В жидкости с показателем преломления 1,8 находится точечный источник света. На каком максимальном расстоянии от источника следует поместить диск диаметром 2 см, чтобы свет не выходил из жидкости в воздух? Плоскость дна параллельна поверхности жидкости.
от

1 Ответ

дано:  
Показатель преломления жидкости (n_liquid) = 1,8.  
Диаметр диска (d_disk) = 2 см = 0,02 м.  
Радиус диска (r_disk) = d_disk / 2 = 0,01 м.

найти:  
Максимальное расстояние (h_max) от источника света до диска, при котором свет не выходит из жидкости в воздух.

решение:  
Для того чтобы свет не выходил из жидкости в воздух, необходимо, чтобы угол падения на границе с воздухом был меньше или равен предельному углу полного внутреннего отражения.

Предельный угол полного внутреннего отражения (θ_critical) можно найти по формуле:

sin(θ_critical) = n_air / n_liquid.

Так как показатель преломления воздуха (n_air) примерно равен 1, то:

sin(θ_critical) = 1 / 1,8.

Теперь найдем значение sin(θ_critical):

sin(θ_critical) ≈ 0,5556.

Затем найдем θ_critical:

θ_critical = arcsin(0,5556) ≈ 33,5°.

Теперь можем использовать тригонометрию для нахождения максимального расстояния h_max. Если диск расположен на высоте h_max от источника света, то радиус диск r_disk будет отбрасывать лучи под углом θ_critical к вертикали.

Используя тангенс угла, имеем:

tan(θ_critical) = r_disk / h_max.

Отсюда можно выразить h_max:

h_max = r_disk / tan(θ_critical).

Сначала найдем tan(θ_critical):

tan(33,5°) ≈ 0,655.

Теперь подставим значения:

h_max = 0,01 м / 0,655.

Выполним вычисления:

h_max ≈ 0,0153 м.

Ответ:  
Максимальное расстояние от источника света до диска составляет примерно 0,0153 м, или 15,3 мм.
от