Мы знаем, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно, т. е. скорейшим путем. Но свет избирает скорейший путь также и в том случае, когда не идет от одной точки к другой непосредственно, а достигает ее, предварительно отразившись от зеркала. Проследим за его путем. Пусть буква A на рис. 101 обозначает источник света, линия MN — зеркало, а линия АВС — путь луча от свечи до глаза C. Прямая KB перпендикулярна к MN. По законам оптики угол отражения 2 равен углу падения 1. Зная это, легко доказать, что из всех возможных путей от A к C, с попутным достижением зеркала MN, путь АВС — самый скорый. Для этого сравним путь луча АВС с каким- нибудь другим, например с ADC (рис. 102). Опустим перпендикуляр АЕ из точки A на MN и продолжим его далее до пересечения с продолжением луча ВС в точке F. Соединим также точки F и D. Убедимся, прежде всего, в равенстве треугольников ABE и EBF. Они — прямоугольные, и у них общий катет ЕВ; кроме того, углы EFB и ЕАВ равны между собой, так как соответственно равны углам 2 и 1. Следовательно, AE = EF. Отсюда вытекает равенство прямоугольных треугольников AED и EDF по двум катетам и, следовательно, равенство AD и DF.
Ввиду этого мы можем путь АВС заменить равным ему путем CBF (так как AB = FB), a путь ADC — путем CDF. Сравнивая же между собой длины CBF и CDF, видим, что прямая линия CBF короче ломаной CDF. Отсюда путь АВС короче ADC, что и требовалось доказать! Где бы ни находилась точка D, путь АВС всегда будет короче пути ADC, если только угол отражения равен углу падения. Значит, свет действительно избирает самый короткий и самый скорый путь из всех возможных между источником, зеркалом и глазом. На это обстоятельство впервые указал еще Герон Александрийский, замечательный греческий механик и математик II века.
Задача эта совершенно сходна с той, которую мы только что рассмотрели. Нетрудно поэтому дать правильный ответ: ворона должна подражать лучу света, т. е. лететь так, чтобы угол 1 был равен углу 2 (рис. 104). Мы уже видели, что в таком случае путь оказывается кратчайшим.
1. Дано: m=10 кг; H=10 м; h=0,5 м; F=200 Н. L - ? С одной стороны работа, которую надо затратить, что бы вогнать стержень в землю на глубину L, будет равна A = F*L. С другой стороны величина этой работы будет равна кинетической энергии груза в момент его удара по торцу стержня. Если пренебречь сопротивлением воздуха, то кинетическая энергия груза, в момент касания им торца стержня, будет равна потенциальной энергии груза, поднятого относительно уровня торца стержня. Т.е. Еп=mg(H-h). Таким образом, можно записать уравнение А = Еп. Или F*L=mg(H-h). Отсюда L = mg(H-h)/F. Если принять g = 10 м/с^2, то L = 10*10*(10-0,5)/200=4,75 м 2.Дано: M=500; m=20; Vс=200 м/с; <α =30 градусов. Vп -? Ек - ? Еп - ? Поскольку до выстрела пушка была неподвижна, то её импульс ( или иначе - количество движения) в это время равнялся нулю. Так как любая механическая система стремится сохранить свое количество движения, то и после выстрела импульс системы «пушка +снаряд» останется равным нулю. Импульс – величина векторная, так как равна произведению массы тела на его скорость (а скорость –векторная величина). Отсюда становится понятным, что раз снаряд приобрел некоторую скорость, то чтобы импульс остался равным нулю, пушка должна приобрести скорость в направлении противоположном направлению полета снаряда. При этом модули импульсов снаряда и пушки должны быть равными. Таким образом, можно записать уравнение m*Vc = M*Vп. Отсюда Vп = m*Vc/М = 20*200/500 = 8 м/с. Что бы решить вторую часть задачи воспользуемся рисунком. Вектор начальной скорости снаряда надо разложить на вертикальную (Vв) и горизонтальную (Vг) составляющие (векторы). Так как угол подъема ствола пушки равен 30 градусов, то в момент выстрела вертикальная составляющая скорости снаряда Vв = Vc/2. Из теоремы Пифагора Vс² – Vв² = Vг². Отсюда Vг= √(Vс² – Vв²) = √(3Vс²/4) = Vс*√3/2 . Если пренебречь сопротивлением воздуха, то горизонтальная составляющая полной скорости снаряда в любой момент будет оставаться неизменной и равной Vс*√3/2. А вот вертикальная составляющая, будет изменяться, поскольку действует гравитация. В точке наивысшего подъема вертикальная составляющая скорости снаряда будет равняться нулю. И полная скорость снаряда будет направлена горизонтально и равна Vс*√3/2. Таким образом, уже можно найти кинетическую энергию снаряда в наивысшей точке подъема Ек = mVг²/2 = m*3*Vc²/8=300000 Дж = 300 кДж. Потенциальная энергия снаряда будет равна вертикальной кинетической составляющей в момент вылета снаряда из ствола. Т.е Еп = m*Vв²/2 = m*Vc²/8= 20*200²/8 = 100000 Дж = 100 кДж. Для проверки правильности решения воспользуемся законом в соответствии с которым (при отсутствии сопротивления воздуха) сумма потенциальной и кинетической энергий снаряда в любой точке траектории его полета, равна кинетической энергии снарадя в момент вылета из ствола. Еп +Ек = 100 + 300 = 400 кДж. Кинетическая энергия снаряда в момент вылета из ствола = m*Vc²/2 = 20*200²/2 = 400000 Дж = 400 кДж. Как видим энергии равны. Задача решена верно.
распространяется прямолинейно, т. е. скорейшим
путем. Но свет избирает скорейший путь также и в
том случае, когда не идет от одной точки к другой
непосредственно, а достигает ее, предварительно
отразившись от зеркала.
Проследим за его путем. Пусть буква A на рис. 101
обозначает источник света, линия MN — зеркало, а
линия АВС — путь луча от свечи до глаза C. Прямая
KB перпендикулярна к MN.
По законам оптики угол отражения 2 равен углу
падения 1. Зная это, легко доказать, что из всех
возможных путей от A к C, с попутным
достижением зеркала MN, путь АВС — самый
скорый. Для этого сравним путь луча АВС с каким-
нибудь другим, например с ADC (рис. 102). Опустим
перпендикуляр АЕ из точки A на MN и продолжим
его далее до пересечения с продолжением луча ВС в
точке F. Соединим также точки F и D. Убедимся,
прежде всего, в равенстве треугольников ABE и EBF.
Они — прямоугольные, и у них общий катет ЕВ;
кроме того, углы EFB и ЕАВ равны между собой, так
как соответственно равны углам 2 и 1.
Следовательно, AE = EF. Отсюда вытекает равенство
прямоугольных треугольников AED и EDF по двум
катетам и, следовательно, равенство AD и DF.
Ввиду этого мы можем путь АВС заменить равным
ему путем CBF (так как AB = FB), a путь ADC —
путем CDF. Сравнивая же между собой длины CBF и
CDF, видим, что прямая линия CBF короче ломаной
CDF. Отсюда путь АВС короче ADC, что и
требовалось доказать!
Где бы ни находилась точка D, путь АВС всегда
будет короче пути ADC, если только угол отражения
равен углу падения. Значит, свет действительно
избирает самый короткий и самый скорый путь из
всех возможных между источником, зеркалом и
глазом. На это обстоятельство впервые указал еще
Герон Александрийский, замечательный греческий
механик и математик II века.
Задача эта совершенно сходна с той, которую мы
только что рассмотрели. Нетрудно поэтому дать
правильный ответ: ворона должна подражать лучу
света, т. е. лететь так, чтобы угол 1 был равен
углу
2 (рис. 104). Мы уже видели, что в таком случае
путь оказывается кратчайшим.