
а) Размер предмета, изображение которого попало на 10 соседних светочувствительных элементов.
б) Скорость движения спутника.
в) Скорость движения изображения по матрице.
г) Время экспозиции для четкого изображения.

решение:
а) Для нахождения размера предмета используем соотношение между размером предмета (H) и его изображением (h).
Размер изображения на матрице равен:
h = H * (f / (R + h)),
где R — радиус Земли (примерно 6371 км = 6371000 м).
Сначала найдем R + h:
R + h = 6371000 + 120000 = 6491000 м.

Теперь подставим в формулу:
H = h * ((R + h) / f) = n * d * ((R + h) / f).
H = 10 * (2 * 10^(-6)) * ((6491000) / 0.12).
H = 20 * 10^(-6) * (6491000 / 0.12) = 20 * 10^(-6) * 54091666.67 ≈ 1.08 м.

б) Скорость движения спутника (V) можно найти с помощью формулы:
V = sqrt(G * M / (R + h)),
где G — гравитационная постоянная (примерно 6.674 * 10^(-11) Н·м²/кг²),
M — масса Земли (примерно 5.972 * 10^(24) кг).
Подставим значения:
V = sqrt(6.674 * 10^(-11) * 5.972 * 10^(24) / 6491000) ≈ 7.64 м/с.

в) Скорость движения изображения (V_изображение) на матрице равна скорости спутника, так как изображение движется вместе с ним и ее можно принять равной:
V_изображение = V = 7.64 м/с.

г) Время экспозиции (t) можно рассчитать по следующей формуле:
t = (n * d) / V_изображение.
Подставим значения:
t = (10 * 2 * 10^(-6)) / 7.64 ≈ 2.62 * 10^(-6) сек или 2.62 мкс.

ответ:
а) Размер предмета, изображение которого попало на 10 соседних светочувствительных элементов, равен примерно 1.08 м.
б) Скорость движения спутника составляет около 7.64 м/с.
в) Скорость движения изображения по матрице равна 7.64 м/с.
г) Время экспозиции, чтобы изображения предметов были четкими, должно составлять около 2.62 мкс.
от