Консультация № 177845
14.04.2010, 21:35
40.95 руб.
0 4 1
Здравствуйте Уважаемые эксперты. Помогите пожалуйста решить задачу.
Система состоит из тонкой рассеивающей линзы с фокусным расстоянием F и плоского зеркала М, расположенного перпендикулярно главной оптической оси линзы. По главной оптической оси системы в направлении от линзы к зеркалу движется точечный источник света S со скоростью V. Расстояние между линзой и зеркалом равно 2F. Пренебрегая отражением света от обеих поверхностей линзы, определите скорости (по величине и направлению) всех трёх изображений точечного источника в данной системе в тот момент, когда источник находится посередине между зеркалом и линзой.

Обсуждение

давно
Посетитель
226425
1567
14.04.2010, 23:56
общий
это ответ
Здравствуйте, STASSY.
Задача может быть решена геометрически (построением) (см. рис.1)

рис.1
Условие:
Линза Л; Зеркало М; Фокус F; Источник света S находится в фокусе и движется к зеркалу со скоростью V; Зеркало находится на двойном фокусном расстоянии.
Решение:
1. Строим изображения.
1.1. Изображение S1 в зеркале находится на перпендикуляре к зеркалу на таком же расстоянии от зеркала, что и источник (отмеряем циркулем) и движется к зеркалу со скоростью V[sub]1[/sub]=-V, т.е. в сторону, противоположную движению источника, а величина скорости равна V.
1.2. Поскольку источник света находится в фокусе, то Изображение S' источника в линзе будет находится в бесконечности и приближаться из бесконечности к линзе с бесконечно большой скоростью V'
1.3. изображение S1 в зеркале дает в линзе вторичное изображение S1' , которое удаляется отлинзы со скоростью V[sub]1[/sub]' = (1/4)*V[sub]1[/sub] = -(1/4)*V

При построении используются следующие правила:
1. Луч, проходящий через оптический центр (называется "оптическая ось"), не изменяет своего направления.
2. Все параллельные лучи, после преломления в линзе, пересекаются в фокальной плоскости (ф.п.).

Используя эти правила, покажем, как, например, построить точку S1' - изображение изображения S1:
1. Из точки S1 проведем луч S1A до пересечения с линзой (произвольный луч).
2. Проведем луч 1 через оптический центр параллельно лучу S1A и продолжим его до пересечения с фокальной плоскостью (точка В).
3. Из точки А через точку В ведем линию до пересечения с главной оптической осью - получаем точку S1' - изображение точки S1.
Аналогично можно построить вектора скоростей.
1. Из конца вектора V[sub]1[/sub] проводим произвольный луч до пересечения с линзой.
2. Затем проводим луч 2 через оптический центр линзы до пересечения с фокальной плоскостью (на самом деле я проводил оба этих луча не отрывая линейки от бумаги - положение линейки выбирал таким образом, чтобы два параллельных луча провести с двух сторон линейки).
3. Затем, от точки пересечения с линзой первого луча через точку пересечения с фокальной плоскостью второго луча проводим линию до пересечения с главной оптической осью - получаем точку, обозначающую конец вектора V[sub]1[/sub]'
Аналогично можно построить точку - конец вектора V'. Начало вектора V' находится в бесконечности на главной оптической оси линзы.

Для рассеивающей линзы см. построение на следующих рисунках.
Для случая с изображением в зеркале ничего не изменится
Построение для случая с изображением светящейся точки в линзе (см. рис.2)

Рис.2

Построение для случая со вторичным изображением зеркального изображения см.рис. 3

рис.3

Здесь правила построения немного другие:
1) также проводим два параллельных луча - один через светящуюся точку (рис.2)(или ее изображение в зеркале(рис.3)), а второй через оптический центр линзы.
2) Луч, проходящий через оптический центр (оптическая ось), пересекаясь с фокальной плоскостью, определяет точку, через которую пройдет продолжение луча (пунктир). Еще раз:Сам луч преломляется в линзе так, что его продолжение пересекается с параллельной ему оптической осью в фокальной плоскости
3) Пересечение продолжения луча с главной оптической осью дает изображение светящейся точки и одновременно начало вектора скорости V[sub]1[/sub] (рис. 2) (или вторичное изображение S1' изображения в зеркале S' и соответственно начало вектора V[sub]1[/sub]' (рис.3))
4) Аналогично строим концы векторов V[sub]1[/sub] и V[sub]1[/sub]'
Постарался сделать максимально возможный на листочке в клеточку масштаб, однако, вектор скорости на третьем рисунке получился все равно очень мал. Опять же, возможности сканирования и последующего сжатия и передачи на сервер не безграничны. НО! Когда будете строить, естесссснно, используя острые карандаши и не погрызенные линейки, проводя линии строго через нужные точки, то ... конечно увидите, что:
* в случае (рис.2) вектор V[sub]1[/sub] = (3/16)*V (в масштабе V=4 см V' получилась 0,75 см);
* в случае (рис.3) вектор V[sub]1[/sub]' = (1/16)*V' = -(1/16)*V (величина V1' в указанном масштабе 0,25 см)
Вроде всё
Удачи
Ежели что - пишите
С уважением
shvetski
5
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Модератор
156417
2175
15.04.2010, 00:36
общий
Для большей точности можно подсчитать скорость второго изображения (S1') с помощью дифференицирования:
обозначим: z - расстояние от линзы до изображения S1, x - расстояние от линзы до изображения S1'
По формуле линзы 1/F=1/x+1/z
x=1/(1/F-1/z)=Fz/(z-F)
dx/dz=(F(z-F)-Fz)/(z-F)2=-F2/(z-F)2
Подставляем z=3F
dx/dz=-F2/(2F)2=-1/4
То есть при приближении изображения S1 к линзе со скоростью V, изображение S1' удаляется от линзы со скоростью V/4
Неизвестный
19.04.2010, 21:23
общий
В условии линза рассеивающая, а вы рисуете собирающую
давно
Посетитель
226425
1567
20.04.2010, 07:20
общий
STASSY:
Прошу прощения, спасибо, исправлю
Об авторе:
С уважением
shvetski
Форма ответа