Номер 25.44, страница 124 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Оптические явления. 25. Прямолинейное распространение света - номер 25.44, страница 124.

Условие.

25.44. Если вилку расположить вертикально параллельно пламени свечи, то тень от зубьев воспроизводит на экране их четкое очертание. Если вилку повернуть на $90^\circ$, т. е. расположить перпендикулярно пламени свечи, то тень на экране получится размытой и зубьев не видно. Почему? Сделайте поясняющий рисунок.

Решение.

Данное явление объясняется тем, что пламя свечи является не точечным, а протяженным (объемным) источником света. Такой источник создает не только область полной тени (куда свет не попадает совсем), но и область полутени (куда свет попадает частично). Размер и форма полутени определяют, насколько четкой или размытой будет тень от предмета.

Почему тень от зубьев воспроизводит их четкое очертание, когда вилка параллельна пламени

Пламя свечи вытянуто по вертикали. Когда вилка расположена вертикально, ее зубья параллельны этой вытянутой части пламени. В этом случае размытие тени в горизонтальной плоскости (т.е. в направлении, перпендикулярном зубьям) зависит от ширины пламени. Поскольку ширина пламени невелика, создаваемая им полутень по бокам от каждого зубца очень узкая. Тени от отдельных зубьев получаются четкими и не накладываются друг на друга, оставляя между собой освещенные промежутки.

Почему тень получается размытой, когда вилка перпендикулярна пламени

При повороте вилки на 90° ее зубья становятся перпендикулярны вытянутому по вертикали пламени. Теперь на размытие тени каждого зубца в вертикальном направлении влияет значительная высота пламени. Каждая точка пламени, от нижней до верхней, создает собственную тень от зубца, смещенную по вертикали. Например, верхняя точка пламени отбросит тень ниже, а нижняя — выше. В результате наложения всех этих смещенных теней тень от каждого отдельного зубца сильно "размазывается" по вертикали, образуя широкую полутень. Эти широкие полутени от соседних зубцов перекрывают друг друга, и освещенные промежутки между ними исчезают. В итоге мы видим одну сплошную размытую тень вместо контуров отдельных зубьев.

Поясняющий рисунок

На рисунках схематически показан ход лучей от протяженного источника света (S) через зубья вилки (П) на экран (Э). Области полутени закрашены серым цветом.

Случай 1: Вилка параллельна пламени (вид сверху). Источник света S (пламя) имеет малую ширину. Полутени узкие, тени от зубьев (П₁, П₂) четко разделены.

Случай 2: Вилка перпендикулярна пламени (вид сбоку). Источник света S (пламя) имеет большую высоту. Полутени широкие и накладываются друг на друга, образуя сплошную размытую тень.

Ответ: Четкость тени зависит от взаимной ориентации протяженного источника света (пламени) и объекта (зубьев вилки). Когда зубья параллельны вытянутому пламени, размытие тени определяется его малой шириной, и тень получается четкой. Когда зубья перпендикулярны пламени, размытие определяется его большой высотой, из-за чего широкие полутени от каждого зубца накладываются друг на друга и создают одну сплошную размытую тень.