Экспериментальные задания, страница 213 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Опыт. Вы можете самостоятельно изготовить камеру-обскура. Для этого необходимы картонный ящик, блестящая бумага для обертывания шоколада, скотч, белая бумага, канцелярская игла, канцелярский нож.

1. В боковой стороне картонного ящика ножом вырежьте прямоугольное отверстие.

2. Это отверстие закройте блестящей бумагой, предварительно проделав в ней щель.

3. Внутри ящика на противоположной отверстию стороне прикрепите белую бумагу, которая будет служить экраном. На экране будет видно изображение как на рисунке 42.3.

Рис. 42.3

4. На дне одного из ящиков вырежьте отверстие, чтобы проходила голова; все вокруг закрепите скотчем, чтобы не проходил свет. Ваша камера-обскура готова. Повернув щель к предмету, увидите на экране изображение предмета.

Если на экране закрепить фотопленку, то можно получить фотографию предмета. Камера-обскура превращается в фотокамеру.

Решение

Принцип действия камеры-обскуры

Камера-обскура (от лат. camera obscura — «тёмная комната») — это простейшее оптическое устройство, действие которого основано на фундаментальном законе геометрической оптики: законе прямолинейного распространения света. Этот закон гласит, что в однородной прозрачной среде свет распространяется по прямым линиям.
Как показано в инструкции и на рисунке 42.3, устройство представляет собой светонепроницаемый ящик. В одной из его стенок проделывается очень маленькое отверстие (щель), а противоположная стенка служит экраном (в опыте на нее наклеивают белую бумагу).
Свет от каждой точки наблюдаемого объекта (например, башни Биг-Бен) распространяется во все стороны. Однако внутрь ящика через крошечное отверстие может пройти лишь очень узкий пучок лучей от каждой точки объекта. Эти лучи, не меняя своего направления, продолжают движение и попадают на экран, создавая на нем световую точку. Совокупность таких точек от всех частей объекта формирует на экране его целостное изображение.

Ответ: Принцип действия камеры-обскуры основан на законе прямолинейного распространения света, согласно которому свет, проходя через малое отверстие в тёмной камере, создает изображение на противоположной стенке.

Характеристики получаемого изображения

Изображение, которое формируется на экране камеры-обскуры, обладает рядом характерных свойств:
1. Перевёрнутое. Как видно из схемы на рисунке 42.3, лучи от верхней точки объекта, двигаясь прямолинейно, проходят через отверстие и попадают на нижнюю часть экрана. Лучи от нижней точки объекта, в свою очередь, попадают на верхнюю часть экрана. В результате изображение получается перевёрнутым по вертикали (вверх ногами) и по горизонтали (зеркальным).
2. Действительное. Изображение называется действительным, поскольку оно образовано реальным пересечением световых лучей и его можно наблюдать на экране или зафиксировать на светочувствительном материале (например, фотоплёнке, как упомянуто в тексте).
3. Тусклое. Яркость изображения невелика, так как маленькое отверстие пропускает внутрь камеры лишь незначительную часть света, отражаемого объектом. Увеличение отверстия сделает изображение ярче, но более размытым, так как лучи от одной точки объекта будут попадать на целую область экрана.

Ответ: Изображение, получаемое с помощью камеры-обскуры, является действительным, перевёрнутым и, как правило, уменьшенным и тусклым.

Связь между размерами и расстояниями

Размеры изображения и его расстояние от отверстия связаны с размерами объекта и его расстоянием до камеры. Эту связь можно описать математически, используя подобие треугольников.
Пусть $H$ — высота объекта (например, реальная высота башни), а $d$ — расстояние от объекта до отверстия камеры-обскуры. Пусть $h$ — высота изображения на экране, а $f$ — глубина камеры (расстояние от отверстия до экрана).
Треугольник с основанием $H$ и высотой $d$ (вершиной в отверстии) подобен треугольнику с основанием $h$ и высотой $f$ (также с вершиной в отверстии). Из подобия треугольников следует соотношение:
$$ {H \over d} = {h \over f} $$
Из этого соотношения можно найти, например, высоту изображения $h$:
$$ h = H \cdot {f \over d} $$
Отношение высоты изображения к высоте объекта называется линейным увеличением $\Gamma$ (гамма). Для камеры-обскуры оно равно:
$$ \Gamma = {h \over H} = {f \over d} $$
Таким образом, чем дальше объект (больше $d$), тем меньше изображение (меньше $h$), и наоборот.

Ответ: Отношение высоты изображения к высоте предмета равно отношению расстояния от отверстия до экрана к расстоянию от предмета до отверстия. Эта зависимость описывается формулой линейного увеличения $\Gamma = {h \over H} = {f \over d}$.