ID: 00015351
В горизонтальное дно водоёма глубиной 3 м вертикально вбита свая, полностью скрытая под водой. Высота сваи 2 м. При угле падения солнечных лучей на поверхность воды, равном 30°, определите длину тени сваи на дне водоёма. Коэффициент преломления воды n = 4/3.
Источник: ФИПИ
Тень на дне отбрасывает верхушка сваи. Солнечный луч, который проходит мимо верхушки, преломляется на поверхности воды и идёт под более крутым углом ко дну. Значит, сначала найдём угол преломления в воде, а потом по геометрии посчитаем, насколько вбок сместится луч, спускаясь от верхушки сваи до дна.
По закону преломления \dfrac{\sin\alpha}{\sin\beta} = n, где \alpha = 30^\circ — угол падения, \beta — угол преломления. Отсюда \sin\beta = \dfrac{\sin 30^\circ}{n} = \dfrac{0{,}5}{4/3} = 0{,}375. Тогда \cos\beta = \sqrt{1 - 0{,}375^2} \approx 0{,}927 и \operatorname{tg}\beta = \dfrac{0{,}375}{0{,}927} \approx 0{,}405.
Свая полностью под водой, её высота 2 м. Луч, задевающий верхушку, после преломления спускается ко дну. По вертикали он проходит ровно высоту сваи h = 2 м (от верхушки до дна), а вбок смещается на величину тени. Поэтому L = h\,\operatorname{tg}\beta.
L = 2 \cdot 0{,}405 \approx 0{,}81 м, то есть примерно 0{,}8 м. Обрати внимание: глубина водоёма (3 м) тут «лишняя» — важна именно высота сваи, ведь тень считаем от её верхушки до дна.
Ответ: L ≈ 0,8 м
L ≈ 0,8 м