Задачи › Плоское зеркало

Прибор для триангуляции

  1. Прибор для триангуляции

    «Газпром» 2022/23, 9 кл.
    7/10

    Чтобы вычислить расстояния до отдаленных объектов, не измеряя их напрямую, может использоваться метод триангуляции. Например, зная расстояние между двумя скалами и измерив угол между направлениями на каждую из них, можно построить треугольник и найти расстояние до каждой из скал.

    На день рождения Мише подарили прибор для триангуляции. Он состоит из штатива и круглой платформы. На платформе закреплен окуляр (в точке \(A\), см. рисунок) и два вертикальных плоских зеркала: низкое зеркало (крепится к платформе в точке \(B\)) и высокое (крепится в платформе к точке \(C\)), причем точки \(ABC\) образуют прямоугольный треугольник с прямым углом \(\angle ABC\).

    Поворачивая зеркала, Миша добился того, чтобы изображения двух удаленных объектов \(D\) и \(E\) в окуляре наложились друг на друга, и пошел за транспортиром для измерения получившихся углов. К сожалению, когда Миша вернулся, платформа оказалась повернута в горизонтальной плоскости относительно своего центра на небольшой угол \(\beta\) по часовой стрелке.

    Определите, как надо развернуть относительно платформы зеркало \(C\), для того чтобы объекты снова накладывались друг на друга, если угол \(\alpha\) между направлениями на объекты равен \(30^{\circ}\), а угол \(\beta\) равен \(5^{\circ}\)? Считайте, что зеркала достаточно широкие для того, чтобы полностью закрывать поле видимости окуляра, а угол \(\beta\) мал и объект \(D\) не выходит за пределы поля видимости окуляра.

    Рисунок

    Примечание: под наложением подразумевается то, что в окуляр видна верхняя часть предмета \(D\) (которую не заслоняет зеркало \(B\)), а под нею находится изображение предмета \(E\), свет от которого попадает в окуляр, отразившись сперва от зеркала \(C\), а затем от зеркала \(B\).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Сколько раз отражается луч от объекта \(E\), и на что меняется его направление при каждом отражении? Зависит ли суммарный поворот от положения зеркал или только от угла между ними?

    Ответ

    Зеркало \(C\) поворачивать не нужно: угол поворота \(0^{\circ}\) (угол между зеркалами \(15^{\circ}\) сохраняется).

    Решение

    Луч от объекта \(E\) дважды отражается: сначала от зеркала \(C\), затем от зеркала \(B\). По закону отражения при каждом отражении угол падения равен углу отражения. Пусть \(\varphi\) — угол между зеркалами, \(\gamma\) — угол падения луча на зеркало \(C\), \(\delta\) — угол падения на зеркало \(B\). Из треугольника, образованного зеркалами и нормалями к ним, \(\gamma = \delta + \varphi\).

    При первом отражении луч поворачивается на угол \(180^{\circ} - 2\gamma\), при втором — на \(180^{\circ} - 2\delta\) в противоположную сторону. Суммарный поворот луча равен \(\psi = 2(\gamma - \delta) = 2\varphi\), то есть зависит только от угла между зеркалами.

    Наложение объектов означает, что луч от \(E\) после двух отражений идёт в окуляр в направлении на \(D\), поэтому \(2\varphi = \alpha = 30^{\circ}\), то есть \(\varphi = 15^{\circ}\).

    Поворот платформы на угол \(\beta\) поворачивает оба зеркала вместе с платформой на тот же угол и не меняет угол \(\varphi\) между ними. Угол \(\alpha\) между направлениями на объекты также не меняется, поэтому условие наложения сохраняется, и поворот зеркала \(C\) относительно платформы не нужен.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи