Номер 5.42, страница 32 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

V. Геометрическая оптика - номер 5.42, страница 32.

Условие.

5.42 Если в ясный, солнечный день летом вооружиться короткофокусной лупой, то с её помощью можно без труда зажечь небольшие кусочки бумаги, ваты и т. п. Объясните, почему это можно сделать.

Решение.

Лупа представляет собой двояковыпуклую, то есть собирающую, линзу. Солнце находится на очень большом расстоянии от Земли, поэтому солнечные лучи, падающие на линзу, можно считать практически параллельным пучком света.

Согласно законам геометрической оптики, собирающая линза преломляет параллельные лучи так, что они пересекаются в одной точке, которая называется главным фокусом линзы. Когда мы направляем лупу на солнце, она собирает всю энергию солнечного света, падающую на её поверхность, и концентрирует её в очень маленькой светящейся точке — в своём фокусе.

В результате этого концентрация энергии (мощность излучения, приходящаяся на единицу площади) в фокусе становится чрезвычайно высокой. Эта концентрированная световая энергия поглощается поверхностью предмета (например, бумаги или ваты), на который наведена лупа, и преобразуется в тепловую энергию. Температура в этой точке резко возрастает до тех пор, пока не достигнет температуры воспламенения материала, после чего материал загорается.

Упоминание «короткофокусной» лупы важно, так как чем меньше фокусное расстояние линзы ($F$), тем меньше будет размер изображения Солнца, которое она создает. Следовательно, тем выше будет концентрация энергии и достигаемая температура. Оптическая сила линзы ($D$) обратно пропорциональна её фокусному расстоянию: $D = 1/F$. Таким образом, линза с коротким фокусом обладает большей оптической силой и эффективнее концентрирует свет, что облегчает поджигание предметов.

Ответ: Лупа является собирающей линзой и фокусирует параллельные солнечные лучи в одной точке (фокусе). В этой точке концентрируется большое количество световой энергии, которая нагревает помещённый туда предмет (бумагу, вату) до температуры его воспламенения.