Задачи › Полное внутреннее отражение

Ореол и тёмный круг

  1. Ореол и тёмный круг

    МОШ 2020/21, 10 кл.
    6/10

    На горизонтальной поверхности располагается диск радиусом \(R\) и толщиной \(h\), сделанный из стекла с показателем преломления \(n = 1{,}5\) (рис. ниже, слева). Нижняя матовая сторона диска отражает свет диффузно (иначе говоря, равномерно в любых направлениях). Верхняя и боковая поверхности диска тщательно отшлифованы. Луч мощной лазерной указки, освещающей диск, направлен вдоль его оси. При рассматривании диска сверху (рис. ниже, справа) наблюдаются: ярко выраженный тёмный круг с нечёткой границей диаметром \(d_0\) и светлый ореол с резкой границей в виде концентрической с диском окружности радиусом \(R_0\).

    Рисунок

    Ниже вы видите фотографию, полученную при проведении опыта, похожего на описанный выше. Мощной лазерной указкой освещалась нижняя точка середины половинки стеклянного диска. Можно различить тёмный полукруг с размытой границей и светлый ореол с резкой границей.

    Рисунок
    1. Известно, что толщина диска равна \(h = 14\text{ мм}\), а отношение радиусов диска и границы ореола равно \(\dfrac{R_0}{R} \approx 1{,}65\) (это значение получается при измерениях по фотографиям опытов). Найдите радиус диска \(R\).

    2. Чем может быть обусловлено возникновение тёмного круга? Оцените его радиус \(r_0\), считая показатель преломления и толщину диска известными.

    Примечание. Можно считать, что в условиях данной задачи для лучей, выходящих из стекла в воздух, от границы раздела отражается не более \(10\,\%\) энергии падающего излучения, если величина угла падения меньше \(37^\circ\).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Рассмотрите луч, вышедший из диффузно рассеивающей точки внизу и дошедший до края диска: какой путь проходит луч, формирующий резкую границу ореола, и под каким предельным углом он выходит? Тёмный круг связан с лучами, отражёнными от верхней поверхности.

    Ответ

    А) \(R = \dfrac{h\sqrt{n^2-1}}{1-(0{,}65\,n)^2} \approx 70\text{ мм}\);  Б) \(r_0 = 2h\,\mathrm{tg}\,\beta \approx 23\text{ мм} \pm 2\text{ мм}\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи