Номер 1, страница 383 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. Какую освещённость создаёт Солнце на поверхности Земли?

1. Освещённость, создаваемая Солнцем на поверхности Земли, не является постоянной величиной. Она зависит от множества факторов, таких как время суток, время года, географическая широта, а также от атмосферных условий (облачность, прозрачность атмосферы). Однако можно рассчитать максимальную теоретическую освещённость на уровне земной орбиты и указать типичные значения для поверхности Земли, что даёт полное представление о величине.

Дано

Найти:

Освещённость $E_v$

Решение

Освещённость ($E_v$) от точечного источника света определяется как отношение световой силы ($I_v$) источника к квадрату расстояния ($R$) до него. Для расчёта будем считать Солнце точечным источником. Формула для расчёта освещённости на поверхности, перпендикулярной лучам света, выглядит следующим образом:

$E_v = \frac{I_v}{R^2}$

Эта формула позволяет нам рассчитать освещённость, которую Солнце создаёт на орбите Земли, то есть вне её атмосферы. Это значение также называют световым эквивалентом солнечной постоянной.

Подставим известные значения в формулу:

$E_v = \frac{2.8 \times 10^{27} \text{ кд}}{(1.496 \times 10^{11} \text{ м})^2} \approx \frac{2.8 \times 10^{27}}{2.238 \times 10^{22}} \text{ лк} \approx 1.25 \times 10^5 \text{ лк}$

Таким образом, освещённость от Солнца вне атмосферы Земли составляет примерно 125 000 люкс (лк).

При прохождении через атмосферу Земли солнечный свет ослабляется за счёт поглощения и рассеяния. Величина ослабления зависит от высоты Солнца над горизонтом (чем ниже Солнце, тем толще слой атмосферы проходят лучи) и от состояния атмосферы (наличия облаков, пыли, водяного пара).

Вследствие этого, освещённость на поверхности Земли всегда ниже, чем на её орбите. Типичные значения освещённости на поверхности Земли в ясный солнечный день, когда Солнце находится высоко над горизонтом (в зените), составляют от 100 000 до 110 000 лк. Это максимальное значение, достигаемое на поверхности.

В других условиях освещённость значительно ниже. Например, при среднем положении Солнца на небе она составляет 30 000 – 50 000 лк. В тени при ясном небе освещённость может быть в диапазоне 5 000 – 10 000 лк, а при сплошной облачности падает до 1 000 – 5 000 лк. Во время восхода или заката Солнца освещённость составляет всего около 500 лк.

Ответ:

Освещённость, создаваемая Солнцем на поверхности Земли, варьируется в широких пределах. Максимальное значение в ясный день при высоком положении Солнца достигает 100 000 – 110 000 лк. Теоретическая освещённость вне атмосферы Земли составляет около 125 000 лк. В пасмурную погоду или когда Солнце находится низко над горизонтом, освещённость значительно снижается.