РУҚА
23

Решение: Высота сваи по длине тени

ЕГЭ · Физика · Задание 23 · Геометрическая оптика
ПовышеннаяФИПИ4C52DCРазвёрнутое решение≈ 7 минутРазбор в 5 шагов
Условие

В дно водоёма глубиной $3\ \text{м}$ вертикально вбита свая, целиком скрытая под водой. Угол падения солнечных лучей на поверхность воды равен $30^\circ$. Свая отбрасывает на дно водоёма тень длиной $0{,}75\ \text{м}$. Постройте ход лучей, определяющих тень от сваи на дне водоёма, и определите высоту сваи. Показатель преломления воды $n=\dfrac{4}{3}$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

Проведём луч, скользящий через верхний конец сваи. После преломления на поверхности воды он идёт к границе тени на дне. Угол $r$ отсчитывается от нормали к поверхности воды.

$$n_{\text{возд}}\sin 30^\circ=n_{\text{воды}}\sin r$$
2

Так как показатель преломления воздуха принимаем равным единице, найдём угол преломления в воде.

$$\sin r=\frac{\sin 30^\circ}{4/3}=\frac{1/2}{4/3}=\frac{3}{8}$$
3

Из значения синуса найдём тангенс угла преломления.

$$\cos r=\sqrt{1-\left(\frac{3}{8}\right)^2}=\frac{\sqrt{55}}{8},\qquad \tan r=\frac{3}{\sqrt{55}}$$
4

В прямоугольном треугольнике, образованном верхним концом сваи, её основанием и концом тени, вертикальный катет равен высоте сваи, а горизонтальный катет равен длине тени.

$$\tan r=\frac{0{,}75}{h}$$

Определим высоту сваи.

$$h=\frac{0{,}75}{\tan r}=0{,}75\cdot\frac{\sqrt{55}}{3}=\frac{\sqrt{55}}{4}\approx 1{,}85\ \text{м}$$
Ответ

Высота сваи $h=\dfrac{\sqrt{55}}{4}\ \text{м}\approx 1{,}85\ \text{м}$. На построении нужно показать падающий луч, его преломление на поверхности воды и преломлённый луч от верхнего конца сваи к концу тени на дне.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Используют угол падения $30^\circ$ непосредственно в воде, не применяя закон преломления.

Отсчитывают угол преломления от поверхности воды, а не от нормали.

Используют глубину водоёма $3\ \text{м}$ как высоту сваи.

Перепутывают длину тени с горизонтальным смещением луча от поверхности воды до дна.

Закрепить приёмВ теме «Геометрическая оптика» ещё 114 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 23 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Геометрическая оптика»: в ней 115 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.